No.1 Princippet om højeffekt pulseret magnetronforstøvning
Den højeffekt pulserede magnetronforstøvningsteknik bruger høj spidspulseffekt (2-3 størrelsesordener højere end konventionel magnetronforstøvning) og lav puls duty cycle (0,5%-10%) for at opnå høje metaldissociationshastigheder (>50%), hvilket er afledt af magnetronforstøvningsegenskaberne, som vist i billede 1, hvor den maksimale målstrømtæthed I er proportional med den eksponentielle n-te potens af udladningsspændingen U, I = kUn (n er en konstant relateret til katodestrukturen, magnetfeltet og materiale).Ved lavere effekttætheder (lav spænding) er n-værdien sædvanligvis i området 5 til 15;med den stigende udladningsspænding stiger strømtætheden og effekttætheden hurtigt, og ved højspænding bliver n-værdien 1 på grund af tabet af magnetfeltindeslutning.Ved lave effekttætheder bestemmes gasudladningen af gasioner, der er i normal pulserende udladningstilstand;hvis ved høje effekttætheder stiger andelen af metalioner i plasmaet, og nogle materialer skifter, dvs. i selvforstøvningstilstand, dvs. plasmaet opretholdes ved ionisering af sputterede neutrale partikler og sekundære metalioner og inerte gasatomer såsom Ar bruges kun til at antænde plasmaet, hvorefter de sputterede metalpartikler ioniseres nær målet og accelereres tilbage for at bombardere det sputterede mål under påvirkning af magnetiske og elektriske felter for at opretholde den høje strømudladning, og plasmaet er meget ioniserede metalpartikler.På grund af sputteringsprocessen for opvarmningseffekten på målet, for at sikre en stabil drift af målet i industrielle applikationer, kan effekttætheden direkte på målet ikke være for stor, generelt direkte vandkøling og målmaterialets termiske ledningsevne bør være i tilfælde af 25 W/cm2 under, indirekte vandkøling, målmaterialets termiske ledningsevne er dårlig, målmaterialet forårsaget af fragmentering på grund af termisk stress eller målmaterialet indeholder lavflygtige legeringskomponenter, og andre tilfælde af effekttæthed kan kun være i 2 ~ 15 W/cm2 under, langt under kravene til høj effekttæthed.Problemet med måloverophedning kan løses ved at bruge meget smalle højeffektimpulser.Anders definerer højeffekt pulseret magnetronforstøvning som en slags pulseret sputtering, hvor spidseffekttætheden overstiger den gennemsnitlige effekttæthed med 2 til 3 størrelsesordener, og målionforstøvningen dominerer sputteringsprocessen, og målforstøvningsatomerne er meget dissocierede. .
No.2 Karakteristikaene for højeffekt pulserende magnetronforstøvningsbelægningsaflejring
Pulserende magnetronforstøvning med høj effekt kan producere plasma med høj dissociationshastighed og høj ionenergi og kan påføre forspændingstryk for at accelerere de ladede ioner, og belægningsprocessen bliver bombarderet af højenergipartikler, som er en typisk IPVD-teknologi.Ionenergien og fordelingen har en meget vigtig indflydelse på belægningens kvalitet og ydeevne.
Om IPVD, baseret på den berømte Thorton strukturelle regionsmodel, foreslog Anders en strukturel regionsmodel, der inkluderer plasmaaflejring og ionætsning, udvidede forholdet mellem belægningsstruktur og temperatur og lufttryk i Thortons strukturelle regionsmodel til forholdet mellem belægningsstruktur, temperatur og ionenergi, som vist på billede 2. I tilfælde af lavenergi-ionaflejringsbelægning er belægningsstrukturen i overensstemmelse med Thorton-strukturzonemodellen.Med stigningen af aflejringstemperaturen, overgangen fra område 1 (løse porøse fiberkrystaller) til område T (tætte fiberkrystaller), område 2 (søjlekrystaller) og område 3 (omkrystallisationsområde);med stigningen af aflejringsionenergi falder overgangstemperaturen fra område 1 til område T, område 2 og område 3.Fiberkrystallerne med høj densitet og søjleformede krystaller kan fremstilles ved lav temperatur.Når energien af aflejrede ioner stiger til størrelsesordenen 1-10 eV, øges bombardementet og ætsningen af ioner på den afsatte belægningsoverflade, og tykkelsen af belægningerne øges.
No.3 Forberedelse af hårdt belægningslag ved højeffekt pulserende magnetronforstøvningsteknologi
Belægningen fremstillet af højeffekt pulserende magnetronforstøvningsteknologi er tættere med bedre mekaniske egenskaber og høj temperaturstabilitet.Som vist på billede 3 er den konventionelle magnetronforstøvede TiAlN-belægning en søjleformet krystalstruktur med en hårdhed på 30 GPa og et Young's modul på 460 GPa;HIPIMS-TiAlN-belægningen har en hårdhed på 34 GPa, mens Youngs modul er 377 GPa;forholdet mellem hårdhed og Youngs modul er et mål for belægningens sejhed.Højere hårdhed og mindre Youngs modul betyder bedre sejhed.HIPIMS-TiAlN-belægningen har bedre højtemperaturstabilitet, hvor AlN-hexagonal fase udfældes i den konventionelle TiAlN-belægning efter højtemperaturglødningsbehandling ved 1.000 °C i 4 timer.Belægningens hårdhed falder ved høj temperatur, mens HIPIMS-TiAlN belægningen forbliver uændret efter varmebehandling ved samme temperatur og tid.HIPIMS-TiAlN-belægning har også en højere begyndelsestemperatur for højtemperaturoxidation end konventionel belægning.Derfor viser HIPIMS-TiAlN-belægningen meget bedre ydeevne i højhastighedsskæreværktøjer end andre belagte værktøjer fremstillet ved PVD-proces.
Indlægstid: 8-08-2022