TiCN Coating Berdasarkan Penyedutan Ion Arc Vacuum

Kaedah penyediaan lapisan TiCN

Sejak tahun 1985, Selepas Knotke menerbitkan penyelidikan mengenai teknologi salutan TiCN, orang-orang menyatakan minat yang tinggi terhadap rintangan pengoksidaan suhu tinggi yang sangat baik dan prestasi aplikasi yang baik, dan setakat ini telah membangunkan pelbagai teknologi vapordeposition fizikal. Pada masa ini, terdapat tiga kaedah penyediaan lapisan TiCN, iaitu kaedah plating magnetron sputter ion, kaedah spudtering radiofreency dan kaedah plating ion multi-arc, di mana kaedah penyaduran ion magnetron dan kaedah plating ion multi-arka adalah paling banyak digunakan dan kos rendah.

Penyadapan ion spatter magnetik.

Teknik sputtering Magnetron telah dibangunkan pada awal 1970-an, sebagai teknologi dan penyelidikan yang mendalam, ia telah digunakan secara meluas dalam bidang perindustrian filem, tenaga optik dan optik, industri perindustrian mekanikal dan sebagainya dan menjadi salah satu penyediaan TiCN yang paling banyak digunakan kaedah filem. Dalam proses salutan, ion Ti dihasilkan dengan menggunakan Ar ions yang dijana oleh pelepasan gas Ar untuk membom sasaran Ti, dan dengan pecutan elektrostatik terbang ke sekeping kerja dan dengan itu, pemendapan filem. Kaedah ini mempunyai kadar pemendapan yang tinggi, ketebalan filem keseragaman, dan penyaduran ion dapat meningkatkan keupayaan menggabungkan lapisan dan substrat antara muka dan membuat organisasi filem padat. Pada masa yang sama, sasaran yang terdedah kepada pencemaran, dan kadar pemendapan yang rendah dalam proses salutan adalah kelemahan utamanya. Telah dijumpai, apabila tekanan separa karbon dan nitrogen meningkat, kadar pemendapan akan melambatkan.

Penyaduran ion arka pelbagai.

Penyaduran ion pelbagai arka kepunyaan kaedah penyaduran ion yang lebih baik, yang pertama dibangunkan oleh Soviet, pada awal 1980-an, praktikal pertama oleh Multi-Arc AS. Prinsip asas mengambil sumber sasaran logam sebagai katod, disalurkan oleh arka antara shell anod dan membuat penyejatan sasaran dan pengionan, membentuk ruang plasma, dan kemudian mendeposit salutan pada sekeping kerja. Berbanding dengan teknologi membran lain, kelebihannya adalah bahawa katod menghasilkan plasma secara langsung, dan sasaran katod boleh disusun sewenang-wenang, yang sangat memudahkan lekapan sampel. Di samping itu, tenaga zarah insiden pelbagai arka adalah tinggi, kadar pengionan boleh mencapai 60% ~ 80%, ketumpatan membran adalah tinggi, kekuatan dan ketahanan yang baik, antara muka filem dan matriks mudah menghasilkan penyebaran atom dan lekatan filem adalah baik.

Teknik penyaduran arka ion vakum menggunakan medan elektromagnet plasma untuk penapis, yang boleh mengurangkan atau menghapuskan zarah besar secara berkesan. Berbanding dengan salutan penyaduran arka ion konvensional, salutan arc-penapis arka lapisan makro bukanlah kekotoran, homogen, struktur padat, dan dapat memenuhi keperluan optik, filem mikroelektronik. Terdapat juga kelemahan kepada sumber arka yang ditapis, iaitu, diameter rasuk kecil, biasanya kurang dari 200nm, dan sukar untuk membentuk pelbagai arka sumber array, menjadikan pengeluaran besar-besaran kawasan besar tidak dapat dicapai, dan transmisi kecekapan tidak tinggi, kecekapan penghantaran maksimum struktur lengkung kira-kira kira-kira 30%, arus ion hanya 2% hingga 3% semasa arka.

Pengaruh aliran gas pada struktur salutan

Penukaran tekanan separa N ₂ (aliran) akan menyebabkan ketumpatan ion nitrogen dan perubahan tenaga nitrogen, yang memberi kesan kepada penggabungan dengan atom logam, menjadikan perubahan orientasi pertumbuhan pilihan, sehingga mempengaruhi prestasi salutan. Reserachers mendapati bahawa di bawah keadaan tekanan 0.8Pa dan Ar arus 20sccm, apabila aliran nitrogen kurang daripada 6sccm orientasi pilihan adalah (111), apabila aliran nitrogen lebih besar daripada 6sccm, (111) keamatan puncak berkurangan, dan (200 ) peningkatan intensiti puncak, terutamanya kerana dalam struktur fcc-TiCN, (111) tenaga permukaan pesawat rendah, di bawah atom aliran nitrogen yang rendah adalah penghijrahan ke bidang (111), dengan peningkatan aliran nitrogen, kadar pemindahan atom menurun, tetapi (200) permukaan kristal dengan tenaga permukaan yang tinggi mempunyai ketumpatan langkah yang tinggi, dan jarak penyebaran dari titik grid rendah tenaga adalah pendek, memanfaatkan pertumbuhan kristal istimewa di sepanjang permukaan kristal (200). Reserachers mendapati bahawa apabila aliran nitrogen adalah 1sccm, sampel yang diperoleh adalah struktur amorf, apabila aliran nitrogen lebih daripada 2sccm, terdapat struktur kolumnar dalam filem, sempadan butiran yang sedia ada, apabila aliran nitrogen meningkat kepada 6sccm, filem menjadi padat, dan masing-masing lebih suka kepada struktur mikro isotropik dan penghasilan bijirin, terutamanya sebagai peningkatan aliran nitrogen, kadar penghijrahan atom dikurangkan, perubahan permukaan membran dalam potensi kimia tempatan. Para penyelidik mendapati bahawa dengan aliran nitrogen bertambah, biji-bijian berkumpul di dalam filem kurang, permukaan menjadi padat dan licin, kekasaran berkurang secara beransur-ansur sehingga malar.

Sekarang sumber karbon yang digunakan oleh penyediaan TiCN adalah C ₂ H ₂ atau CH ₄ terutamanya kerana TiN dan TiC adalah struktur kubik berpusat pada muka NaCl, radius atom N dan atom C sangat dekat, N ialah 0.071nm, C ialah 0.077nm, kedua-dua boleh saling menggantikan untuk membentuk bahan fasa tunggal TiC (N) atau TiN (C). Di bawah keadaan tertentu, mungkin terdapat struktur dua fasa yang muncul. Dalam spektrum difraksi XRD, puncaknya sangat dekat, dan sesetengahnya bertindih, menyebabkan kompleksnya analisis fasa, oleh itu ia biasanya ditulis sebagai TiCxN1-x.

Faktor-faktor pengaruh prestasi salutan TiCN

Suhu

Kualiti salutan TiCN terutamanya dipengaruhi oleh faktor proses seperti komposisi, suhu dan atmosfera. Suhu matriks yang berbeza akan menyebabkan saiz biji, bentuk, struktur biji salutan adalah sama sekali berbeza. Suhu pemendapan yang terlalu tinggi dan kadar pemendapan terlalu cepat akan menyebabkan paparan kristal bersalut tebal bercabang, menjejaskan kualiti salutan; suhu pemendapan terlalu rendah, ia cenderung membentuk sedimen longgar, longgar, yang menjejaskan kekuatan mengikat salutan dan matriks. Oleh itu, pilihan suhu yang munasabah adalah syarat yang diperlukan untuk mendapatkan salutan berkualiti tinggi. Mc.Cormell dan lain-lain mendeposit lapisan TiCN pada keluli tahan karat dengan kaedah PVD, termasuk kekerasan, kekuatan ikatan dan pekali geserannya tidak akan berubah apabila suhu di bawah 250 ℃. Selepas 450 ℃ rawatan haba kepada sampel, TiCN salutan pekali geseran adalah 0.2 sebelum 250 ℃, dan sehingga 0.3 pada 250 ℃, tetapi masih lebih rendah daripada pekali geseran TiN, kerana di TiCN salutan C telah memainkan peranan pelincir. Kajian menunjukkan bahawa apabila suhu di bawah 200 ° C, pekali geseran dan kadar pakai salutan TiCN meningkat dengan peningkatan suhu.

Bias berdenyut

Kewujudan bias berdenyut memainkan peranan yang sangat penting untuk mengurangkan titisan dan meningkatkan kualiti salutan. Bias negatif yang menarik tumpukan kerja sputter positif boleh membuat ion titanium berhampiran sasaran katod mempercepatkan lalat, meningkatkan kemungkinan perlanggaran dengan nitrogen dalam plasma dan titisan, dan pada masa yang sama meningkatkan kekuatan ikatan titanium dan nitrogen. Jika mengekalkan tekanan tetap vakum, aliran nitrogen meningkat dengan peningkatan bias negatif, tetapi kandungan nitrogen dalam filem menurun dengan peningkatan bias negatif. Ini terutamanya keupayaan ikatan Ti-Ti lebih kuat daripada Ti-N, dan dengan peningkatan bias negatif, keupayaan semula titanium semula jadi lebih kuat daripada nitrogen. Di samping itu, dengan peningkatan berat sebelah zarah-zarah plasma membuat zarah-zarah tenaga terbang ke perubahan matriks, yang menjejaskan struktur organisasi filem.

Arus arus

Dianggap dari perspektif aplikasi pengeluaran perindustrian, arka yang semakin meningkat dapat meningkatkan produktiviti dan kekerasan filem dan rintangan haus. Peningkatan arka semasa, bermakna kenaikan suhu keseluruhan sasaran, titisan yang sama akan meningkat, dan saiz titisan akan meningkat juga.

Peningkatan titisan dan saiz titisan akan menyebabkan penurunan ketahanan kakisan filem, terutamanya titisan diameter besar, dengan kira-kira 1/3 dikebumikan dalam filem pada arah ketinggian dan lubang-lubang kecil yang tidak teratur di bahagian bawah. Apabila menghadapi bahan menghakis seperti asid dan alkali dan lain-lain, lubang-lubang ini mula-mula merosakkan dan membentuk lubang berbentuk jarum, oleh itu, kewujudan mereka adalah sebab utama rintangan kakisan salutan mengurangkan. Oleh itu, dalam aplikasi praktikal, untuk penyelarasan percanggahan antara arus arus dan titisan yang semakin meningkat, beberapa cara yang dapat dioptimumkan boleh digunakan, seperti untuk meningkatkan kawasan penyejatan sasaran, menguatkan kesan penyejukan sasaran atau reka bentuk sumber lengkung baru yang boleh menghalang tetesan menghasilkan.