TiCN pārklājums, kas pamatots uz vakuuma lokveida jonu pārklājumiem

TiCN pārklājuma sagatavošanas paņēmieni

Kopš 1985. gada, kad Knotke pirmoreiz publicēja pētījumu par TiCN pārklājuma tehnoloģiju, cilvēki izteica lielu interesi par tā izcilo augstas temperatūras oksidācijas pretestību un labu lietojumu veiktspēju, un līdz šim ir izstrādājusi dažādas fiziskās vapordeposition tehnoloģijas. Šobrīd ir trīs TiCN pārklājuma sagatavošanas paņēmieni, kas ir magnētiskās izkliedes jonu pārklājuma metode, radiofrekvenču izsmidzināšanas metode un multi-ark jonu pārklāšanas metode, kurā plaši tiek izmantota magnetronu izkliedēšanas jonu pārklāšanas metode un vairāku arku jonu pārklājuma metode izmantoti un zemas izmaksas.

Magnetronu izkliedētāju jonu pārklājums.

Magnetronu izsmidzināšanas paņēmiens tika izstrādāts 1970. gadu sākumā, tā kā tehnoloģiju un pētījumu padziļināšana ir plaši izmantota elektrisko, optisko filmu un enerģijas industrializācijā, mehāniskajā rūpniecībā utt. Un ir kļuvusi par vienu no visplašāk izmantotajiem TiCN sagatavošanas veidiem filmas metodes. Pārklājuma procesā Ti ioni ģenerē Ar ionu radīšanā ar Ar gāzes spīdēšanas izlādi, lai bombardētu Ti mērķi, un, pateicoties elektrostatiskajam paātrinājumam, pāriet uz darba detaļu un tādējādi uzkrāj filmu. Šai metodei ir augsts uzkrāšanās ātrums, viendabīguma plēves biezums, un jonu pārklājums var uzlabot pārklājuma un substrāta saskares kombinēšanas spēju un padarīt filmas struktūru biezu. Tajā pašā laikā galvenie trūkumi ir piesārņojumam pakļautie mērķi un pārklājuma procesa zemais uzkrāšanās līmenis. Kad ogļskābā un slāpekļa daļējā spiediens palielinās, tika konstatēts, ka nogulsnēšanās ātrums palēnināsies.

Vairāku loku jonu pārklājums.

Multi-ark jonu pārklājums pieder uzlabotai jonu pārklāšanas metodei, ko vispirms izstrādāja Padomju Savienība, astoņdesmito gadu sākumā, pirmā praktiskā, ko veica ASV Multi-Arc. Pamatprincips ir metāla mērķa avota izmantošana katodā, izlādē ar loku starp anoda korpusu un veicot mērķa iztvaikošanu un jonizāciju, veidojot kosmosa plazmu, un pēc tam deponējot pārklājumu uz detaļu. Salīdzinājumā ar citām membrānas tehnoloģijām priekšrocība ir tā, ka katode tieši rada plazmu, un katoda mērķi var patvaļīgi sakārtot, kas ievērojami vienkāršo parauga stiprinājumu. Papildus tam, ka ar daudziem loka avotiem rodas liela daļiņu enerģija, jonizācijas ātrums var sasniegt 60% ~ 80%, membrānas blīvums ir augsts, izturība un izturība ir laba, plēves un matrices saskarnē ir viegli iegūt atomu difūziju un filmas saķere ir laba.

Ar vakuuma loka jonu pārklāšanas metodi tiek izmantots plazmas elektromagnētiskais lauks, lai filtrētu, kas var efektīvi samazināt vai likvidēt lielas daļiņas. Salīdzinājumā ar tradicionālo loka pārklāšanas jonu pārklājumu, loka veida filtrēta loka pārklājuma makrodaļiņa nav piemaisījumu, viendabīga, blīva struktūra un spēj atbilst optikas, mikroelektronikas plēves prasībām. Ir arī daži trūkumi filtrētajā loka avotā, tas ir, staru diametrs ir mazs, parasti mazāks par 200 nm, un ir grūti veidot vairāku loku avotu masīvu, tādēļ nav iespējams sasniegt lielu platību masveida ražošanu, un transmisija efektivitāte nav augsta, loka struktūras maksimālā pārraides efektivitāte ir apmēram 30%, bet jonu strāva - tikai 2% līdz 3% no loka strāvas.

Gāzes plūsmas ietekme uz pārklājuma struktūru

N ₂ daļējā spiediena (plūsmas) maiņa izraisīs spiediena slāpekļa jonu blīvumu un enerģijas izmaiņas, ietekmējot savienojumu ar metāla atomu, padarot vēlamās izmaiņas orientācijā uz augšu, tādējādi ietekmējot pārklājuma veiktspēju. Researachers atklāja, ka ar kopējo spiedienu 0.8Pa un Ar plūsmu 20sccm, ja slāpekļa plūsma ir mazāka par 6sccm, vēlamā orientācija ir (111), kad slāpekļa plūsma ir lielāka par 6sccm, (111) maksimālā intensitāte samazinās un (200 ) maksimālā intensitāte palielinās galvenokārt tāpēc, ka Fcc-TiCN struktūrā (111) plaknes virsmas enerģija ir zema, pie zemiem slāpekļa plūsmas atomiem ir migrācija uz (111) plakni, ar slāpekļa plūsmas pieaugumu, atomu migrācijas ātrums samazinās, bet (200) kristāla virsma ar augstu virsmas enerģiju ir augsta pakāpju blīvums, un difūzijas attālums no zemas enerģijas tīkla punktiem ir īss, dod priekšrocības kristāla preferenciālajai augšanai gar (200) kristāla virsmas. Researachers atklāja, ka tad, kad slāpekļa plūsma ir 1sccm, iegūtie paraugi ir amorfā struktūra, kad slāpekļa plūsma ir lielāka par 2sccm, plēvei ir kolonnu struktūra, esošā graudu robeža, kad slāpekļa plūsma palielinās līdz 6sccm, plēve kļūst blīvāka, un attiecīgi dod priekšroku izotropa mikrostruktūrai un graudainības uzlabošanai, galvenokārt kā slāpekļa plūsmas palielināšanos, samazina atomu migrācijas ātrumu, membrānas virsma mainās vietējā ķīmiskajā potenciālā. Pētnieki atklāja, ka, palielinoties slāpekļa plūsmai, plēvī iekrāsotais graudiņš ir mazāks, virsma kļūst blīvāka un vienmērīga, raupjums pakāpeniski samazinās līdz pat nemainīgai.

Tagad oglekļa avots, ko pētnieki sagatavo TiCN, galvenokārt ir C ₂ H ₂ vai CH ₄ gāze, jo TiN un TiC ir NaCl formas veidne centrēta kubveida struktūra, N atoma rādiuss un C atoms ir ļoti tuvu, N ir 0,071 nm, C ir 0,07 nm, abus var savstarpēji aizvietot, veidojot vienfāzes materiālu TiC (N) vai TiN (C). Noteiktos apstākļos var parādīties divu fāžu struktūra. XRD difrakcijas spektrā to pīķi ir ļoti tuvas un pat daži pārklājas, kā rezultātā fāzes analīze ir sarežģīta, tāpēc to parasti raksturo kā TiCxN1-x.

TiCN pārklājuma veiktspējas ietekmes faktori

Temperatūra

TiCN pārklājuma kvalitāti galvenokārt ietekmē tādi procesa faktori kā sastāvs, temperatūra un atmosfēra. Dažādas matricas temperatūra izraisīs pārklājuma graudu izmēru, formas un struktūras pilnīgu atšķirību. Pārāk augsta nogulsnēšanas temperatūra un pārāk straujas uzkrāšanās ātrums izraisīs pārklājumu kristāla biezumu sazarē, ietekmējot pārklājuma kvalitāti; pārāk zemā nogulsnēšanas temperatūra, tai ir tendence veidot porainus, mīkstus nogulsnes, kas ietekmē pārklājuma un matricas saistīšanās spēku. Tāpēc saprātīga temperatūras izvēle ir nepieciešams nosacījums augstas kvalitātes pārklājuma iegūšanai. Mc.Cormell utt., Nogulsnēts TiCN pārklājums no nerūsējošā tērauda ar PVD metodi, ieskaitot to, ka tā cietība, stiprības sajūta un berzes koeficients nemainīsies, ja temperatūra ir zemāka par 250 ℃. Pēc 450 ℃ termoapstrādes paraugiem TiCN pārklājuma berzes koeficients ir 0,2 līdz 250 ℃ un līdz 0,3 pie 250 ℃, bet joprojām ir zemāks par TiN berzes koeficientu, jo TiCN pārklājumā C ir bijusi eļļošanas loma. Pētījumi rāda, ka, temperatūrai zem 200 ° C, TiCN pārklājuma berzes un nodiluma koeficients palielinās, palielinoties temperatūrai.

Impulsu novirze

Impulsu novirzes esamība ir ļoti svarīga, lai samazinātu pilienu daudzumu un uzlabotu pārklājuma kvalitāti. Negatīva novirze, kas piesaista pozitīvu uzlādes strūklas apstrādes daļu, var padarīt titāna jonus tuvu katoda mērķim paātrināt lidojumu, palielināt sadursmes ar slāpekli iespējas plazmā un pilienu un vienlaikus palielināt titāna un slāpekļa saistīšanās spēku. Ja uztur vakuuma spiediena konstante, slāpekļa plūsma palielinās, palielinoties negatīvajam novirzēm, bet slāpekļa saturs filmā samazinās, palielinoties negatīvajai novirzei. Galvenokārt Ti-Ti savienošanas spēja ir spēcīgāka nekā Ti-N, un, palielinoties negatīvajai precizitātei, titāna pārtērijas spēja ir spēcīgāka par slāpekli. Turklāt, palielinoties neobjektivitātei, plazmas daļiņas izstaro enerģijas daļiņas, kas lido pie matricas maiņas, ietekmējot filmas organizatorisko struktūru.

Lokveida strāva

Ņemot vērā industriālās ražošanas pielietojumu, pieaugošā lokveida strāva var uzlabot produktivitāti, plēves cietību un nodilumizturību. Loka strāvas palielināšana nozīmē, ka mērķa kopējā temperatūra palielinās, atbilstošie pilieni palielināsies, un palielinās arī pilienu izmērs.

Pilienu un pilienu lieluma palielināšana neizbēgami novedīs pie plēves izturības pret koroziju samazināšanās, it īpaši liela diametra pilienu, aptuveni 1/3 aprakti filmas augstuma virzienā un neregulāras mazas caurumus apakšā. Saskaroties ar kodīgām vielām, piemēram, skābi un sārmiem uc, šīs caurumi vispirms bojājas un veido adatas formas caurumus, tāpēc to esība ir galvenais iemesls, kāpēc pārklājuma izturība pret koroziju samazinās. Tāpēc praktiskā pielietojumā, lai saskaņotu pretrunas starp pieaugošo loka strāvu un pilienu, var izmantot dažus optimizētus veidus, piemēram, palielināt mērķa iztvaikošanas laukumu, nostiprināt mērķa dzesēšanas efektu vai veidot jaunu loka avotu, kas var kavē pilienu veidošanos.