Główną cechą metody naparowywania próżniowego do osadzania warstw jest wysoka szybkość osadzania. Główną cechą metody rozpylania jest szeroki wybór dostępnych materiałów powłokowych i dobra jednorodność warstwy, przy czym szybkość osadzania jest niska. Powłoka jonowa to metoda łącząca te dwa procesy.
Zasada powlekania jonowego i warunki tworzenia filmu
Zasada działania powłoki jonowej jest pokazana na rys. Komora próżniowa jest pompowana do ciśnienia poniżej 10-4 Pa, a następnie wypełniona gazem obojętnym (np. argonem) do ciśnienia 0,1~1 Pa. Po przyłożeniu ujemnego napięcia stałego do 5 kV do podłoża, między podłożem a tyglem tworzy się strefa plazmy wyładowania jarzeniowego gazu niskiego ciśnienia. Jony gazu obojętnego są przyspieszane przez pole elektryczne i bombardują powierzchnię podłoża, czyszcząc w ten sposób powierzchnię przedmiotu obrabianego. Po zakończeniu tego procesu czyszczenia rozpoczyna się proces powlekania od odparowania materiału do pokrycia w tyglu. Odparowane cząsteczki pary wchodzą do strefy plazmy i zderzają się ze zdysocjowanymi obojętnymi jonami dodatnimi i elektronami, a niektóre cząsteczki pary ulegają dysocjacji i bombardują przedmiot obrabiany i powierzchnię powłoki pod wpływem przyspieszenia pola elektrycznego. W procesie galwanizacji jonowej nie tylko zachodzi osadzanie, ale także rozpylanie jonów dodatnich na podłożu, więc cienka warstwa może zostać utworzona tylko wtedy, gdy efekt osadzania jest większy niż efekt rozpylania.
Proces powlekania jonowego, w którym podłoże jest stale bombardowane jonami o wysokiej energii, jest bardzo czysty i ma szereg zalet w porównaniu z rozpylaniem i powlekaniem przez parowanie.
(1)Silna przyczepność, warstwa powłoki nie odkleja się łatwo.
(a) W procesie powlekania jonowego duża liczba cząstek o wysokiej energii generowanych przez wyładowanie jarzeniowe jest wykorzystywana do wywołania efektu rozpylania katodowego na powierzchni podłoża, rozpylając i oczyszczając gaz i olej zaadsorbowane na powierzchni podłoża w celu oczyszczenia powierzchni podłoża aż do zakończenia całego procesu powlekania.
(b) Na wczesnym etapie powlekania rozpylanie i osadzanie zachodzą równocześnie, co może skutkować utworzeniem warstwy przejściowej składników na styku podstawy folii lub mieszaniny materiału folii i materiału bazowego, zwanej „warstwą pseudodyfuzyjną”, która może skutecznie poprawić właściwości adhezyjne folii.
(2) Dobre właściwości owijania. Jednym z powodów jest to, że atomy materiału powłoki są jonizowane pod wysokim ciśnieniem i zderzają się z cząsteczkami gazu kilkakrotnie podczas docierania do podłoża, dzięki czemu jony materiału powłoki mogą być rozproszone wokół podłoża. Ponadto, zjonizowane atomy materiału powłoki osadzają się na powierzchni podłoża pod wpływem pola elektrycznego, dzięki czemu całe podłoże osadza się cienką warstwą, czego nie można osiągnąć poprzez naparowywanie.
(3)Wysoka jakość powłoki wynika z rozpylania kondensatów, które następuje w wyniku ciągłego bombardowania osadzonej warstwy jonami dodatnimi, co poprawia gęstość warstwy powłoki.
(4) Na materiałach metalicznych i niemetalicznych można stosować szeroką gamę materiałów powłokowych i podłoży.
(5) W porównaniu z chemicznym osadzaniem z fazy gazowej (CVD) ma niższą temperaturę podłoża, zwykle poniżej 500°C, ale jego wytrzymałość na przyczepność jest w pełni porównywalna z wytrzymałością powłok otrzymywanych metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej.
(6) Wysoka szybkość osadzania, szybkie tworzenie warstw i możliwość powlekania warstwami o grubości od kilkudziesięciu nanometrów do mikronów.
Wadami powlekania jonowego są: brak możliwości precyzyjnej kontroli grubości powłoki; wysokie stężenie defektów w przypadku konieczności precyzyjnego powlekania; a także wnikanie gazów w powierzchnię podczas powlekania, co zmienia jej właściwości. W niektórych przypadkach tworzą się również wnęki i zarodki krystaliczne (poniżej 1 nm).
Pod względem szybkości osadzania, powlekanie jonowe jest porównywalne z metodą parowania. Jeśli chodzi o jakość powłoki, powłoki uzyskane metodą powlekania jonowego są zbliżone lub lepsze od powłok uzyskanych metodą rozpylania.
Czas publikacji: 08-11-2022