No.1 Yüksek güçlü darbeli magnetron püskürtmenin ilkesi
Yüksek güç darbeli magnetron püskürtme tekniği, yüksek tepe darbe gücü (geleneksel magnetron püskürtmeden 2-3 büyüklük sırası daha yüksek) ve düşük darbe görev döngüsü (%0,5-%10) kullanarak yüksek metal ayrışma oranlarına (>%50) ulaşır; bu, Resim 1'de gösterildiği gibi magnetron püskürtme karakteristiklerinden türetilir; burada tepe hedef akım yoğunluğu I, deşarj voltajı U'nun üstel n'inci kuvvetine orantılıdır, I = kUn (n, katot yapısı, manyetik alan ve malzeme ile ilgili bir sabittir). Daha düşük güç yoğunluklarında (düşük voltaj) n değeri genellikle 5 ila 15 aralığındadır; artan deşarj voltajıyla akım yoğunluğu ve güç yoğunluğu hızla artar ve yüksek voltajda manyetik alan sınırlamasının kaybolması nedeniyle n değeri 1 olur. Düşük güç yoğunluklarında ise gaz deşarjı, normal darbeli deşarj modunda olan gaz iyonları tarafından belirlenir; Yüksek güç yoğunluklarında ise plazmadaki metal iyonlarının oranı artar ve bazı malzemeler kendi kendine püskürtme moduna geçer, yani plazma, püskürtülen nötr parçacıkların ve ikincil metal iyonlarının iyonlaşmasıyla korunur ve Ar gibi inert gaz atomları yalnızca plazmayı tutuşturmak için kullanılır, bundan sonra püskürtülen metal parçacıkları hedef yakınında iyonlaşır ve yüksek akım deşarjını sürdürmek için manyetik ve elektrik alanlarının etkisi altında püskürtülen hedefi bombardıman etmek üzere geri hızlandırılır ve plazma yüksek oranda iyonlaşmış metal parçacıklarıdır. Püskürtme işlemi hedef üzerinde ısıtma etkisi nedeniyle, endüstriyel uygulamalarda hedefin kararlı çalışmasını sağlamak için, hedefe doğrudan uygulanan güç yoğunluğu çok büyük olamaz, genellikle doğrudan su soğutması ve hedef malzeme termal iletkenliği 25 W / cm2 altında olmalıdır, dolaylı su soğutması, hedef malzeme termal iletkenliği zayıftır, hedef malzeme termal stres nedeniyle parçalanma nedeniyle oluşmuştur veya hedef malzeme düşük uçucu alaşım bileşenleri içerir ve diğer durumlarda güç yoğunluğu yalnızca 2 ~ 15 W / cm2 altında olabilir, yüksek güç yoğunluğu gereksinimlerinin çok altındadır. Hedefin aşırı ısınma sorunu, çok dar yüksek güç darbeleri kullanılarak çözülebilir. Anders, yüksek güçlü darbeli magnetron püskürtmeyi, tepe güç yoğunluğunun ortalama güç yoğunluğunu 2 ila 3 büyüklük sırası kadar aştığı ve hedef iyon püskürtmenin püskürtme sürecine hakim olduğu ve hedef püskürtme atomlarının oldukça ayrıştığı bir tür darbeli püskürtme olarak tanımlar.
No.2 Yüksek güçlü darbeli magnetron püskürtme kaplama birikiminin özellikleri
Yüksek güçte darbeli magnetron püskürtme, yüksek ayrışma oranına ve yüksek iyon enerjisine sahip plazma üretebilir ve yüklü iyonları hızlandırmak için önyargı basıncı uygulayabilir ve kaplama biriktirme işlemi, tipik bir IPVD teknolojisi olan yüksek enerjili parçacıklarla bombardımana tutulur. İyon enerjisi ve dağılımı, kaplama kalitesi ve performansı üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptir.
IPVD hakkında, ünlü Thorton yapısal bölge modeline dayalı olarak, Anders plazma biriktirme ve iyon aşındırmayı içeren bir yapısal bölge modeli önerdi, Thorton yapısal bölge modelindeki kaplama yapısı ile sıcaklık ve hava basıncı arasındaki ilişkiyi, Resim 2'de gösterildiği gibi kaplama yapısı, sıcaklık ve iyon enerjisi arasındaki ilişkiye genişletti. Düşük enerjili iyon biriktirme kaplaması durumunda, kaplama yapısı Thorton yapı bölgesi modeline uygundur. Biriktirme sıcaklığının artmasıyla, bölge 1'den (gevşek gözenekli fiber kristaller) bölge T'ye (yoğun fiber kristaller), bölge 2'ye (sütunlu kristaller) ve bölge 3'e (yeniden kristalleşme bölgesi) geçiş; biriktirme iyon enerjisinin artmasıyla, bölge 1'den bölge T'ye, bölge 2'ye ve bölge 3'e geçiş sıcaklığı azalır. Yüksek yoğunluklu fiber kristaller ve sütunlu kristaller düşük sıcaklıkta hazırlanabilir. Biriktirilen iyonların enerjisi 1-10 eV mertebesine çıktığında, biriktirilen kaplama yüzeyindeki iyon bombardımanı ve aşındırması artar ve kaplamaların kalınlığı artar.
No.3 Yüksek güçlü darbeli magnetron püskürtme teknolojisi ile sert kaplama tabakasının hazırlanması
Yüksek güç darbeli magnetron püskürtme teknolojisi ile hazırlanan kaplama daha yoğundur, daha iyi mekanik özelliklere ve yüksek sıcaklık kararlılığına sahiptir. Resim 3'te gösterildiği gibi, geleneksel magnetron püskürtmeli TiAlN kaplaması 30 GPa sertliğe ve 460 GPa Young modülüne sahip sütunlu bir kristal yapıdır; HIPIMS-TiAlN kaplaması 34 GPa sertliğe sahipken Young modülü 377 GPa'dır; sertlik ile Young modülü arasındaki oran kaplamanın tokluğunun bir ölçüsüdür. Daha yüksek sertlik ve daha küçük Young modülü daha iyi tokluk anlamına gelir. HIPIMS-TiAlN kaplaması daha iyi yüksek sıcaklık kararlılığına sahiptir, AlN hekzagonal fazı 1.000 °C'de 4 saat boyunca yüksek sıcaklıkta tavlama işleminden sonra geleneksel TiAlN kaplamasında çökelmiştir. Kaplamanın sertliği yüksek sıcaklıkta azalırken, HIPIMS-TiAlN kaplaması aynı sıcaklık ve sürede ısıl işlemden sonra değişmeden kalır. HIPIMS-TiAlN kaplaması ayrıca geleneksel kaplamadan daha yüksek bir yüksek sıcaklık oksidasyon başlangıç sıcaklığına sahiptir. Bu nedenle, HIPIMS-TiAlN kaplaması, PVD işlemiyle hazırlanan diğer kaplamalı takımlara göre yüksek hızlı kesme takımlarında çok daha iyi performans gösterir.
Gönderi zamanı: 08-Kas-2022