HiPIMS տեխնոլոգիայի ներածություն

Բարձր հզորության իմպուլսային մագնետրոնային փոշիացման թիվ 1 սկզբունքը
Բարձր հզորության իմպուլսային մագնետրոնային փոշիացման տեխնիկան օգտագործում է բարձր գագաթնակետային իմպուլսային հզորություն (2-3 կարգով ավելի մեծ, քան ավանդական մագնետրոնային փոշիացումը) և ցածր իմպուլսային աշխատանքային ցիկլ (0.5%-10%)՝ մետաղի բարձր դիսոցիացիայի արագությունների (>50%) հասնելու համար, որը ստացվում է մագնետրոնային փոշիացման բնութագրերից, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում, որտեղ գագաթնակետային հոսանքի խտությունը I համեմատական ​​է լիցքաթափման լարման U էքսպոնենցիալ n-րդ հզորությանը, I = kUn (n-ը հաստատուն է, որը կապված է կաթոդի կառուցվածքի, մագնիսական դաշտի և նյութի հետ): Ավելի ցածր հզորության խտությունների դեպքում (ցածր լարում) n արժեքը սովորաբար 5-ից 15 միջակայքում է. լիցքաթափման լարման աճին զուգընթաց հոսանքի խտությունը և հզորության խտությունը արագորեն աճում են, իսկ բարձր լարման դեպքում n արժեքը դառնում է 1՝ մագնիսական դաշտի սահմանափակման կորստի պատճառով: Եթե ցածր հզորության խտությունների դեպքում, գազի լիցքաթափումը որոշվում է նորմալ իմպուլսային դատարկման ռեժիմում գտնվող գազի իոններով։ Եթե ​​բարձր հզորության խտության դեպքում պլազմայում մետաղական իոնների համամասնությունը մեծանում է, և որոշ նյութեր անցնում են ինքնափոշման ռեժիմի, այսինքն՝ պլազման պահպանվում է փոշմանված չեզոք մասնիկների և երկրորդային մետաղական իոնների իոնացմամբ, իսկ իներտ գազի ատոմները, ինչպիսին է Ar-ը, օգտագործվում են միայն պլազմայի բռնկման համար, որից հետո փոշմանված մետաղական մասնիկները իոնացվում են թիրախի մոտ և արագանում են՝ մագնիսական և էլեկտրական դաշտերի ազդեցությամբ փոշմանված թիրախը ռմբակոծելու համար՝ բարձր հոսանքի լիցքաթափումը պահպանելու համար, իսկ պլազման բարձր իոնացված մետաղական մասնիկներ են։ Քանի որ թիրախի վրա տաքացման ազդեցություն է թողնում փոշիացման գործընթացը, արդյունաբերական կիրառություններում թիրախի կայուն աշխատանքն ապահովելու համար թիրախին ուղղակիորեն կիրառվող հզորության խտությունը չի կարող չափազանց մեծ լինել, ընդհանուր առմամբ, ուղղակի ջրային սառեցումը և թիրախային նյութի ջերմահաղորդականությունը պետք է լինեն 25 Վտ/սմ2-ից ցածր դեպքում, անուղղակի ջրային սառեցման դեպքում թիրախային նյութի ջերմահաղորդականությունը վատ է, թիրախային նյութը առաջանում է ջերմային լարվածության պատճառով մասնատվածությունից կամ թիրախային նյութը պարունակում է ցածր ցնդող համաձուլվածքային բաղադրիչներ, իսկ այլ դեպքերում հզորության խտությունը կարող է լինել միայն 2 ~ 15 Վտ/սմ2-ից ցածր, ինչը շատ ավելի ցածր է բարձր հզորության խտության պահանջներից: Թիրախի գերտաքացման խնդիրը կարող է լուծվել շատ նեղ, բարձր հզորության իմպուլսների օգտագործմամբ: Անդերսը բարձր հզորության իմպուլսային մագնետրոնային փոշիացումը սահմանում է որպես իմպուլսային փոշիացման մի տեսակ, որտեղ գագաթնակետային հզորության խտությունը գերազանցում է միջին հզորության խտությունը 2-3 կարգով մեծությամբ, և թիրախի իոնային փոշիացումը գերակշռում է փոշիացման գործընթացում, և թիրախի փոշիացման ատոմները խիստ դիսոցացված են:

Թիվ 2 Բարձր հզորության իմպուլսային մագնետրոնային փոշիացման ծածկույթի նստեցման բնութագրերը

Բարձր հզորության իմպուլսային մագնետրոնային փոշիացումը կարող է առաջացնել բարձր դիսոցիացիայի արագությամբ և բարձր իոնային էներգիայով պլազմա, և կարող է կիրառել շեղման ճնշում՝ լիցքավորված իոնները արագացնելու համար, իսկ ծածկույթի նստեցման գործընթացը ռմբակոծվում է բարձր էներգիայի մասնիկներով, ինչը IPVD տեխնոլոգիայի բնորոշ տեսակ է: Իոնների էներգիան և բաշխումը շատ կարևոր ազդեցություն ունեն ծածկույթի որակի և արդյունավետության վրա:
IPVD-ի վերաբերյալ, որը հիմնված է հայտնի Թորթոնի կառուցվածքային շրջանի մոդելի վրա, Անդերսը առաջարկել է կառուցվածքային շրջանի մոդել, որը ներառում է պլազմային նստեցում և իոնային փորագրություն, ընդլայնելով ծածկույթի կառուցվածքի, ջերմաստիճանի և օդի ճնշման միջև կապը Թորթոնի կառուցվածքի, ջերմաստիճանի և իոնային էներգիայի միջև կապի վրա, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2-ում: Ցածր էներգիայի իոնային նստեցման ծածկույթի դեպքում ծածկույթի կառուցվածքը համապատասխանում է Թորթոնի կառուցվածքային գոտի մոդելին: Նստեցման ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ, անցումը 1-ին շրջանից (ազատ ծակոտկեն մանրաթելային բյուրեղներ) դեպի T շրջան (խիտ մանրաթելային բյուրեղներ), 2-րդ շրջան (սյունաձև բյուրեղներ) և 3-րդ շրջան (վերաբյուրեղացման շրջան) է. նստեցման իոնային էներգիայի բարձրացման հետ մեկտեղ, անցման ջերմաստիճանը 1-ին շրջանից դեպի T շրջան, 2-րդ շրջան և 3-րդ շրջան նվազում է: Բարձր խտության մանրաթելային բյուրեղները և սյունաձև բյուրեղները կարող են պատրաստվել ցածր ջերմաստիճանում: Երբ նստեցման իոնների էներգիան աճում է մինչև 1-10 էՎ կարգի, նստեցման ծածկույթի մակերեսին իոնների ռմբակոծումը և փորագրությունը ուժեղանում են, և ծածկույթների հաստությունը մեծանում է:

№ 3 Բարձր հզորության իմպուլսային մագնետրոնային փոշիացման տեխնոլոգիայով կոշտ ծածկույթի շերտի պատրաստում
Բարձր հզորության իմպուլսային մագնետրոնային փոշիացման տեխնոլոգիայով պատրաստված ծածկույթն ավելի խիտ է, ունի ավելի լավ մեխանիկական հատկություններ և բարձր ջերմաստիճանային կայունություն: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում, ավանդական մագնետրոնային փոշիացմամբ TiAlN ծածկույթը սյունաձև բյուրեղային կառուցվածք է՝ 30 ԳՊա կարծրությամբ և 460 ԳՊա Յունգի մոդուլով. HIPIMS-TiAlN ծածկույթը 34 ԳՊա կարծրություն ունի, մինչդեռ Յունգի մոդուլը՝ 377 ԳՊա. կարծրության և Յունգի մոդուլի հարաբերակցությունը ծածկույթի ամրության չափանիշ է: Ավելի բարձր կարծրությունը և ավելի փոքր Յունգի մոդուլը նշանակում են ավելի լավ ամրություն: HIPIMS-TiAlN ծածկույթն ունի ավելի լավ բարձր ջերմաստիճանային կայունություն, քանի որ AlN վեցանկյուն փուլը նստվածք է տալիս ավանդական TiAlN ծածկույթում՝ 1000°C-ում 4 ժամ բարձր ջերմաստիճանային թրծումից հետո: Ծածկույթի կարծրությունը նվազում է բարձր ջերմաստիճանում, մինչդեռ HIPIMS-TiAlN ծածկույթը մնում է անփոփոխ նույն ջերմաստիճանում և ժամանակում ջերմային մշակումից հետո: HIPIMS-TiAlN ծածկույթը նաև ունի բարձր ջերմաստիճանային օքսիդացման ավելի բարձր սկզբնական ջերմաստիճան, քան ավանդական ծածկույթը։ Հետևաբար, HIPIMS-TiAlN ծածկույթը շատ ավելի լավ կատարողականություն է ցուցաբերում բարձր արագությամբ կտրող գործիքներում, քան PVD գործընթացով պատրաստված այլ ծածկույթով գործիքները։