No.1 Principe van gepulseerde magnetron sputtering met hoog vermogen
De gepulste magnetron sputtertechniek met hoog vermogen maakt gebruik van een hoog piekpulsvermogen (2-3 ordes van grootte hoger dan bij conventioneel magnetron sputteren) en een lage pulsduur (0,5%-10%) om hoge metaaldissociatiesnelheden (>50%) te bereiken, wat is afgeleid van de sputterkarakteristieken van de magnetron, zoals weergegeven in Pic 1, waar de piekdoelstroomdichtheid I evenredig is met de exponentiële n-de macht van de ontladingsspanning U, I = kUn (n is een constante gerelateerd aan de kathodestructuur, het magnetische veld en materiaal).Bij lagere vermogensdichtheden (laagspanning) ligt de n-waarde gewoonlijk tussen 5 en 15;met de toenemende ontladingsspanning nemen de stroomdichtheid en vermogensdichtheid snel toe, en bij hoge spanning wordt de n-waarde 1 vanwege het verlies van magnetische veldbeperking.Als bij lage vermogensdichtheden de gasontlading wordt bepaald door gasionen die zich in de normale gepulseerde ontladingsmodus bevindt;als bij hoge vermogensdichtheden het aandeel metaalionen in het plasma toeneemt en sommige materialen schakelen, dat wil zeggen in de zelfversputterende modus, dwz het plasma wordt in stand gehouden door de ionisatie van gesputterde neutrale deeltjes en secundaire metaalionen en inerte gasatomen zoals Ar worden alleen gebruikt om het plasma te ontsteken, waarna de gesputterde metaaldeeltjes worden geïoniseerd nabij het doelwit en terug worden versneld om het gesputterde doelwit te bombarderen onder invloed van magnetische en elektrische velden om de hoge stroomontlading te behouden, en het plasma is zeer geïoniseerde metaaldeeltjes.Vanwege het sputterproces van het verwarmingseffect op het doel, om de stabiele werking van het doel in industriële toepassingen te garanderen, mag de direct op het doel toegepaste vermogensdichtheid niet te groot zijn, over het algemeen directe waterkoeling en thermische geleidbaarheid van het doelmateriaal moet in het geval van 25 W / cm2 lager zijn, indirecte waterkoeling, de thermische geleidbaarheid van het doelmateriaal is slecht, het doelmateriaal wordt veroorzaakt door fragmentatie als gevolg van thermische spanning of het doelmateriaal bevat laag vluchtige legeringscomponenten en andere gevallen van vermogensdichtheid kunnen alleen in 2 ~ 15 W / cm2 hieronder, ver onder de eisen van hoge vermogensdichtheid.Het probleem van oververhitting van het doel kan worden opgelost door zeer smalle pulsen met hoog vermogen te gebruiken.Anders definieert krachtige gepulseerde magnetronsputteren als een soort gepulseerd sputteren waarbij de piekvermogensdichtheid de gemiddelde vermogensdichtheid met 2 tot 3 ordes van grootte overschrijdt, en het sputteren van doelionen het sputterproces domineert, en de doelsputteratomen sterk gedissocieerd zijn .
No.2 De kenmerken van hoogvermogen gepulseerde magnetron sputtering coating depositie
Hoogvermogen gepulste magnetronsputteren kan plasma produceren met een hoge dissociatiesnelheid en hoge ionenenergie, en kan biasdruk uitoefenen om de geladen ionen te versnellen, en het coatingafzettingsproces wordt gebombardeerd door hoogenergetische deeltjes, wat een typische IPVD-technologie is.De ionenenergie en -verdeling hebben een zeer belangrijke invloed op de coatingkwaliteit en prestaties.
Over IPVD, gebaseerd op het beroemde structurele regiomodel van Thorton, stelde Anders een structureel regiomodel voor dat plasma-afzetting en ionenetsing omvat, breidde de relatie tussen coatingstructuur en temperatuur en luchtdruk in het structurele regiomodel van Thorton uit tot de relatie tussen coatingstructuur, temperatuur en ionenenergie, zoals getoond in Pic 2. In het geval van laagenergetische ionenafzettingscoating, komt de coatingstructuur overeen met het Thorton-structuurzonemodel.Met de toename van de afzettingstemperatuur, de overgang van gebied 1 (losse poreuze vezelkristallen) naar gebied T (dichte vezelkristallen), gebied 2 (kolomvormige kristallen) en gebied 3 (herkristallisatiegebied);met de toename van depositie-ionenenergie, neemt de overgangstemperatuur van gebied 1 naar gebied T, gebied 2 en gebied 3 af.De vezelkristallen met hoge dichtheid en kolomkristallen kunnen bij lage temperatuur worden bereid.Wanneer de energie van afgezette ionen toeneemt tot de orde van 1-10 eV, wordt het bombardement en het etsen van ionen op het oppervlak van de afgezette coating verbeterd en neemt de dikte van coatings toe.
Nr.3 Voorbereiding van een harde coatinglaag door krachtige gepulseerde magnetron sputtertechnologie
De coating die is bereid met krachtige gepulseerde magnetron-sputtertechnologie is dichter, met betere mechanische eigenschappen en stabiliteit bij hoge temperaturen.Zoals getoond in Pic 3, is de conventionele magnetron-sputtered TiAlN-coating een kolomvormige kristalstructuur met een hardheid van 30 GPa en een Young's modulus van 460 GPa;de HIPIMS-TiAlN-coating heeft een hardheid van 34 GPa, terwijl de Young-modulus 377 GPa is;de verhouding tussen hardheid en Young's modulus is een maat voor de taaiheid van de coating.Hogere hardheid en kleinere Young's modulus betekenen betere taaiheid.De HIPIMS-TiAlN-coating heeft een betere stabiliteit bij hoge temperaturen, waarbij de AlN-hexagonale fase neerslaat in de conventionele TiAlN-coating na een uitgloeibehandeling bij hoge temperatuur bij 1000 °C gedurende 4 uur.De hardheid van de coating neemt af bij hoge temperatuur, terwijl de HIPIMS-TiAlN coating onveranderd blijft na warmtebehandeling bij dezelfde temperatuur en tijd.HIPIMS-TiAlN-coating heeft ook een hogere aanvangstemperatuur van oxidatie bij hoge temperatuur dan conventionele coating.Daarom presteert de HIPIMS-TiAlN-coating veel beter in hogesnelheidssnijgereedschappen dan andere gecoate gereedschappen die zijn vervaardigd door middel van het PVD-proces.
Posttijd: 08-nov-2022