TiCN Coating Baseret På Vacuum Arc Ion Plating

Fremstillingsmetoder af TiCN-belægningen

Efter 1985 offentliggjorde After Knotke første undersøgelse af TiCN-belægningsteknologien, stor interesse for sin fremragende oxidation modstandsdygtighed ved høj temperatur og god applikationsydelse, og hidtil havde udviklet en række fysiske vapordepositionsteknologier. På nuværende tidspunkt er der tre fremgangsmåder til fremstilling af TiCN belægning, som er magnetron sputter ionplating metode, radiofrekvens sputtering metode og multi-arc ion plating metode, hvor magnetron sputter ion plating metode og multi-arc ion plating metode er mest udbredt brugt og lav pris.

Magnetron sputter ionplating.

Magnetron sputtering teknik blev udviklet i begyndelsen af ​​1970'erne som uddybning af teknologi og forskning, det har været meget udbredt inden for industrialisering af elektrisk, optisk film og energi, mekanisk industrielle mv og bliver en af ​​de mest anvendte forberedelse af TiCN film metoder. Ved coatingprocessen genereres Ti ioner ved anvendelse af Ar ioner, der frembringes ved Ar gas-glødudladning for at bombe Ti-målet, og ved elektrostatisk acceleration flyver til arbejdsstykket og dermed aflejringsfilm. Denne metode har høj aflejringshastighed, ensartethed filmtykkelse, og ionplating kan forbedre kombinationsevnen for belægning og substratgrænseflade og gøre filmorganisationen tæt. Samtidig er målene mod forurening og lav aflejringshastighed i belægningsprocessen den største svaghed. Det er blevet fundet, at når partikeltryk for kulstof og nitrogen stiger, falder aflejringshastigheden.

Multi-Arc ionplating.

Multi-arc ionplating tilhører en forbedret ionplating metode, der først blev udviklet af sovjeterne, i begyndelsen af ​​1980'erne, først praktisk ved US Multi-Arc. Grundprincippet tager metalmålkilden som katoden, udleder ved bue mellem anodeskallen og gør målinddampningen og ioniseringen, danner rumplasma og derefter deponerer belægning på arbejdsstykket. Sammenlignet med andre membranteknologier er fordelen, at katoden producerer plasma direkte, og katodemålet kan indføres vilkårligt, hvilket i høj grad forenkler prøvearmaturet. Desuden er multi-bue-episodeenergien høj, ioniseringshastigheden kan nå 60% ~ 80%, densiteten af ​​membranen er høj, styrken og holdbarheden er god, grænsefladen mellem film og matrix er let at frembringe atomdiffusion og filmadhæsionen er god.

Vakuumbue-ionplatingsteknik bruger plasmaelektromagnetisk felt til at filtrere, hvilket effektivt kan reducere eller eliminere store partikler. Sammenlignet med konventionel bue-platingbelægning er buk-typen filtreret bueovertræk makropartikel ingen urenheder, homogen, tæt struktur og i stand til at opfylde kravene til optikken, mikroelektronikfilmen. Der er også nogle ulemper for den filtrerede bue-kilde, det vil sige at strålediameteren er lille, sædvanligvis mindre end 200 nm, og vanskelig at danne multibue-kilde-array, hvilket gør masseproduktionen af ​​stort område ikke muligt, og transmissionen effektiviteten er ikke høj, den maksimale transmissionseffektivitet af bøjningsstrukturen er ca. 30%, ionstrømmen kun 2% til 3% af lysbue strømmen.

Indflydelse af gasstrømmen på belægningsstrukturen

Ændring af N _2- partialtrykket (strømning) vil medføre sputtering af nitrogen-iontæthed og energiændring, hvilket påvirker kombinationen med metalatomet, hvilket gør den foretrukne vækstorienteringsændring og påvirker således belægningsydelsen. Reserachere konstaterede, at under betingelse af totalt tryk 0,8Pa og Ar flow 20sccm, når nitrogenstrømmen er mindre end 6sccm, foretrækkes orientering (111), når nitrogenstrømmen er større end 6sccm, (111) spids intensiteten og (200) ) maksimal intensitet stiger, primært fordi i planen af ​​fcc-TiCN, (111) flyoverfladeenergien er lav, under lavt nitrogenstrømningsatomer er migrering til (111) -planet, med stigningen i nitrogenstrømmen reduceres den atomiske migrationshastighed, men (200) krystaloverflade med høj overfladeenergi har høj trintæthed, og diffusionsafstanden væk fra lavt energinettet er kort, til fordel for krystalpræferenceudviklingen langs (200) krystaloverfladen. Reserachere fandt ud af, at når nitrogenstrømmen er 1sccm, er der opnået prøver amorfe strukturer, når nitrogenstrømmen er mere end 2sccm, er der en kolonnestruktur i filmen, kornkorns eksisterende, når nitrogenstrømmen stiger til 6sccm, bliver filmen tæt og henholdsvis foretrækker mikrostrukturen for den isotropiske og kornforfinningen, hovedsagelig som forøgelsen af ​​nitrogenstrømmen, den atomiske migrationshastighed reduceres, membranoverfladen ændres i lokalt kemisk potentiale. Forskerne fandt, at med at nitrogenflowet voksede, er kornet, der er samlet i filmen, mindre, overfladen bliver tæt og glat, ruheden falder gradvist indtil konstant.

Nu er kulstofkilden, der anvendes af forskernes fremstilling af TiCN, hovedsageligt C2H2- eller CH4-gasen, hovedsagelig fordi TiN og TiC er NaCl-typen med ansigt-centreret kubisk struktur, radien af ​​N-atom og C-atom er meget tæt, N er 0,071 nm, C er 0,077 nm, de to kan erstatte hinanden for at danne et enkeltfasemateriale TiC (N) eller TiN (C). Under visse betingelser kan der forekomme tofasestruktur. I XRD diffraktionsspektret er toppene af dem meget tætte, og endda nogle overlapper hinanden, hvilket resulterer i faseanalysekompleksiteten, så det er almindeligvis skrevet som TiCxN1-x.

Påvirkningsfaktorer for TiCN-belægningsydelse

Temperatur

Kvaliteten af ​​TiCN-belægningen påvirkes hovedsageligt af procesfaktorer som sammensætning, temperatur og atmosfære. Forskellige matrix temperatur vil forårsage belægningens kornstørrelse, form, struktur er helt anderledes. Aflejringstemperaturen for høj og aflejringshastighed for hurtig vil medføre, at det belagte krystaludseende bliver tykt forgrenet og påvirker belægningens kvalitet; aflejringstemperaturen er for lav, har den tendens til at danne porøse, løse sedimenter, der påvirker bindingsstyrken af ​​belægningen og matrixen. Derfor er et rimeligt valg af temperatur en nødvendig betingelse for at opnå coating af høj kvalitet. Mc.Cormell etc. deponeret TiCN belægning på rustfrit stål med PVD-metode, herunder at dens hårdhed, bindestyrke og friktionskoefficient ikke ændres, når temperaturen er under 250 ° C. Efter 450 ° C varmebehandling til prøver er TiCN-coatingfriktionskoefficienten 0,2 før 250 ° C og op til 0,3 ved 250 ° C, men stadig lavere end friktionskoefficienten af ​​TiN, fordi TiCN-belægningen C har spillet en smøremiddelrolle. Undersøgelser viser, at når temperaturen er under 200 ° C, stiger friktionskoefficienten og slidhastigheden for TiCN-belægningen med stigende temperatur.

Pulserende forspænding

Eksistensen af ​​pulserende forspændinger spiller en meget vigtig rolle for at reducere dråben og forbedre belægningskvaliteten. Negativ bias, der tiltrækker et positivt ladningsputterarbejde, kan gøre titaniumionerne nær katodemålet accelerere flyve, øge chancen for kollision med nitrogen i plasma og dråbe, og samtidig øge bindingsstyrken af ​​titan og nitrogen. Hvis opretholdes vakuumtrykskonstanten, stiger nitrogenstrømmen med stigende negativ forspænding, men kvælstofindholdet i filmen formindskes med stigende negativ forspænding. Dette er hovedsageligt, at Ti-Ti-bindingsevnen er stærkere end Ti-N, og med stigende negativ forspænding er titanens re-sputtering evne stærkere end nitrogen. Desuden medfører plasmapartiklerne med den stigende forspænding, at energipartiklerne flyver til matrixændringen, der påvirker filmens organisationsstruktur.

Arc nuværende

Ud fra industriapplikationsapplikationens perspektiv kan stigende lysstrøm forbedre produktiviteten og filmens hårdhed og slidstyrke. Øget lysbue strøm betyder, at målets samlede temperatur stiger, tilsvarende dråber vil stige, og dråbestørrelsen vil også øges.

Forøgelse af dråber og dråbestørrelse vil uundgåeligt føre til nedgang i korrosionsbestandigheden af ​​filmen, især dråber med stor diameter, med ca. 1/3 begravet i filmen i højderetningen og de uregelmæssige små huller i bunden. Når der opstår ætsende stoffer som syre og alkali mv., Korrumperer disse huller først nålformede huller, og deres eksistens er derfor den væsentligste årsag til, at belægningenes korrosionsbestandighed reduceres. Derfor kan i nogle praktiske anvendelser for koordinationen af ​​modsætningen mellem stigende lysstrøm og dråbe nogle optimerede måder anvendes, såsom forøgelse af målets fordampningsområde, styrkelse af kølingseffekten af ​​målet eller design af ny bue-kilde, som kan hæmme dråber producere.