Вовед во технологијата HiPIMS

Бр. 1 Принцип на високомоќно пулсирано магнетронско распрскување
Техниката за високомоќно пулсно магнетронско распрскување користи висока врвна пулсна моќност (2-3 реда на големина поголема од конвенционалното магнетронско распрскување) и низок импулсен работен циклус (0,5%-10%) за да се постигнат високи стапки на дисоцијација на металот (>50%), што е изведено од карактеристиките на магнетронското распрскување, како што е прикажано на Слика 1, каде што врвната целна густина на струјата I е пропорционална на експоненцијалната n-та моќност на напонот на празнење U, I = kUn (n е константа поврзана со структурата на катодата, магнетното поле и материјалот). При помали густини на моќност (низок напон), вредноста n е обично во опсег од 5 до 15; со зголемување на напонот на празнење, густината на струјата и густината на моќност брзо се зголемуваат, а при висок напон вредноста n станува 1 поради губење на ограничувањето на магнетното поле. Ако е при ниска густина на моќност, празнењето на гасот се определува од гасни јони кои се во нормален режим на пулсно празнење; Ако при висока густина на моќност, процентот на метални јони во плазмата се зголемува и некои материјали се префрлаат, односно во режим на самораспрскување, т.е. Плазмата се одржува со јонизација на распрскани неутрални честички и секундарни метални јони, а атомите на инертен гас како што е Ar се користат само за палење на плазмата, по што распрсканите метални честички се јонизираат во близина на целта и се забрзуваат назад за да ја бомбардираат распрсканата цел под дејство на магнетни и електрични полиња за да се одржи високото струјно празнење, а плазмата е високо јонизирани метални честички. Поради процесот на распрскување на ефектот на греење врз целта, со цел да се обезбеди стабилно функционирање на целта во индустриски апликации, густината на моќност директно применета на целта не може да биде преголема, генерално директното ладење со вода и топлинската спроводливост на материјалот на целта треба да бидат во случај од 25 W/cm2 подолу, индиректното ладење со вода, топлинската спроводливост на материјалот на целта е лоша, материјалот на целта е предизвикан од фрагментација поради термички стрес или материјалот на целта содржи ниско испарливи легирани компоненти и други случаи на густина на моќност може да биде само во 2 ~ 15 W/cm2 подолу, далеку под барањата за висока густина на моќност. Проблемот со прегревање на целта може да се реши со користење на многу тесни импулси со висока моќност. Андерс го дефинира високомоќното пулсирано магнетронско распрскување како вид на пулсирано распрскување каде што врвната густина на моќност ја надминува просечната густина на моќност за 2 до 3 реда на големина, а распрскувањето на јоните на целта доминира во процесот на распрскување, а атомите на распрскување на целта се високо дисоцирани.

Бр. 2 Карактеристики на нанесување на високомоќно пулсирано магнетронно распрскувачко обложување

Високомоќното пулсно магнетронско распрскување може да произведе плазма со висока стапка на дисоцијација и висока јонска енергија, и може да примени притисок на поларизација за да ги забрза наелектризираните јони, а процесот на таложење на облогата е бомбардиран со честички со висока енергија, што е типична IPVD технологија. Енергијата и распределбата на јоните имаат многу важно влијание врз квалитетот и перформансите на облогата.
Во врска со IPVD, врз основа на познатиот модел на структурни региони на Тортон, Андерс предложи модел на структурни региони кој вклучува плазматско таложење и јонско јодирање, ја прошири врската помеѓу структурата на премазот и температурата и воздушниот притисок во моделот на структурни региони на Тортон до врската помеѓу структурата на премазот, температурата и јонската енергија, како што е прикажано на Слика 2. Во случај на премаз со ниска енергија на јонско таложење, структурата на премазот се прилагодува на моделот на структурна зона на Тортон. Со зголемување на температурата на таложење, преминот од регионот 1 (лабави порозни влакнести кристали) во регионот T (густи влакнести кристали), регионот 2 (колонови кристали) и регионот 3 (регион на рекристализација); со зголемување на енергијата на јоните на таложење, температурата на премин од регионот 1 во регионот T, регионот 2 и регионот 3 се намалува. Влакнестите кристали со висока густина и колоновидните кристали можат да се подготват на ниска температура. Кога енергијата на таложените јони се зголемува до редот од 1-10 eV, бомбардирањето и јодирањето на јони на површината на таложената обвивка се зголемува и дебелината на обвивките се зголемува.

Бр. 3 Подготовка на тврд слој за обложување со технологија на високомоќно пулсно магнетронско распрскување
Облогата подготвена со технологија за пулсно магнетронско распрскување со голема моќност е погуста, со подобри механички својства и стабилност на висока температура. Како што е прикажано на Слика 3, конвенционалната TiAlN облога со магнетронско распрскување е столбна кристална структура со тврдост од 30 GPa и Јангов модул од 460 GPa; HIPIMS-TiAlN облогата е тврдост од 34 GPa, додека Јанговиот модул е ​​377 GPa; односот помеѓу тврдоста и Јанговиот модул е ​​мерка за цврстината на облогата. Повисоката тврдост и помалиот Јангов модул значат подобра цврстина. HIPIMS-TiAlN облогата има подобра стабилност на висока температура, со хексагонална фаза AlN таложена во конвенционалната TiAlN облога по третман на жарење на висока температура на 1.000 °C во тек на 4 часа. Тврдоста на облогата се намалува на висока температура, додека HIPIMS-TiAlN облогата останува непроменета по термичка обработка на иста температура и време. HIPIMS-TiAlN премазот, исто така, има повисока температура на почеток на оксидација на висока температура од конвенционалниот премаз. Затоа, HIPIMS-TiAlN премазот покажува многу подобри перформанси кај алатките за сечење со голема брзина од другите обложени алатки подготвени со PVD процес.