No.1 Prinsippet for høyeffekts pulserende magnetronforstøvning
Teknikken for pulserende magnetronforstøvning med høy effekt bruker høy topppulseffekt (2-3 størrelsesordener høyere enn konvensjonell magnetronforstøvning) og lavpulsdriftssyklus (0,5% -10%) for å oppnå høye metalldissosiasjonshastigheter (>50%), som er avledet fra magnetronforstøvningskarakteristikkene, som vist i bilde 1, hvor toppmålstrømtettheten I er proporsjonal med den eksponentielle n-te potensen til utladningsspenningen U, I = kUn (n er en konstant relatert til katodestrukturen, magnetfeltet og materiale).Ved lavere effekttettheter (lav spenning) er n-verdien vanligvis i området 5 til 15;med økende utladningsspenning øker strømtettheten og effekttettheten raskt, og ved høy spenning blir n-verdien 1 på grunn av tap av magnetfeltbegrensning.Ved lave effekttettheter bestemmes gassutladningen av gassioner som er i normal pulserende utladningsmodus;hvis ved høye effekttettheter, øker andelen metallioner i plasmaet og noen materialer skifter, dvs. i selvforstøvningsmodus, dvs. plasmaet opprettholdes ved ionisering av sputterte nøytrale partikler og sekundære metallioner, og inerte gassatomer slik som Ar brukes bare til å antenne plasmaet, hvoretter de sputterte metallpartiklene ioniseres nær målet og akselereres tilbake for å bombardere det sputterede målet under påvirkning av magnetiske og elektriske felt for å opprettholde den høye strømutladningen, og plasmaet er høyt ioniserte metallpartikler.På grunn av sputteringsprosessen til oppvarmingseffekten på målet, for å sikre stabil drift av målet i industrielle applikasjoner, kan ikke krafttettheten direkte påført målet være for stor, generelt direkte vannkjøling og målmaterialets termiske ledningsevne bør være i tilfelle 25 W / cm2 under, indirekte vannkjøling, målmaterialets termiske ledningsevne er dårlig, målmaterialet forårsaket av fragmentering på grunn av termisk stress eller målmaterialet inneholder lavflyktige legeringskomponenter og andre tilfeller av effekttetthet kan bare være i 2 ~ 15 W / cm2 under, langt under kravene til høy effekttetthet.Problemet med måloveroppheting kan løses ved å bruke svært smale høyeffektpulser.Anders definerer høyeffekt pulsert magnetronforstøving som en slags pulsforstøvning der toppeffekttettheten overstiger gjennomsnittlig effekttetthet med 2 til 3 størrelsesordener, og målionforstøvingen dominerer sputterprosessen, og målforstøvningsatomene er sterkt dissosiert .
No.2 Egenskapene til høyeffekts pulserende magnetronforstøvningsbeleggavsetning
Pulserende magnetronsputtering med høy effekt kan produsere plasma med høy dissosiasjonshastighet og høy ioneenergi, og kan påføre forspenningstrykk for å akselerere de ladede ionene, og beleggavsetningsprosessen blir bombardert av høyenergipartikler, som er en typisk IPVD-teknologi.Ioneenergien og distribusjonen har en svært viktig innvirkning på beleggets kvalitet og ytelse.
Om IPVD, basert på den berømte Thorton strukturelle regionmodellen, foreslo Anders en strukturell regionmodell som inkluderer plasmaavsetning og ionetsing, utvidet forholdet mellom beleggstruktur og temperatur og lufttrykk i Thortons strukturelle regionmodell til forholdet mellom beleggstruktur, temperatur og ioneenergi, som vist i bilde 2. Ved lavenergi ioneavsetningsbelegg samsvarer beleggstrukturen med Thorton-struktursonemodellen.Med økningen av avsetningstemperaturen, overgangen fra område 1 (løse porøse fiberkrystaller) til område T (tette fiberkrystaller), område 2 (søylekrystaller) og område 3 (rekrystalliseringsområde);med økningen av avsetningsionenergi, synker overgangstemperaturen fra region 1 til region T, region 2 og region 3.Fiberkrystallene med høy tetthet og søylekrystallene kan fremstilles ved lav temperatur.Når energien til avsatte ioner øker til størrelsesorden 1-10 eV, økes bombardementet og etsingen av ioner på den avsatte beleggoverflaten og tykkelsen på beleggene økes.
No.3 Forberedelse av hardt belegg med høyeffekts pulserende magnetronforstøvningsteknologi
Belegget fremstilt av høyeffekts pulserende magnetronforstøvningsteknologi er tettere, med bedre mekaniske egenskaper og høy temperaturstabilitet.Som vist på bilde 3 er det konvensjonelle magnetronforstøvete TiAlN-belegget en søyleformet krystallstruktur med en hardhet på 30 GPa og en Youngs modul på 460 GPa;HIPIMS-TiAlN-belegget er 34 GPa hardhet mens Youngs modul er 377 GPa;forholdet mellom hardhet og Youngs modul er et mål på beleggets seighet.Høyere hardhet og mindre Youngs modul betyr bedre seighet.HIPIMS-TiAlN-belegget har bedre høytemperaturstabilitet, med AlN sekskantet fase utfelt i det konvensjonelle TiAlN-belegget etter høytemperaturglødingsbehandling ved 1000 °C i 4 timer.Hardheten til belegget avtar ved høy temperatur, mens HIPIMS-TiAlN-belegget forblir uendret etter varmebehandling ved samme temperatur og tid.HIPIMS-TiAlN-belegg har også en høyere begynnelsestemperatur for høytemperatur-oksidasjon enn konvensjonelt belegg.Derfor viser HIPIMS-TiAlN-belegget mye bedre ytelse i høyhastighets skjæreverktøy enn andre belagte verktøy utarbeidet av PVD-prosessen.
Innleggstid: Nov-08-2022