HiPIMS प्रौद्योगिकी परिचय

उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग का नंबर 1 सिद्धांत
उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग तकनीक उच्च धातु पृथक्करण दर (>50%) प्राप्त करने के लिए उच्च शिखर पल्स शक्ति (पारंपरिक मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग से 2-3 क्रम अधिक परिमाण) और कम पल्स ड्यूटी चक्र (0.5%-10%) का उपयोग करती है, जो मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग विशेषताओं से प्राप्त होती है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, जहां शिखर लक्ष्य वर्तमान घनत्व I डिस्चार्ज वोल्टेज U के घातांक nवें समानुपाती होता है, I = kUn (n कैथोड संरचना, चुंबकीय क्षेत्र और सामग्री से संबंधित एक स्थिरांक है)। कम शक्ति घनत्वों (कम वोल्टेज) पर n मान सामान्यत: 5 से 15 के बीच होता है; बढ़ते डिस्चार्ज वोल्टेज के साथ, यदि उच्च शक्ति घनत्व पर, प्लाज्मा में धातु आयनों का अनुपात बढ़ता है और कुछ सामग्री स्विच होती है, जो कि स्व-स्पटरिंग मोड में होती है, यानी प्लाज्मा को स्पटर किए गए तटस्थ कणों और माध्यमिक धातु आयनों के आयनीकरण द्वारा बनाए रखा जाता है, और निष्क्रिय गैस परमाणुओं जैसे Ar का उपयोग केवल प्लाज्मा को प्रज्वलित करने के लिए किया जाता है, जिसके बाद स्पटर किए गए धातु के कणों को लक्ष्य के पास आयनित किया जाता है और उच्च वर्तमान निर्वहन को बनाए रखने के लिए चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों की क्रिया के तहत स्पटर किए गए लक्ष्य पर बमबारी करने के लिए वापस त्वरित किया जाता है, और प्लाज्मा अत्यधिक आयनित धातु कण होते हैं। लक्ष्य पर हीटिंग प्रभाव की स्पटरिंग प्रक्रिया के कारण, औद्योगिक अनुप्रयोगों में लक्ष्य के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, लक्ष्य पर सीधे लागू शक्ति घनत्व बहुत बड़ा नहीं हो सकता है, आम तौर पर प्रत्यक्ष जल शीतलन और लक्ष्य सामग्री थर्मल चालकता 25 डब्ल्यू / सेमी 2 नीचे के मामले में होनी चाहिए, अप्रत्यक्ष जल शीतलन, लक्ष्य सामग्री थर्मल चालकता खराब है, थर्मल तनाव के कारण विखंडन के कारण लक्ष्य सामग्री या लक्ष्य सामग्री में कम अस्थिर मिश्र धातु घटक होते हैं और शक्ति घनत्व के अन्य मामलों में केवल 2 ~ 15 डब्ल्यू / सेमी 2 नीचे हो सकता है, उच्च शक्ति घनत्व की आवश्यकताओं से बहुत नीचे। लक्ष्य ओवरहीटिंग की समस्या को बहुत संकीर्ण उच्च शक्ति दालों का उपयोग करके हल किया जा सकता है। एंडर्स उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग को एक प्रकार के स्पंदित स्पटरिंग के रूप में परिभाषित करता है जहां

नं.2 उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग कोटिंग जमाव की विशेषताएं

उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग उच्च पृथक्करण दर और उच्च आयन ऊर्जा के साथ प्लाज्मा का उत्पादन कर सकता है, और आवेशित आयनों को गति देने के लिए पूर्वाग्रह दबाव लागू कर सकता है, और कोटिंग जमा करने की प्रक्रिया उच्च ऊर्जा कणों द्वारा बमबारी की जाती है, जो एक विशिष्ट IPVD तकनीक है। आयन ऊर्जा और वितरण का कोटिंग की गुणवत्ता और प्रदर्शन पर बहुत महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।
IPVD के विषय में, प्रसिद्ध थॉर्टन संरचनात्मक क्षेत्र मॉडल के आधार पर, एंडर्स ने एक संरचनात्मक क्षेत्र मॉडल प्रस्तावित किया जिसमें प्लाज्मा जमाव और आयन नक़्क़ाशी शामिल है, थॉर्टन संरचनात्मक क्षेत्र मॉडल में कोटिंग संरचना और तापमान और वायु दबाव के बीच के संबंध को कोटिंग संरचना, तापमान और आयन ऊर्जा के बीच के संबंध में विस्तारित किया, जैसा कि Pic 2 में दिखाया गया है। कम ऊर्जा आयन जमाव कोटिंग के मामले में, कोटिंग संरचना थॉर्टन संरचना क्षेत्र मॉडल के अनुरूप होती है। जमाव तापमान के बढ़ने के साथ, क्षेत्र 1 (ढीले झरझरा फाइबर क्रिस्टल) से क्षेत्र टी (घने फाइबर क्रिस्टल), क्षेत्र 2 (स्तंभ क्रिस्टल) और क्षेत्र 3 (पुनः क्रिस्टलीकरण क्षेत्र) में संक्रमण होता है; जमाव आयन ऊर्जा के बढ़ने के साथ, क्षेत्र 1 से क्षेत्र टी, क्षेत्र 2 और क्षेत्र 3 में संक्रमण तापमान घटता है जब निक्षेपित आयनों की ऊर्जा 1-10 eV के क्रम तक बढ़ जाती है, तो निक्षेपित कोटिंग सतह पर आयनों की बमबारी और नक़्काशी बढ़ जाती है और कोटिंग की मोटाई बढ़ जाती है।

नं.3 उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग प्रौद्योगिकी द्वारा कठोर कोटिंग परत की तैयारी
उच्च शक्ति स्पंदित मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग प्रौद्योगिकी द्वारा तैयार कोटिंग सघन होती है, जिसमें बेहतर यांत्रिक गुण और उच्च तापमान स्थिरता होती है। जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, पारंपरिक मैग्नेट्रॉन स्पटरेड TiAlN कोटिंग एक स्तंभाकार क्रिस्टल संरचना है जिसकी कठोरता 30 GPa और यंग मापांक 460 GPa है; HIPIMS-TiAlN कोटिंग 34 GPa कठोरता है जबकि यंग मापांक 377 GPa है; कठोरता और यंग मापांक के बीच का अनुपात कोटिंग की कठोरता का एक माप है। उच्च कठोरता और कम यंग मापांक का अर्थ है बेहतर कठोरता। HIPIMS-TiAlN कोटिंग में बेहतर उच्च तापमान स्थिरता होती है HIPIMS-TiAlN कोटिंग में पारंपरिक कोटिंग की तुलना में उच्च तापमान ऑक्सीकरण का प्रारंभिक तापमान भी अधिक होता है। इसलिए, PVD प्रक्रिया द्वारा तैयार किए गए अन्य लेपित औजारों की तुलना में HIPIMS-TiAlN कोटिंग उच्च गति वाले कटिंग औजारों में बेहतर प्रदर्शन दिखाती है।