Подготовка и приложение на филми от титанов нитрид (TiN)

1. Метод за приготвяне на филми от титанов нитрид (TiN)

Още през 60-те години на миналия век започна изследването на тънки филми TiN. Въпреки това изследователската работа се превърна в слаб прилив поради трудностите в материалите и устройствата. След това, с усъвършенстването на подготвителната технология на тънките филми, изследванията на тънки филми TiN започнаха да процъфтяват и методите за подготовка са разнообразни. Понастоящем е постигнат голям напредък.

Физическо отлагане на пари (PVD)

Метод на изпаряване с електронен лъч

Понастоящем най-често използваният метод за вакуумно покритие е изпаряване на електронен сноп . Това е метод, който използва електронен лъч, за да удари повърхността на изпарения материал, за да пренесе енергията, след което да се стопи и изпари материала. Изпаряването на електронен лъч има характеристиките на голяма енергийна плътност, висока термична ефективност, ниска топлинна проводимост и загуба на топлинна радиация и т.н., което може да намали реакцията между материала на контейнера и материала за полагане. Също така, чистотата на TiN покритието може да бъде значително подобрена.

Метод за покритие на разпрашване

Има два основни метода за разпръскване на TiN филм с магнетрон: DC магнетронно разпрашване и RF магнетронно разпрашване (използвайки керамични TiN цели). Напоследък неестественото магнетроново разпрашване и реактивното разпрашване се придвижват напред. Сред тях реактивният метод на разпрашване се използва най-често при приготвянето на TiN филми заради неговите уникални предимства. Методът на магнетронно разпрашване на TiN филми има предимствата на високата скорост на разпръскване, ниското покачване на температурата на субстрата, добрата свързваща сила на филма и субстрата, стабилното функциониране на устройството, удобната работа и контрол и т.н. В същото време той има и някои недостатъци. Например, степента на отлагане е относително ниска, ефективността е лоша, което е неблагоприятно за намаляване на разходите за отлагане. Следователно, методът на магнетронно разпрашване се прилага само за полета, които изискват висококачествени TiN покрития като оптика и микроелектроника.

Arc Ion покритие

От 1980 г. насам йонното покритие TiN се е превърнало в високотехнологично приложение по целия свят, като основното приложение е подготовката на устойчиво на износване покритие върху високоскоростна стоманена и карбидна инструменти и златисто-имитативно декоративно покритие от неръждаема стомана , Технологията на йонно покритие е направила голяма крачка през 90-те години на 20-ти век, наскоро най-широко използваният метод за йонно покритие id arc йонно покритие технология (известен също като мулти-дъгова покритие), той е заменил всички други видове йонно покритие и стана единственият производствен процес на производството на титанов нитрид. По време на процеса на дъгообразно йонизиране, факторите, влияещи върху структурата и производителността на покритието, са ток на дъга, отрицателно отклонение на субстрата, температура на субстрата, парциално налягане на азота, налягане в кухината и т.н.

2. Приложни изследвания на TiN покритие

Машинна промишленост

TiN филмът може да намали адхезията на материала върху режещия ръб, да подобри силата на рязане, да подобри качеството на повърхността на детайла и двойно да увеличи експлоатационния живот и дълготрайността на режещия инструмент. Поради това филмът TiN се използва широко в режещи инструменти с ниска скорост, рязане с високоскоростна стомана, инструменти за рязане на дърво и тренировки. Освен това, TiN е също идеално покритие за износване на износоустойчиви изделия, ниската му склонност към адхезия спомага за разширяването на приложението в много системи за износване, като бутални уплътнения на автомобилни двигатели, различни видове лагери и зъбни колела и др. Освен това TiN покритието също така се използва широко в инструментите за формоване, като инструменти за формоване на ламарина в автомобилостроенето.

Медицинска индустрия  

TiN филмите са нетоксични покрития с леко тегло, висока якост и отлична биосъвместимост. Следователно, той е много идеален медицински метален материал и може да се използва като импланти и хирургически инструменти, имплантирани в човешкото тяло. В допълнение, TiN филмите могат да бъдат използвани като подсилващ филм от друг филм, който има добри биосъвместими свойства.

космически

TiN филмът може да бъде покрит върху IF-MS2, за да се подобри устойчивостта на износване на MoS ₂ смазка. TIN филмът има предимствата на висока твърдост, висока точка на топене, висока износоустойчивост, отлична химическа стабилност и т.н., така че да може да се използва на IF-MS2, за да подобри смазочната ефективност на двигателите на въздухоплавателните средства и космическите кораби и други части. В същото време тя също така може да осигури високотемпературното и триещото действие на космическите компоненти.

Приложно поле на слънчевата енергия

Проучването на TiN филми за стабилен слънчев абсорбционен слой при високи температурни атмосфери започва през 1984 г., а наскоро (Ti, Al) N покрития се препоръчва да се прилагат за слънчеви селективни абсорбиращи слоеве и слънчеви контролни прозорци, което се дължи основно на висока температурна устойчивост (Ti, Al) N покритие. За нанасяне на TiN и TiAlN покрития в слънчевата енергия, тя все още е под процес и проучване.