Control uniform al acoperirii cu pulverizare Magnetron pe suprafața complexă a piesei de prelucrat

Control uniform al acoperirii cu pulverizare magnetron pe suprafața complexă a piesei de prelucrat

Această lucrare prezintă mecanismul de acoperire a filmului și caracteristicile tehnice ale suprafeței piesei de lucru cu cavitate complexă. Ținând cont de problemele cum ar fi consumul neuniform al materialului țintă, inelul de eroziune concav și grosimea neuniformă și densă a peliculei în procesul de acoperire a piesei complexe, în experiment a fost utilizată o țintă de pulverizare magnetron coloană rotativă . Au fost instalate mai multe ținte și materiale în poziții diferite ale mașinii de acoperire. Ținta se poate roti liber pentru a realiza necesitatea acoperirii direcționale; Folosind mai multe tinte de pulverizare magnetron si setati campul magnetic auxiliar al imbunatatirii structurii tinta a catodului de pulverizare a magnetronului, imbunatatirea densitatii plasmatice a camerei de acoperire in vid, imbunatatirea stratului de depunere a artefactelor de sputtering, etc Seria de cercetare inovatoare, în același plan, cu o formă complexă și structura cavității interioare pe suprafața piesei de prelucrat, grosimea placării uniformă, densă și continuă a filmului compozit funcțional.

Pe margini și mult mai complexe decât acoperirile de suprafață ale cavității, tehnologia de acoperire chimică pe care se află în prezent la domiciliu și în străinătate este mai multă, așa cum a fost efectuată și pe tratarea suprafeței de prelucrat a suprafeței de acoperire a filmei de pulverizare cu magnetron sub vid, în prezent , regula și suprafața plană de pregătire pentru o membrană unică sau compozită și este utilizat pe scară largă în mașini, electronică, energie, materiale, informație , aerospațială și alte domenii, betonul cum ar fi unelte de tăiere, unelte hardware, telefoane mobile, calculatoare notebook , diferite tipuri de senzori și componente au cerințe speciale etc. Datorită caracteristicilor tehnologiei de formare a filmului în vid, este dificil și complicat să se controleze grosimea, uniformitatea și forța de îmbinare a procesului de formare a peliculei de pulverizare pe suprafața piesei complexe. Odată cu dezvoltarea rapidă a industriei de prelucrare a mașinilor, gama de aplicații a tehnologiei de acoperire a suprafeței piesei de prelucrat este extinsă de la unelte de tăiere la matrițe de precizie pentru ștanțare, piese aerospațiale și accesorii electronice plug-in. Straturile noi de înaltă performanță continuă să se dezvolte, cum ar fi TiAlCN, AlCrN, TiSiN, strat de tip diamant etc., care îmbunătățesc durata de viață și eficiența prelucrării mașinii. Este foarte important să se studieze controlul uniform al tehnologiei de acoperire prin pulverizare cu magnetron pe suprafața piesei complexe.

1. Mecanismul și caracteristicile tehnice ale acoperirii cu pulverizare magnetron

1,1 mecanism de acoperire cu pulverizare magnetron

Mecanismul de lucru al pulverizării cu magnetron este că, sub acțiunea câmpului electric E, electronii se ciocnesc cu atomii de argon în procesul de zbor către substrat și ionizează ionul pozitiv Ar și electronii noi. Noii electroni zboară spre substrat, Ar ionii accelerează până la ținta catodului sub acțiunea câmpului electric și bombardează suprafața țintă cu o mare energie, astfel încât țintăle să fie lovite. În particulele de pulverizare, atomii sau moleculele țintă neutre sunt depuse pe substrat pentru a forma un film subțire, iar electronii secundari generați vor fi afectați de câmpul electric și de câmpul magnetic pentru a produce derivație EB, a cărei traiectorie de mișcare este similară cu cicloidul. Electronii se deplasează într-o mișcare circulară pe suprafața țintă și se leagă de zona de plasmă de pe suprafața țintă. În această regiune, un număr mare de ioni de ioni sunt ionizați pentru a bombarda ținta, obținând astfel o rată ridicată de depunere. Odată cu creșterea numărului de coliziuni, energia electronilor secundari este epuizată și se îndepărtează treptat de suprafața țintă și, în final, se depun pe substrat sub acțiunea câmpului electric E. Sputteringul Magnetron este procesul de coliziune dintre particulele incidente și ținta. Ea trece un impuls atomului țintă prin procesul de împrăștiere complexă și coliziunea atomului țintă. Atomul țintă se ciocnește cu alți atomi țintă pentru a forma un proces în cascadă.

1.2 caracteristicile aplicării tehnice

Sputteringul Magnetron este un proces de pulverizare de mare viteză la presiune scăzută. Rata de ionizare a gazului trebuie crescută în mod eficient. Densitatea plasmei poate fi mărită prin introducerea unui câmp magnetic pe suprafața catodului țintă și prin utilizarea constrângerii câmpului magnetic pe particulele încărcate pentru a mări rata de pulverizare.

În sputteringul magnetron, mișcarea electronilor în câmpul magnetic prin forța lorentz, traiectoria lor este îndoită și chiar produce mișcarea spirală, calea de mișcare, astfel a crescut numărul de coliziuni cu gazul de lucru, densitatea plasmei crește, astfel viteza de pulverizare a magnetronului este mult îmbunătățită și poate funcționa sub tensiune scăzută de pulverizare și presiune a aerului, reduce tendința de poluare a membranei; În același timp, incidentul de energie atomică pe suprafața substratului este mărit, astfel încât calitatea filmului poate fi îmbunătățită în mare măsură. Electronii care au pierdut energie din cauza coliziunilor repetate ajung la anod și devin electroni cu energie redusă, astfel încât substratul să nu se supraîncălzească. Prin urmare, pulverizarea cu magnetron are avantajele "vitezei mari" și "temperaturii scăzute". Dezavantajul acoperirii prin pulverizare cu magnetron este că nu poate pregăti un film izolator, iar câmpul magnetic neuniform utilizat în electrodul magnetron va provoca gravarea inegală a țintei , ceea ce are ca rezultat o rată scăzută de utilizare a materialului țintă, care este în general de numai 20% ~ 30%. Rata de utilizare a țintei de pulverizare magnetron este un parametru important pentru proiectarea ingineriei și a procesului de producție a sursei de pulverizare magnetron. pentru a îmbunătăți rata de utilizare a materialelor țintă, s-au studiat diferite forme de ținte dinamice, printre care țintă cilindrică de câmp magnetic rotativ care a fost ținta principală și care a fost utilizat pe scară largă în industrie, iar rata de utilizare a unor astfel de materiale țintă a fost de 70% . Obiectivele magnetron comune de sputtering pot fi împărțite în trei tipuri din forma geometrică: ținta plană dreptunghiulară, planul circular ta rget și țintă cilindrică.

2. Control uniform al acoperirii cu pulverizare pe suprafața pieselor cu cavități complexe

2.1 probleme tehnice existente

(1) ținta catodică este pulverizarea plană, care este cauzată de pulverizarea puternică locală cauzată de componente neregulate ale câmpului magnetic, rezultând un consum inegal al inelului de eroziune țintă și concav. (2) suprafața piesei de prelucrat este depusă și acoperită cu mai multe straturi de film, iar rezistența de legătură dintre stratul inferior și stratul de film nu este uniformă și fermă. În același timp, există fenomene de pulverizare cu diferite componente și efect anti-pulverizare al stratului de film, având ca rezultat diferențe mari în compoziția stratului de film și țintă.

2.2 analiza tehnică și concepția științifică

(1) suprafața piesei de prelucrat cu multiple muchii și unghiuri și cavități multiple este depusă și acoperită cu mai multe straturi de film. Se intenționează adoptarea țintei rotative de magnetron rotativ, iar țintele și materialele multiple sunt instalate în poziții diferite ale mașinii de acoperire. Ținta se poate roti liber pentru a atinge necesitatea de acoperire directă. (2) țintele multiple de magnetron și câmpurile auxiliare magnetice au fost stabilite pentru a îmbunătăți structura țintelor catodice de pulverizare a magnetronului neechilibrate, a îmbunătăți densitatea plasmei în camera de acoperire cu vid și pentru a îmbunătăți în continuare fluxul de polarizare al piesei de pulverizare pentru a obține depunerea și acoperirea. (3) componenta neuniformă a câmpului magnetic al țintei catodice de pulverizare plană produce un inel de eroziune concav în țintă. Se intenționează schimbarea distribuției câmpului magnetic pentru a obține tensiunea internă izotropă a piesei complexe în pulverizarea pe substrat și pentru a combina filmul dens, continuu și uniform.

2.3 metode experimentale și ruta tehnică

2.3.1 materiale experimentale

Echipamentul de sputtering cu șase stații a fost utilizat în experiment, care a fost compus în principal din sistemul de achiziție în vid, de detectare a vidului, de cuptor de vid, de magnetron catodic, de sistem de alimentare cu gaz și de alimentare cu energie electrică. Sa utilizat procedeul de pulverizare magnetron PVD prin depunere prin vapori. Materiale catodice: Ti, TiN, TiAlN, Ti, TiN, TiN, TiAlN multistrat film multistrat.

2.3.2 detecția calității stratului de film (tabelul 1)

2.3.3 Metode experimentale

Filmul complex de pulverizare a suprafeței de lucru a piesei de prelucrat a fost preparat prin placarea cu ioni de pulverizare. Pentru a rezolva problemele tehnice ale acoperirii complexe a pieselor de prelucrat, s-au efectuat următoarele cercetări experimentale.

(1) ținta catodică este pulverizarea plană, iar pulverizarea puternică locală cauzată de componentele câmpului magnetic neuniform conduce la un consum nedorit de material țintă. Prin îmbunătățirea formei și distribuției câmpului magnetic, efectuarea deplasării magnetului în interiorul catodului, setarea ecranului și alte măsuri, se înțelege că acoperirea peliculară a piesei cu mai multe muchii și unghiuri multiple și cavitatea multiplă pulverizând pe substrat poate genera stresul intern izotropic, iar pelicula este compactă, continuă și uniformă. Structura țintei de pulverizare echilibrată este în principal compusă din oțel magnetic exterior, oțel magnetic central și cizme magnetice.

(2) în conformitate cu cerința de pulverizare pe suprafața de acoperire a piesei complexe cu mai multe muchii și unghiuri și cavități multiple pentru a realiza cerințele structurale ale materialului țintă și țintei, s-a adoptat țintă rotativă de magnetron coloană de pulverizare. În funcție de diferitele condiții ale pieselor de prelucrat, s-au folosit ținte cu pulverizare cu structură magnetică sau structură de pulverizare. Obiectivul magnetron cilindric cilindric este utilizarea câmpului magnetic în jurul componentei câmpului electric țintă paralel și vertical al tubului țintă, pe suprafața tubului în câmpul electromagnetic ortogonal al suprafeței țintă a țintă, instalarea țintei în centrul camerei de depunere, la înveliș de centrifugare de 360 °; Tinta de pulverizare magnetrona cilindrica este montata pe partea laterala a camerei de acoperire. Tubul țintă se rotește continuu în timpul procesului de acoperire pentru a satisface nevoia de acoperire directă.

(3) fenomenul de pulverizare selectivă a diferitelor componente, viteza anti-pulverizare a filmului și aderența sunt diferite, ceea ce va duce la o mare diferență între film și componentele țintă. Selectarea condițiilor adecvate de procesare va reduce la minimum efectul anti-pulverizare pe film.

(4) folosind țintă de pulverizare cu magnetron multiplu și stabilirea câmpului magnetic auxiliar în camera de acoperire constituie un câmp magnetic închis, cu excepția cazului în care există o distribuție a câmpului magnetic în fața țintei, țintă între țintă și prin reglarea efectului câmpului magnetic auxiliar, formează un alt efect de reticulare, fac creșterea densității plasmei, driftul artefactelor, astfel încât mai multe muchii și cavitatea piesei de prelucrat să atingă obiectivul stratului depus. FIG. 1 prezintă o diagramă schematică a câmpului magnetic închis formată din patru ținte de pulverizare a magnetronului non-echilibru și câmpul magnetic auxiliar.

2.4 Rezultate experimentale și discuții

Începând cu decembrie 2012 până în februarie 2013, au fost efectuate teste de acoperire prin pulverizare pe suprafața piesei mici și a dispozitivului de comunicare. Probele de testare mici ale pieselor de prelucrat: aspectul peliculei este bun, fără fisuri; Grosimea filmului de 1 m ~ 5 m; uniformitatea filmului a fost mai mică de 5%; rată mică a găurilor; duritatea filmului până la 2000 HV; o rezistență ridicată la lipire; o adeziune puternică, lipsa desprinderii stratului de injectare; rezistență la coroziune excelentă, rezistență la căldură și rezistență la abraziune; rata de ionizare a particulelor este de 75% ~ 95%. Rata de depunere a filmei este controlabilă (2,0-2000) nm / s; Viteza de formare a filmului (2 ~ 13) m / h.All indicii din încercare au atins cerințele de proiectare. rezultatele filmului compozit pe suprafața dispozitivelor de comunicație au atins, de asemenea, efectul așteptat. Este posibil să se studieze măsurile de control uniforme ale acoperirii cu pulverizare magnetron pe suprafața piesei de lucru cu mai multe muchii și unghiuri și cavități multiple.

IKS PVD, unelte, model, tehnologie decorativă, de acoperire optică, contactați-ne acum, iks.pvd @ foxmail.com