Jednotná kontrola magnetrónového naprašovania na komplexnom povrchu obrobku

Jednotná regulácia magnetronového naprašovania na zložitom povrchu obrobku

Tento dokument predstavuje mechanizmus poťahovania filmu a technické vlastnosti povrchu obrobku s komplexnou dutinou. V snahe o problémy, ako je nerovnomerná spotreba cieľového materiálu, konkávneho erózneho krúžku a nerovnomerná a hustá hrúbka filmu v procese nanášania komplexného obrobku, sa v experimente použil rotujúci stĺpcový magnetrónový rozprašovací terč . Viaceré ciele a materiály boli inštalované v rôznych polohách nanášacieho stroja. Cieľ sa môže voľne otáčať, aby si uvedomil potrebu smerového poťahovania; Použitie viacnásobného magnetronového rozprašovacieho terča a nastavenie pomocného magnetického poľa nevyváženého magnetrónového rozprašovacieho katódového zlepšenia cieľovej štruktúry, na zlepšenie vákuovej hustoty komorovej plazmy, čím sa zlepší rozprašovanie artefaktov predpojatosti aktuálneho nanášania povlaku atď. v rovnakej rovine, s komplexným tvarom a štruktúrou vnútornej dutiny na hrúbke pokovovania povrchu obrobku rovnomerného, hustého a spojitého funkčného kompozitného filmu.

Na okrajoch a oveľa zložitejšie ako povrchová vrstva dutiny, chemická technológia pokovovania v súčasnosti doma iv zahraničí je viac, ako to bolo tiež vykonané na povrchovej úprave obrobku vákuovej magnetrónovej rozprašovacej filmovej technológie, v súčasnosti ar e väčšinou v pravidlo a rovný povrch prípravy pre jednu alebo zloženú membránu a je široko používaný v strojárstve, elektronike, energetike, materiáloch, informáciách , kozmickom a kozmickom priemysle av iných oblastiach, ako sú rezné nástroje, hardvérové nástroje, mobilné telefóny, notebooky , rôzne typy snímačov a súčiastok majú špeciálne požiadavky, atď. Vzhľadom na vlastnosti technológie vákuového tvárnenia je ťažké a zložité kontrolovať hrúbku filmu, rovnomernosť a spojovaciu silu procesu tvorby rozprašovacieho filmu na povrchu zložitého obrobku. Vďaka rýchlemu rozvoju strojárskeho priemyslu sa aplikačná škála technológie povrchovej úpravy obrobku rozširuje z rezných nástrojov na presné lisovacie lisy, letecké a kozmické diely a elektronické príslušenstvo. Nové vysokovýkonné filmové vrstvy sa vyvíjajú, ako napríklad TiAlCN, AlCrN, TiSiN, diamantová vrstva, atď., Ktoré zlepšujú životnosť a účinnosť obrábania. Je veľmi dôležité študovať jednotnú reguláciu technológie magnetronového naprašovania na povrchu zložitého obrobku.

1. Mechanizmus a technické vlastnosti magnetrónovej naprašovacej vrstvy

1.1 magnetronový rozprašovací mechanizmus

Pracovným mechanizmom magnetronového naprašovania je, že pri pôsobení elektrického poľa E sa elektróny zrážajú s atómami argónu v procese letenia na substrát a ionizáciou pozitívneho iónu Ar a nových elektrónov. Nové elektróny lietajú na substrát, Ar ióny sa urýchľujú na katódový terč pôsobením elektrického poľa a bombardujú cieľový povrch vysokou energiou, takže cieľové puttery. V rozprašovacích časticiach sa neutrálne cieľové atómy alebo molekuly ukladajú na substrát za vzniku tenkého filmu a generované sekundárne elektróny budú ovplyvnené elektrickým poľom a magnetickým poľom, aby sa vytvoril EB drift, ktorého pohybová trajektória je podobná cykloidnej dráhe. Elektróny sa pohybujú kruhovým pohybom na cieľovom povrchu a sú viazané na plazmatickú oblasť na cieľovom povrchu. V tejto oblasti je veľký počet iónov Ar ionizovaný na bombardovanie cieľa, čím sa dosiahne vysoká rýchlosť nanášania. S nárastom počtu kolízií je energia sekundárnych elektrónov vyčerpaná a postupne sa vzdiali od cieľového povrchu a nakoniec sa uložia na substrát pôsobením elektrického poľa E. Magnetronové naprašovanie je kolízny proces medzi dopadajúce častice a cieľ. Prechádza určitý moment hybnosti na cieľový atóm prostredníctvom procesu komplexného rozptylu a kolízie cieľového atómu. Cieľový atóm koliduje s inými cieľovými atómami a vytvára kaskádový proces.

1.2 charakteristiky technickej aplikácie

Magnetronové naprašovanie je vysokorýchlostný proces naprašovania pri nízkom tlaku. Rýchlosť ionizácie plynu musí byť účinne zvýšená. Hustota plazmy môže byť zvýšená zavedením magnetického poľa na povrch cieľovej katódy a použitím obmedzenia magnetického poľa na nabitých časticiach na zvýšenie rýchlosti naprašovania.

Pri magnetrónovom naprašovaní, pohybe elektrónov v magnetickom poli lorentzovou silou, ich trajektória je ohnutá a dokonca produkuje špirálový pohyb, dráha pohybu, čím sa zvyšuje počet kolízií s pracovným plynom, zvyšuje sa hustota plazmy, takže rýchlosť magnetrónového naprašovania je veľmi vysoká zlepšené a môžu pracovať pri nízkom naprašovacom napätí a tlaku vzduchu, znižujú tendenciu membránového znečistenia; Zároveň sa zvyšuje atómová energia dopadajúca na povrch substrátu, takže kvalita filmu sa môže do značnej miery zlepšiť. Elektróny, ktoré stratili energiu v dôsledku opakovaných kolízií, sa dostanú na anódu a stanú sa nízkoenergetickými elektrónmi tak, aby sa substrát neprehrial. Preto magnetronové naprašovanie má výhody "vysokej rýchlosti" a "nízkej teploty". Nevýhodou magnetronového naprašovacieho povlaku je, že nemôže pripraviť izolačný film a nerovnomerné magnetické pole použité v magnetrónovej elektróde spôsobí výrazné nerovnomerné leptanie cieľa. materiál, čo má za následok nízku mieru využitia cieľového materiálu, ktorý je vo všeobecnosti iba 20% - 30%. Miera využitia magnetronového rozprašovacieho terča je dôležitým parametrom pre inžinierske projektovanie a nákladové účtovníctvo výrobných procesov magnetronového naprašovacieho zdroja. na zlepšenie miery využitia cieľových materiálov boli študované rôzne formy dynamických cieľov, medzi ktorými bol hlavnou cieľovou oblasťou rotačný magnetický terč a bol široko používaný v priemysle a miera využitia týchto cieľových materiálov bola až 70%. .Spoločné magnetronové naprašovacie terče môžu byť rozdelené do troch typov z geometrického tvaru: obdĺžnikový rovinný terč, kruhová rovina ta terč a valcový terč.

2. Jednotná regulácia naprašovacieho povlaku na povrchu obrobkov s komplexnými dutinami

2.1 existujúce technické problémy

(1) katódovým terčom je planárne naprašovanie, ktoré je spôsobené lokálnym silným naprašovaním spôsobeným nerovnakými zložkami magnetického poľa, čo vedie k nerovnomernej spotrebe cieľového a konkávneho erózneho krúžku. (2) povrch obrobku je nanesený a potiahnutý viacerými vrstvami filmu a pevnosť spojenia medzi spodnou vrstvou a fóliovou vrstvou nie je rovnomerná a pevná. Súčasne sa vyskytujú fenomény rozprašovania rôznych zložiek a antiadhézny účinok filmovej vrstvy, čo má za následok veľké rozdiely v zložení vrstvy filmu a cieľa.

2.2 technická analýza a vedecká koncepcia

(1) povrch obrobku s viacerými hranami a uhlami a viacerými dutinami je uložený a potiahnutý viacerými vrstvami filmu. Predpokladá sa, že sa prijme rotujúci stĺpcový magnetrónový rozprašovací terč a viaceré ciele a materiály sa inštalujú v rôznych polohách nanášacieho stroja. Cieľ sa môže voľne otáčať, aby sa dosiahla potreba smerového poťahovania. (2) viaceré magnetrónové rozprašovacie terče a pomocné magnetické polia boli nastavené na zlepšenie štruktúry nevyvážených magnetrónových naprašovacích katódových cieľov, zlepšenie hustoty plazmy vo vákuovej pokovovacej komore a ďalšie zlepšenie smeru prúdenia rozprašovacieho obrobku, aby sa dosiahlo usadzovanie a poťahovanie. (3) nerovnomerná zložka magnetického poľa planárnej elektródy s planárnou katódou vytvára v terči konkávny erózny krúžok. Zámerom je zmeniť distribúciu magnetického poľa tak, aby sa dosiahlo izotropné vnútorné napätie komplexného obrobku pri naprašovaní na substráte a aby sa spojil hustý, súvislý a jednotný film.

2.3 experimentálne metódy a technická cesta

2.3.1 experimentálne materiály

V experimente sa použilo šesťmiestne magnetronové naprašovacie zariadenie, ktoré sa skladalo najmä z vákuového systému, vákuovej detekcie, vákuovej pece, katódového magnetrónu, plynového vstupného systému a napájania. Použil sa proces fyzikálneho rozprašovania PVD magnetrónovým naprašovaním. Katódové materiály: Ti, TiN, TiAlN, potiahnuté Ti, TiN, TiN, viacvrstvová viacvrstvová fólia TiAlN.

2.3.2 detekcia kvality filmovej vrstvy (tabuľka 1)

2.3.3 experimentálne metódy

Komplexný povrchový rozprašovací film obrobku sa pripravil, ak sa pokovovanie naprašovacím iónom. Aby sa vyriešili technické problémy komplexného obrobku, vykonal sa nasledujúci experimentálny výskum.

(1) katódovým terčom je planárne naprašovanie a lokálne silné naprašovanie spôsobené nerovnakými zložkami magnetického poľa vedie k nerovnomernej spotrebe cieľového materiálu. Zlepšením tvaru a rozložením magnetického poľa, pričom sa magnet pohybuje v katóde, nastavením štítu a ďalšími opatreniami sa zistí, že filmový povlak obrobku s viacerými hranami a uhlami a viacnásobným rozprašovaním dutín na substráte môže vytvárať izotropné vnútorné napätie a film je kompaktný, kontinuálny a jednotný. Štruktúra vyváženého rozprašovacieho terča pozostáva hlavne z vonkajšej magnetickej ocele, centrálnej magnetickej ocele a magnetických pólových topánok.

(2) podľa požiadavky naprašovania na povrchový náter komplexného obrobku s viacerými hranami a uhlami a viacerými dutinami na dosiahnutie konštrukčných požiadaviek cieľového materiálu a cieľa, bol prijatý rotačný stĺpcový magnetrónový rozprašovací terč. Podľa rôznych podmienok obrobku sa použili naprašované terče s magnetickou štruktúrou alebo naprašovacou štruktúrou. Gyromagnetický valcový magnetrónový terč je použitie magnetického poľa okolo cieľovej trubice rovnobežnej a vertikálnej cieľovej zložky elektrického poľa, na povrchu trubice v ortogonálnom elektromagnetickom poli cieľového povrchu trubice, inštalácia terča v strede depozičnej komory, do približne 360 ° smeru zvlákňovania; Valcový magnetrónový rozprašovací terč je namontovaný na boku poťahovacej komory. Cieľová trubica sa počas procesu nanášania kontinuálne otáča, aby zodpovedala potrebe smerového poťahovania.

(3) selektívny fenomén naprašovania rôznych zložiek, rýchlosť rozstrekovania filmu a adhézia sú rozdielne, čo povedie k veľkému rozdielu medzi filmom a cieľovými zložkami. Výber vhodných podmienok procesu minimalizuje účinok proti rozprašovaniu na film.

(4) použitie viacnásobného magnetrónového naprašovacieho terča a nastavenie pomocného magnetického poľa v miestnosti na vytváranie povlakov predstavujú uzavreté magnetické pole, pokiaľ pred terčom nie je rozmiestnenie magnetického poľa, cieľ medzi terčom a nastavenie prídavného účinku magnetického poľa, \ t vytvárajú navzájom zosieťujúci účinok, zvyšujú hustotu plazmy, pohyb artefaktov, takže viac hrán a dutiny obrobku na dosiahnutie cieľa uloženého povlaku. Obr. 1 znázorňuje schematický diagram uzavretého magnetického poľa tvoreného štyrmi nerovnovážnymi magnetrónovými naprašovacími terčmi a pomocným magnetickým poľom.

2.4 experimentálne výsledky a diskusia

Od decembra 2012 do februára 2013 boli na povrchu malého lisovacieho nástroja a komunikačného zariadenia uskutočnené skúšky naprašovaním povlakov. Vzorky výsledkov testovania malých lisovacích foriem: vzhľad filmu je dobrý, bez trhlín, hrúbka filmu medzi 1 m ~ 5 m, rovnomernosť filmu bola nižšia ako 5%, malá rýchlosť otvoru, tvrdosť filmu do 2000 HV, vysoká pevnosť lepenia, silná priľnavosť, žiadne odlupovanie vstrekovacej vrstvy, vynikajúca odolnosť voči korózii, odolnosť voči teplu a odolnosť proti oderu, izotropné dobré, odolnosť proti korózii rýchlosť ionizácie častíc častíc je 75% - 95%. Rýchlosť ukladania vo vode je regulovateľná (2,0 - 2000) nm / s; rýchlosť tvorby filmu (2 - 13) m / h. Všetky indexy v skúške dosiahli konštrukčné požiadavky a výsledky kompozitného filmu na povrchu komunikačných zariadení tiež dosiahli očakávaný účinok. Je možné študovať jednotné kontrolné opatrenia magnetronového naprašovacieho povlaku na povrchu obrobku s viacerými hranami a uhlami a viacerými dutinami.

IKS PVD, náradie, model, dekoratívne, optické povlakové technológie, kontaktujte nás teraz, iks.pvd @ foxmail.com