No.1 Princip pulsirajućeg magnetronskog raspršivanja velike snage
Tehnika pulsirajućeg magnetronskog raspršivanja velike snage koristi visoku vršnu snagu impulsa (2-3 reda veličine veća od konvencionalnog magnetronskog raspršivanja) i radni ciklus niskog pulsa (0,5%-10%) za postizanje visokih stopa disocijacije metala (>50%), što izvodi se iz karakteristika raspršivanja magnetrona, kao što je prikazano na slici 1, gdje je vršna ciljna gustoća struje I proporcionalna eksponencijalnoj n-toj potenciji napona pražnjenja U, I = kUn (n je konstanta povezana sa strukturom katode, magnetskim poljem i materijal).Pri nižim gustoćama snage (niski napon) vrijednost n obično je u rasponu od 5 do 15;s povećanjem napona pražnjenja, gustoća struje i gustoća snage brzo rastu, a pri visokom naponu vrijednost n postaje 1 zbog gubitka ograničenja magnetskog polja.Ako je pri niskim gustoćama snage plinsko pražnjenje određeno plinskim ionima koji su u normalnom pulsnom načinu pražnjenja;ako se pri velikim gustoćama snage povećava udio metalnih iona u plazmi i neki se materijali prebacuju, to jest u način samoraspršivanja, tj. plazma se održava ionizacijom raspršenih neutralnih čestica i sekundarnih metalnih iona, te atoma inertnog plina kao što je Ar koriste se samo za paljenje plazme, nakon čega se raspršene metalne čestice ioniziraju u blizini mete i ubrzavaju natrag kako bi bombardirale raspršenu metu pod djelovanjem magnetskih i električnih polja kako bi se održalo pražnjenje velike struje, a plazma je visoko ionizirane metalne čestice.Zbog procesa raspršivanja učinka zagrijavanja na metu, kako bi se osigurao stabilan rad mete u industrijskim primjenama, gustoća snage izravno primijenjena na metu ne može biti prevelika, općenito izravno vodeno hlađenje i toplinska vodljivost ciljanog materijala trebao bi biti u slučaju ispod 25 W/cm2, neizravno vodeno hlađenje, toplinska vodljivost ciljanog materijala je loša, ciljni materijal uzrokovan fragmentacijom uslijed toplinskog naprezanja ili ciljni materijal sadrži nisko hlapljive komponente legure i drugi slučajevi gustoće snage mogu biti samo u 2 ~ 15 W / cm2 ispod, daleko ispod zahtjeva visoke gustoće snage.Problem pregrijavanja cilja može se riješiti korištenjem vrlo uskih impulsa velike snage.Anders definira pulsirajuće magnetronsko raspršivanje velike snage kao vrstu pulsirajućeg raspršivanja gdje vršna gustoća snage premašuje prosječnu gustoću snage za 2 do 3 reda veličine, a raspršivanje ciljnih iona dominira procesom raspršivanja, a ciljni atomi raspršivanja visoko su disocirani .
No.2 Karakteristike taloženja prevlake raspršivanjem magnetronskim pulsiranjem velike snage
Pulsno magnetronsko raspršivanje velike snage može proizvesti plazmu s visokom stopom disocijacije i visokom energijom iona, i može primijeniti prednaponski tlak za ubrzanje nabijenih iona, a proces taloženja premaza bombardiraju čestice visoke energije, što je tipična IPVD tehnologija.Energija i raspodjela iona imaju vrlo važan utjecaj na kvalitetu i učinkovitost premaza.
O IPVD-u, na temelju poznatog Thortonovog modela strukturne regije, Anders je predložio model strukturne regije koji uključuje taloženje plazmom i jetkanje iona, proširio je odnos između strukture prevlake i temperature i tlaka zraka u Thortonovom modelu strukturne regije na odnos između strukture prevlake, temperaturu i energiju iona, kao što je prikazano na slici 2. U slučaju niskoenergetskog ionskog taloženja, struktura premaza odgovara Thortonovom modelu strukturne zone.S povećanjem temperature taloženja, prijelaz iz područja 1 (labavi porozni vlaknasti kristali) u područje T (gusti vlaknasti kristali), područje 2 (stupasti kristali) i područje 3 (područje rekristalizacije);s povećanjem energije iona taloženja, temperatura prijelaza iz regije 1 u regiju T, regiju 2 i regiju 3 opada.Vlaknasti kristali visoke gustoće i stupčasti kristali mogu se pripremiti na niskim temperaturama.Kada se energija taloženih iona poveća do reda veličine od 1-10 eV, pojačava se bombardiranje i jetkanje iona na površini taloženih prevlaka i povećava se debljina prevlaka.
No.3 Priprema sloja tvrdog premaza pomoću tehnologije pulsirajućeg magnetronskog raspršivanja velike snage
Prevlaka pripremljena tehnologijom pulsirajućeg magnetronskog raspršivanja velike snage je gušća, s boljim mehaničkim svojstvima i visokotemperaturnom stabilnošću.Kao što je prikazano na slici 3, konvencionalni magnetron raspršeni TiAlN premaz je stupčasta kristalna struktura s tvrdoćom od 30 GPa i Youngovim modulom od 460 GPa;HIPIMS-TiAlN premaz je tvrdoće 34 GPa dok je Youngov modul 377 GPa;omjer između tvrdoće i Youngovog modula mjera je žilavosti premaza.Veća tvrdoća i manji Youngov modul znače bolju žilavost.HIPIMS-TiAlN premaz ima bolju stabilnost na visokim temperaturama, s AlN heksagonalnom fazom istaloženom u konvencionalnom TiAlN premazu nakon tretmana žarenjem na visokoj temperaturi na 1000 °C tijekom 4 sata.Tvrdoća premaza se smanjuje pri visokoj temperaturi, dok HIPIMS-TiAlN premaz ostaje nepromijenjen nakon toplinske obrade pri istoj temperaturi i vremenu.HIPIMS-TiAlN premaz također ima višu temperaturu početka visokotemperaturne oksidacije od konvencionalnog premaza.Prema tome, HIPIMS-TiAlN premaz pokazuje mnogo bolju izvedbu u alatima za rezanje velike brzine nego drugi alati s premazom pripremljeni PVD postupkom.
Vrijeme objave: 8. studenog 2022