หลักการที่ 1 ของการสปัตเตอร์แมกนีตรอนแบบพัลส์กำลังสูง
เทคนิคการสปัตเตอร์แมกนีตรอนแบบพัลส์กำลังสูงใช้กำลังพัลส์พีคสูง (สูงกว่าการสปัตเตอร์แมกนีตรอนแบบธรรมดา 2-3 เท่า) และรอบหน้าที่พัลส์ต่ำ (0.5%-10%) เพื่อให้ได้อัตราการแยกตัวของโลหะสูง (>50%) ซึ่งได้มาจากลักษณะการสปัตเตอร์แมกนีตรอน ดังที่แสดงในภาพที่ 1 โดยที่ความหนาแน่นกระแสเป้าหมายพีค I แปรผันตามกำลังที่ n ของแรงดันไฟฟ้าในการคายประจุ U, I = kUn (n เป็นค่าคงที่ที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างแคโทด สนามแม่เหล็ก และวัสดุ) ที่ความหนาแน่นพลังงานต่ำ (แรงดันไฟฟ้าต่ำ) ค่า n มักจะอยู่ในช่วง 5 ถึง 15 เมื่อแรงดันไฟฟ้าในการคายประจุเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นกระแสและความหนาแน่นพลังงานจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และที่แรงดันไฟฟ้าสูง ค่า n จะกลายเป็น 1 เนื่องจากการสูญเสียการจำกัดของสนามแม่เหล็ก หากที่ความหนาแน่นพลังงานต่ำ การคายประจุของก๊าซจะถูกกำหนดโดยไอออนของก๊าซที่อยู่ในโหมดการคายประจุแบบพัลส์ปกติ หากที่ความหนาแน่นพลังงานสูง สัดส่วนของไอออนโลหะในพลาสมาจะเพิ่มขึ้น และวัสดุบางชนิดจะสลับไป นั่นคือในโหมดการสปัตเตอร์ด้วยตัวเอง กล่าวคือ พลาสมาจะคงอยู่โดยการแตกตัวของอนุภาคที่เป็นกลางที่ถูกสปัตเตอร์และไอออนโลหะรอง และอะตอมก๊าซเฉื่อย เช่น Ar จะถูกใช้เพื่อจุดไฟพลาสมาเท่านั้น หลังจากนั้น อนุภาคโลหะที่ถูกสปัตเตอร์จะถูกแตกตัวใกล้กับเป้าหมาย และถูกเร่งกลับมาเพื่อโจมตีเป้าหมายที่ถูกสปัตเตอร์ภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเพื่อรักษาการคายประจุกระแสไฟฟ้าสูง และพลาสมาจะเป็นอนุภาคโลหะที่ถูกแตกตัวเป็นไอออนในระดับสูง เนื่องจากกระบวนการสปัตเตอร์ของเอฟเฟกต์ความร้อนบนเป้าหมาย เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานที่มั่นคงของเป้าหมายในการใช้งานทางอุตสาหกรรม ความหนาแน่นของพลังงานที่ใช้กับเป้าหมายโดยตรงไม่ควรมากเกินไป โดยทั่วไป การระบายความร้อนด้วยน้ำโดยตรงและการนำความร้อนของวัสดุเป้าหมายควรอยู่ที่ 25 W / cm2 ด้านล่าง การระบายความร้อนด้วยน้ำทางอ้อม การนำความร้อนของวัสดุเป้าหมายไม่ดี วัสดุเป้าหมายที่เกิดจากการแตกตัวเนื่องจากความเครียดทางความร้อนหรือวัสดุเป้าหมายมีส่วนประกอบโลหะผสมระเหยต่ำ และกรณีอื่นๆ ของความหนาแน่นของพลังงานสามารถอยู่ที่ 2 ~ 15 W / cm2 ด้านล่างเท่านั้น ซึ่งต่ำกว่าข้อกำหนดของความหนาแน่นของพลังงานสูงมาก ปัญหาของความร้อนสูงเกินไปของเป้าหมายสามารถแก้ไขได้โดยใช้พัลส์พลังงานสูงที่แคบมาก Anders กำหนดให้การสปัตเตอร์แมกนีตรอนแบบพัลส์กำลังสูงเป็นการสปัตเตอร์แบบพัลส์ชนิดหนึ่ง ซึ่งความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดเกินความหนาแน่นของพลังงานเฉลี่ย 2 ถึง 3 ลำดับความสำคัญ และการสปัตเตอร์ไอออนเป้าหมายครอบงำกระบวนการสปัตเตอร์ และอะตอมของเป้าหมายสปัตเตอร์จะแตกตัวสูง
No.2 ลักษณะเฉพาะของการเคลือบแบบสปัตเตอร์แมกนีตรอนแบบพัลส์กำลังสูง
การสปัตเตอร์แมกนีตรอนแบบพัลส์กำลังสูงสามารถสร้างพลาสมาที่มีอัตราการแตกตัวสูงและพลังงานไอออนสูง และสามารถใช้แรงดันอคติเพื่อเร่งไอออนที่มีประจุ และกระบวนการเคลือบจะถูกโจมตีด้วยอนุภาคพลังงานสูง ซึ่งเป็นเทคโนโลยี IPVD ทั่วไป พลังงานไอออนและการกระจายตัวมีผลกระทบสำคัญมากต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของการเคลือบ
เกี่ยวกับ IPVD ซึ่งอิงตามแบบจำลองภูมิภาคโครงสร้าง Thorton ที่มีชื่อเสียง แอนเดอร์สได้เสนอแบบจำลองภูมิภาคโครงสร้างที่รวมการสะสมพลาสมาและการกัดไอออน ขยายความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างการเคลือบและอุณหภูมิและความดันอากาศในแบบจำลองภูมิภาคโครงสร้าง Thorton ไปสู่ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างการเคลือบ อุณหภูมิและพลังงานไอออน ดังที่แสดงในภาพที่ 2 ในกรณีของการเคลือบการสะสมไอออนพลังงานต่ำ โครงสร้างการเคลือบจะสอดคล้องกับแบบจำลองโซนโครงสร้าง Thorton เมื่ออุณหภูมิการสะสมเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนผ่านจากภูมิภาค 1 (ผลึกไฟเบอร์พรุนหลวมๆ) ไปยังภูมิภาค T (ผลึกไฟเบอร์หนาแน่น) ภูมิภาค 2 (ผลึกเสา) และภูมิภาค 3 (ภูมิภาคการตกผลึกใหม่) เมื่อพลังงานไอออนของการสะสมเพิ่มขึ้น อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านจากภูมิภาค 1 ไปยังภูมิภาค T ภูมิภาค 2 และภูมิภาค 3 จะลดลง ผลึกไฟเบอร์ความหนาแน่นสูงและผลึกเสาสามารถเตรียมได้ที่อุณหภูมิต่ำ เมื่อพลังงานของไอออนที่สะสมเพิ่มขึ้นถึงระดับ 1-10 eV การจู่โจมและการกัดกร่อนของไอออนบนพื้นผิวของสารเคลือบที่สะสมจะเพิ่มขึ้นและความหนาของสารเคลือบก็จะเพิ่มขึ้น
No.3 การเตรียมชั้นเคลือบแข็งด้วยเทคโนโลยีแมกนีตรอนสปัตเตอร์แบบพัลส์กำลังสูง
สารเคลือบที่เตรียมโดยเทคโนโลยีการสปัตเตอร์แมกนีตรอนแบบพัลส์กำลังสูงมีความหนาแน่นมากกว่า โดยมีคุณสมบัติทางกลที่ดีกว่า และมีเสถียรภาพในอุณหภูมิสูง ดังที่แสดงในภาพที่ 3 สารเคลือบ TiAlN แบบสปัตเตอร์แมกนีตรอนแบบธรรมดาเป็นโครงสร้างผลึกแบบคอลัมน์ที่มีความแข็ง 30 GPa และโมดูลัสของยังที่ 460 GPa สารเคลือบ HIPIMS-TiAlN มีความแข็ง 34 GPa ในขณะที่โมดูลัสของยังอยู่ที่ 377 GPa อัตราส่วนระหว่างความแข็งและโมดูลัสของยังคือการวัดความเหนียวของสารเคลือบ ความแข็งที่สูงขึ้นและโมดูลัสของยังที่เล็กลงหมายถึงความเหนียวที่ดีขึ้น สารเคลือบ HIPIMS-TiAlN มีเสถียรภาพในอุณหภูมิสูงที่ดีกว่า โดยมีเฟสหกเหลี่ยมของ AlN ตกตะกอนในสารเคลือบ TiAlN แบบธรรมดาหลังจากการอบอ่อนที่อุณหภูมิสูงที่ 1,000 °C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง ความแข็งของสารเคลือบจะลดลงที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่สารเคลือบ HIPIMS-TiAlN ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากการอบอ่อนที่อุณหภูมิและเวลาเดียวกัน นอกจากนี้ การเคลือบ HIPIMS-TiAlN ยังมีอุณหภูมิเริ่มต้นของการออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงที่สูงกว่าการเคลือบแบบทั่วไป ดังนั้น การเคลือบ HIPIMS-TiAlN จึงแสดงประสิทธิภาพที่ดีกว่ามากในเครื่องมือตัดความเร็วสูงเมื่อเทียบกับเครื่องมือเคลือบอื่นๆ ที่เตรียมโดยกระบวนการ PVD
เวลาโพสต์: 08-11-2022