Prinsip No.1 bagi percikan magnetron berdenyut berkuasa tinggi
Teknik percikan magnetron berdenyut berkuasa tinggi menggunakan kuasa denyut puncak tinggi (2-3 peringkat magnitud lebih tinggi daripada percikan magnetron konvensional) dan kitaran tugas denyut rendah (0.5%-10%) untuk mencapai kadar penceraian logam yang tinggi (>50%), yang diperoleh daripada ciri-ciri percikan magnetron, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1, di mana ketumpatan arus sasaran puncak I adalah berkadar dengan kuasa eksponen ke-n voltan nyahcas U, I = kUn (n ialah pemalar yang berkaitan dengan struktur katod, medan magnet dan bahan). Pada ketumpatan kuasa yang lebih rendah (voltan rendah) nilai n biasanya dalam julat 5 hingga 15; dengan voltan nyahcas yang semakin meningkat, ketumpatan arus dan ketumpatan kuasa meningkat dengan cepat, dan pada voltan tinggi nilai n menjadi 1 disebabkan oleh kehilangan kurungan medan magnet. Jika pada ketumpatan kuasa yang rendah, nyahcas gas ditentukan oleh ion gas yang berada dalam mod nyahcas berdenyut biasa; Jika pada ketumpatan kuasa tinggi, perkadaran ion logam dalam plasma meningkat dan beberapa bahan bertukar, iaitu dalam mod percikan sendiri, iaitu Plasma dikekalkan oleh pengionan zarah neutral yang terpercik dan ion logam sekunder, dan atom gas lengai seperti Ar hanya digunakan untuk menyalakan plasma, selepas itu zarah logam yang terpercik diionkan berhampiran sasaran dan dipercepatkan kembali untuk mengebom sasaran yang terpercik di bawah tindakan medan magnet dan elektrik untuk mengekalkan nyahcas arus tinggi, dan plasma adalah zarah logam yang sangat terion. Disebabkan oleh proses percikan kesan pemanasan pada sasaran, untuk memastikan operasi sasaran yang stabil dalam aplikasi perindustrian, ketumpatan kuasa yang dikenakan secara langsung pada sasaran tidak boleh terlalu besar, secara amnya penyejukan air langsung dan kekonduksian terma bahan sasaran hendaklah dalam kes 25 W/cm2 di bawah, penyejukan air tidak langsung, kekonduksian terma bahan sasaran adalah lemah, bahan sasaran yang disebabkan oleh pemecahan akibat tekanan haba atau bahan sasaran mengandungi komponen aloi meruap rendah dan kes lain ketumpatan kuasa hanya boleh berada dalam 2 ~ 15 W/cm2 di bawah, jauh di bawah keperluan ketumpatan kuasa tinggi. Masalah terlalu panas sasaran boleh diselesaikan dengan menggunakan denyut kuasa tinggi yang sangat sempit. Anders mentakrifkan percikan magnetron berdenyut berkuasa tinggi sebagai sejenis percikan berdenyut di mana ketumpatan kuasa puncak melebihi ketumpatan kuasa purata sebanyak 2 hingga 3 peringkat magnitud, dan percikan ion sasaran mendominasi proses percikan, dan atom percikan sasaran sangat terpisah.
No.2 Ciri-ciri pemendapan salutan percikan magnetron berdenyut berkuasa tinggi
Percikan magnetron berdenyut berkuasa tinggi boleh menghasilkan plasma dengan kadar penceraian yang tinggi dan tenaga ion yang tinggi, dan boleh mengenakan tekanan bias untuk mempercepatkan ion yang dicas, dan proses pemendapan salutan dihujani oleh zarah bertenaga tinggi, yang merupakan teknologi IPVD yang tipikal. Tenaga dan taburan ion mempunyai kesan yang sangat penting terhadap kualiti dan prestasi salutan.
Mengenai IPVD, berdasarkan model kawasan struktur Thorton yang terkenal, Anders mencadangkan model kawasan struktur yang merangkumi pemendapan plasma dan pengetsaan ion, memperluas hubungan antara struktur salutan dan suhu serta tekanan udara dalam model kawasan struktur Thorton kepada hubungan antara struktur salutan, suhu dan tenaga ion, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2. Dalam kes salutan pemendapan ion tenaga rendah, struktur salutan mematuhi model zon struktur Thorton. Dengan peningkatan suhu pemendapan, peralihan dari kawasan 1 (hablur gentian berliang longgar) ke kawasan T (hablur gentian padat), kawasan 2 (hablur kolumnar) dan kawasan 3 (kawasan penghabluran semula); dengan peningkatan tenaga ion pemendapan, suhu peralihan dari kawasan 1 ke kawasan T, kawasan 2 dan kawasan 3 berkurangan. Kristal gentian berketumpatan tinggi dan kristal kolumnar boleh disediakan pada suhu rendah. Apabila tenaga ion yang termendap meningkat kepada susunan 1-10 eV, pengeboman dan pengetsaan ion pada permukaan salutan yang termendap dipertingkatkan dan ketebalan salutan meningkat.
No.3 Penyediaan lapisan salutan keras dengan teknologi percikan magnetron berdenyut berkuasa tinggi
Salutan yang disediakan melalui teknologi percikan magnetron berdenyut berkuasa tinggi adalah lebih tumpat, dengan sifat mekanikal yang lebih baik dan kestabilan suhu tinggi. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3, salutan TiAlN berpercikan magnetron konvensional ialah struktur kristal kolumnar dengan kekerasan 30 GPa dan modulus Young 460 GPa; salutan HIPIMS-TiAlN ialah kekerasan 34 GPa manakala modulus Young ialah 377 GPa; nisbah antara kekerasan dan modulus Young ialah ukuran ketahanan salutan. Kekerasan yang lebih tinggi dan modulus Young yang lebih kecil bermakna ketahanan yang lebih baik. Salutan HIPIMS-TiAlN mempunyai kestabilan suhu tinggi yang lebih baik, dengan fasa heksagon AlN termendak dalam salutan TiAlN konvensional selepas rawatan penyepuhlindapan suhu tinggi pada 1,000 °C selama 4 jam. Kekerasan salutan berkurangan pada suhu tinggi, manakala salutan HIPIMS-TiAlN kekal tidak berubah selepas rawatan haba pada suhu dan masa yang sama. Salutan HIPIMS-TiAlN juga mempunyai suhu permulaan pengoksidaan suhu tinggi yang lebih tinggi berbanding salutan konvensional. Oleh itu, salutan HIPIMS-TiAlN menunjukkan prestasi yang jauh lebih baik dalam alat pemotong berkelajuan tinggi berbanding alat bersalut lain yang disediakan melalui proses PVD.
Masa siaran: 8 Nov-2022