Acoperirea cu TiCN bazată pe placarea cu arc cu vid

Metode de preparare a stratului de TiCN

Începând cu 1985, după Knotke a publicat prima dată cercetările privind tehnologia de acoperire TiCN, oamenii și-au exprimat un interes deosebit pentru rezistența excelentă la temperatură la temperaturi ridicate și performanțele bune ale aplicațiilor, și până în prezent au dezvoltat o varietate de tehnologii fizice de vaporizare. În prezent, există trei metode de preparare a acoperirii cu TiCN, care sunt metoda de placare cu ioni de sputter magnetron, metoda de pulverizare cu radiofrecvență și metoda de placare cu ioni multipli, în care metoda de placare cu ioni de sputter cu magnetron și metoda de placare cu ioni multipli sunt cel mai larg utilizate și costuri reduse.

Magnetron pulverizare ion de sputter.

Tehnica de pulverizare Magnetron a fost dezvoltată la începutul anilor 1970, fiind o aprofundare a tehnologiei și a cercetării, a fost utilizată pe scară largă în domeniul industrializării filmelor electrice, filmului și energiei optice, industriale mecanice etc. și a devenit una dintre cele mai utilizate preparate ale TiCN metode de film. În procesul de acoperire, ionii de Ti sunt generați prin utilizarea ionilor de Ar generați prin descărcarea cu ardere de gaz Ar pentru bombardarea țintei Ti și prin accelerarea electrostatică acționează asupra piesei de lucru și astfel a filmului de depunere. Această metodă are o rată ridicată de depunere, o grosime a filmului uniformă, iar placarea cu ioni poate îmbunătăți capacitatea de combinare a interfeței de acoperire și substrat și poate face o organizare a filmului densă. În același timp, obiectivele susceptibile la poluare și rata scăzută de depunere în procesul de acoperire sunt principala sa slăbiciune. S-a constatat că, atunci când presiunea parțială a carbonului și azotului crește, rata de depunere va încetini.

Acoperire cu ioni multi-arc.

Acoperirea cu ioni multiari face parte dintr-o metodă imbunatatita de placare ionica, dezvoltata pentru prima oara de sovietici, la inceputul anilor 1980, prima practica a US Multi-Arc. Principiul de bază este preluarea sursei de țintă metalică ca catod, descărcarea prin arc între carcasa anodică și realizarea evaporării țintă și a ionizării, formarea de plasmă spațială și apoi depunerea stratului de acoperire pe piesa de lucru. Comparativ cu alte tehnologii cu membrană, avantajul este că catodul produce plasma direct, iar ținta catodică poate fi aranjată arbitrar, ceea ce simplifică foarte mult dispozitivul de prelevare a probelor. În plus, energia cu particule cu incendiu multi-arc este ridicată, rata de ionizare poate atinge 60% ~ 80%, densitatea membranei este ridicată, rezistența și durabilitatea sunt bune, interfața filmei și a matricei este ușor de difuzat atomic iar aderența filmului este bună.

Tehnica de placare cu ioni de arc cu vid folosește câmpul electromagnetic în plasmă, care poate reduce sau elimina eficient particulele mari. În comparație cu stratul convențional de placare cu ioni de arc, macro-particulele cu acoperire cu arc filtrată nu prezintă impurități, structură omogenă, densă și capabile să îndeplinească cerințele opticului, filmului microelectronic. Există, de asemenea, unele dezavantaje ale sursei arcului filtrat, adică diametrul fasciculului este mic, de obicei mai mic de 200nm, și este dificil să se formeze o sursă multi-arc, ceea ce face ca producția în masă a unei suprafețe mari să nu poată fi realizată, iar transmisia eficiența nu este mare, eficiența de transmisie maximă a structurii îndoite aproximativ aproximativ 30%, curentul de ioni de doar 2% până la 3% din curentul de arc.

Influența fluxului de gaz asupra structurii de acoperire

Schimbarea presiunii parțiale (flow) N2 va determina densitatea ionilor de azot și schimbarea energiei, care vor avea impact asupra combinării cu atomul de metal, făcând schimbarea preferată a orientării creșterii, afectând astfel performanța de acoperire. (111), atunci când debitul de azot este mai mare de 6sccm, (111) intensitatea de vârf scade, iar (200) ) creste intensitatea maxima, in principal datorita faptului ca in structura fcc-TiCN, energia de suprafata plane (111) este scazuta, la atomii de azot redus sunt migrati in planul (111), cu cresterea fluxului de azot, rata migratiei atomice scade, dar suprafața cristalului cu o suprafață mare de suprafață are o densitate înaltă a treptei, iar distanța de difuzie față de punctele de rețea redusă este scurtă, favorizează creșterea preferențială a cristalului de-a lungul suprafeței cristaline (200). Cercetătorii au descoperit că atunci când debitul de azot este de 1 cmc, probele obținute sunt structuri amorfe, atunci când fluxul de azot este mai mare de 2 cm3, există structură coloană în film, granulația existentă, atunci când debitul de azot crește la 6 cmc, filmul devine dens respectiv preferă microstructura rafinării izotropice și a cerealelor, în principal ca o creștere a debitului de azot, rata migrației atomice este redusă, suprafața membranei se modifică în potențialul chimic local. Cercetătorii au descoperit că, odată cu creșterea debitului de azot, boabele adunate în film sunt mai puțin, suprafața devine densă și netedă, rugozitatea scade treptat până la o constantă.

Acum, sursa de carbon utilizată de către cercetătorii pentru prepararea TiCN este în principal gazul C ₂ H ₂ sau CH ₄ , deoarece TiN și TiC sunt structuri cubice centrate pe bază de NaCl, raza atomului N și a atomului C este foarte apropiată, N este 0.071nm, C este 0.077nm, cele două pot fi înlocuite reciproc pentru a forma un material monofazat TiC (N) sau de TiN (C). În anumite condiții, poate apărea o structură în două faze. În spectrul de difracție XRD vârfurile acestora sunt foarte apropiate și chiar unele suprapuneri, rezultând în complexitatea analizei de fază, așa că este în mod obișnuit scris ca TiCxN1-x.

Factori de influență ai performanței de acoperire TiCN

Temperatura

Calitatea acoperirii TiCN este în principal afectată de factorii de proces cum ar fi compoziția, temperatura și atmosfera. Temperatura diferită a matricei va determina dimensiunea granulară a stratului, forma, structura sunt complet diferite. Temperatura de depunere prea ridicată și rata de depunere prea rapidă va face ca cristalul acoperit să aibă o ramificație groasă, afectând calitatea stratului de acoperire; temperatura de depunere prea scăzută, are tendința de a forma sedimente poroase, libere, care afectează rezistența de legare a stratului de acoperire și a matricei. Prin urmare, alegerea rezonabilă a temperaturii este o condiție necesară pentru a obține o acoperire de înaltă calitate. Mc.Cormell etc. a acoperit TiCN pe oțel inoxidabil cu metoda PVD, incluzând faptul că duritatea, rezistența legăturii și coeficientul de frecare nu se vor modifica când temperatura este sub 250 ℃. După tratamentul termic de 450 ℃ la probe, coeficientul de frecare al stratului TiCN este de 0,2 înainte de 250 ℃ și de până la 0,3 la 250 ℃, dar mai scăzut decât coeficientul de frecare al TiN, deoarece stratul de TiCN C a jucat rolul de lubrifiant. Studiile arată că atunci când temperatura este sub 200 ° C, coeficientul de frecare și rata de uzură a stratului de TiCN crește odată cu creșterea temperaturii.

Pulsed bias

Existența poluării pulsate joacă un rol foarte important în reducerea picăturii și îmbunătățirea calității stratului de acoperire. Neglijarea negativă care atrage piesa de lucru cu sputter de sarcină pozitivă poate face ca ionii de titan în apropierea țintei catodice să accelereze zbura, să crească șansele de coliziune cu azot în plasmă și picături și, în același timp, să crească rezistența de legare a titanului și a azotului. Dacă se menține constanta presiunii de vid, debitul de azot crește odată cu creșterea părtinitoare negativă, dar conținutul de azot din film scade odată cu creșterea deviației negative. Aceasta este în principal capacitatea de legare Ti-Ti este mai puternică decât Ti-N, și cu creșterea părtinitoare negativă, capacitatea de sputtering a titanului este mai puternică decât azotul. În plus, odată cu creșterea părtășiei, particulele de plasmă fac ca particulele de energie să zboare spre schimbarea matricei, afectând structura organizatorică a filmului.

Arc curent

Considerat din perspectiva aplicării producției industriale, creșterea curentului de arc poate îmbunătăți productivitatea și duritatea peliculei și rezistența la uzură. Creșterea curentului de arc, înseamnă că temperatura generală țintă crește, picăturile corespunzătoare vor crește, iar mărimea picăturii va crește și ea.

Creșterea picăturilor și a mărimii picăturilor va duce în mod inevitabil la scăderea rezistenței la coroziune a filmului, în special a picăturilor de diametru mare, cu aproximativ 1/3 îngropat în film în direcția înălțimii și găurile neregulate mici din partea inferioară. Atunci când se întâlnesc substanțe corozive, cum ar fi acidul și alcalinele etc., aceste găuri se corupă și formează găuri în formă de ac, prin urmare, existența lor este principalul motiv pentru care rezistența la coroziune a acoperirii se reduce. Prin urmare, în practică, pentru coordonarea contradicției dintre creșterea curentului de arc și picături, pot fi utilizate câteva moduri optimizate, cum ar fi creșterea zonei de evaporare a țintei, întărirea efectului de răcire al țintă sau proiectarea unei noi surse de arc care poate inhibă producerea picăturilor.