Равномерно управление на покритието с магнитен разпрашване върху сложна повърхност на детайла

Равномерно управление на магнетроновото разпрашване върху сложна повърхност на детайла

Тази статия представя механизма на филмово покритие и техническите характеристики на повърхността на детайла със сложна кухина. С цел проблемите като неравномерно изразходване на прицелен материал, вдлъбнат ерозионен пръстен и неравномерна и плътна плътност на филма в процеса на нанасяне на сложна заготовка, в експеримента е използвана въртяща се колонна магнетронова разпръскваща мишена . Множество цели и материали бяха инсталирани в различни позиции на машината за покритие. Целта може да се върти свободно, за да осъзнае необходимостта от насочено покритие; Използване на множествена магнетрона на разпръскване и задаване на спомагателно магнитно поле на небалансирано магнетронно разпръскване катод за подобряване на структурата, подобряване на плазмената плътност на вакуумната обвивка, по този начин подобряване на разпръскване на артефакти отклонение и т.н. в същата равнина, със сложна форма и структура на вътрешната кухина върху дебелината на повърхността на детайла, равномерна, плътна и непрекъсната функционална композитна лента.

По ръбовете и много по-сложни от повърхността на кухината, химическата технология в момента в страната и в чужбина е по-голяма, както се извършва и върху повърхностната обработка на детайла на вакуумната магнетронна разпрашаваща филмова технология, понастоящем най-вече в прави и плоска повърхност на подготовка за единична или композитна мембрана, и се използва широко в машини, електроника, енергия, материали, информация , аерокосмическа и други области, бетон като режещи инструменти, хардуерни инструменти, мобилни телефони, преносими компютри различни видове сензори и части имат специални изисквания и т.н. Поради характеристиките на вакуумно филмообразуващата технология е трудно и сложно да се контролира дебелината на филма, еднаквостта и свързващата сила на процеса на образуване на разпръскващ филм върху повърхността на сложната заготовка. С бързото развитие на машиностроителната промишленост, обхватът на приложение на технологията за повърхностно покритие на детайла се разширява от режещи инструменти до прецизно щамповане, аерокосмически части и електронни аксесоари. Появяват се нови високоефективни филмови слоеве, като TiAlCN, AlCrN, TiSiN, диамантен слой и т.н., които подобряват експлоатационния живот и ефективността на машината. Много е важно да се изследва равномерното управление на технологията на магнетроновото разпръскване върху повърхността на сложната заготовка.

1. Механизъм и технически характеристики на магнетроновото разпръскващо покритие

1.1. Магнетронен разпръскващ механизъм

Работният механизъм на магнетронното разпрашване е, че под действието на електрическото поле Е електроните се сблъскват с аргонови атоми в процеса на летене към субстрата и йонизират положителния йон Ar и новите електрони. Новите електрони летят към субстрата, аридите на Аг се ускоряват до катодната цел под действието на електрическото поле и бомбардират повърхността на мишената с висока енергия, така че мишената се движи. В разпръскващите се частици, неутралните целеви атоми или молекули се отлагат върху субстрата, за да образуват тънък филм, а генерираните вторични електрони ще бъдат засегнати от електрическото поле и магнитното поле, за да произведат дрейф на ЕВ, чиято траектория на движение е подобна на циклоида. Електроните се движат с кръгови движения по повърхността на мишената и са свързани с плазмената област на повърхността на мишената. В този район, голям брой Ar йони се йонизират, за да бомбардират целта, като по този начин се постига висока скорост на отлагане. С увеличаването на броя на сблъсъците енергията на вторичните електрони се изчерпва и те постепенно се отдалечават от повърхността на мишената и накрая се отлагат върху субстрата под действието на електрическото поле Е. Магнетроновото разпрашаване е процес на сблъсък между падащите частици и целта. Той предава някаква инерция на целевия атом чрез комплексния процес на разсейване и сблъсъка на целевия атом. Целевият атом се сблъсква с други прицелни атоми, за да образува каскаден процес.

1.2 характеристики на техническото приложение

Магнетроновото разпрашване е високоскоростен процес на разпрашване при ниско налягане. Скоростта на йонизация на газа трябва да бъде ефективно увеличена. Плазмената плътност може да бъде увеличена чрез въвеждане на магнитно поле на повърхността на целевия катод и използване на ограничението на магнитното поле върху заредени частици, за да се увеличи скоростта на разпрашаване.

При магнетроновото разпрашаване движението на електроните в магнитното поле чрез сила на лоренц, траекторията им се огъва и дори произвежда спирално движение, пътя на движението, като по този начин увеличава броя на сблъсъците с работния газ, увеличава се плътността на плазмата, като по този начин скоростта на магнетроновото разпрашаване е значително подобрени и могат да работят при ниско напрежение на разпрашаване и налягане на въздуха, да намалят тенденцията на мембранно замърсяване; В същото време, атомната енергия, падаща върху повърхността на субстрата, се увеличава, така че качеството на филма може да се подобри до голяма степен. Електроните, които са загубили енергия поради многократни сблъсъци, достигат до анода и стават ниско енергийни електрони, така че субстратът не се прегрява. Следователно, магнетроновото разпрашване има предимствата на "висока скорост" и "ниска температура". Недостатъкът на магнетроновото разпръскващо покритие е, че не може да подготви изолационен филм, а неравномерното магнитно поле, използвано в магнетронния електрод, ще предизвика значително неравномерно ецване на мишената. материал, което води до нисък коефициент на използване на целевия материал, което обикновено е само 20% ~ 30% .Скоростта на използване на магнетроновото разпръскване е важен параметър за инженерно проектиране и отчитане на разходите за производствения процес на източника на магнетронно разпрашаване. За да се подобри степента на използване на целевите материали, бяха изследвани различни форми на динамични цели, сред които цилиндричната цел на въртене на магнитното поле беше основна цел и беше широко използвана в промишлеността, а степента на използване на такива целеви материали беше толкова висока, колкото 70% Общите цели на магнетронното разпрашаване могат да се разделят на три типа от геометричната форма: таргет с правоъгълна равнина, кръгова равнина и цилиндрична мишена.

2. Равномерно управление на разпръскващото покритие върху повърхността на заготовки със сложни кухини

2.1 съществуващи технически проблеми

(1) катодната цел е плоско разпрашване, което е причинено от локално силно разпрашаване, причинено от неравномерни компоненти на магнитното поле, което води до неравномерно потребление на целевия и вдлъбнат ерозионен пръстен. (2) повърхността на детайла се нанася и покрива с множество слоеве от фолио и силата на свързване между долния слой и филмовия слой не е еднородна и твърда. В същото време има разпръскващи феномени на различни компоненти и противо-разпръскващ ефект на филмовия слой, което води до големи различия в състава на филмовия слой и мишената.

2.2 технически анализ и научна концепция

(1) повърхността на детайла с множество ръбове и ъгли и множество кухини се отлага и се покрива с множество слоеве филм. Планирано е да се приеме въртяща се колонна магнетронова разпръскваща цел и множество мишени и материали да се монтират в различни позиции на машината за покритие. Целта може да се върти свободно, за да се постигне нуждата от насочено покритие. (2) множество магнетронови разпръскващи мишени и спомагателни магнитни полета са настроени да подобрят структурата на небалансираните магнетронни разпръскващи катодни цели, да подобрят плазмената плътност във вакуумната камера за покритие и допълнително да подобрят отклоненията на разпръскващата се детайла за постигане на отлагане и покритие. (3) неравномерната компонента на магнитното поле на равнинната катодна мишена за разпрашаване произвежда вдлъбнати ерозионни пръстени в мишената. Предвижда се да се промени разпределението на магнитното поле, за да се постигне изотропно вътрешно напрежение на сложната заготовка при разпрашване върху основата и да се комбинира плътният, непрекъснат и равномерен филм.

2.3 експериментални методи и технически път

2.3.1 експериментални материали

В експеримента е използвано шест-станционното магнетронно разпръскващо оборудване, което се състои главно от система за вакуумно улавяне, вакуумна детекция, вакуумна пещ, катоден магнетрон, система за въвеждане на газ и захранване. Използва се PVD магнетронно разпрашване с физическо отлагане на пари. Катодни материали: Ti, TiN, TiAlN, покрит Ti, TiN, TiN, TiAlN многослоен многослоен филм.

2.3.2 откриване на качеството на филмовия слой (таблица 1)

2.3.3 експериментални методи

Сложният повърхностен разпрашващ филм на обработвания детайл се приготвя чрез разпръскване на йонно покритие. За да се решат техническите проблеми на сложното покритие на детайла, бяха проведени следните експериментални изследвания.

(1) катодната мишена е равнинна разпрашване и местното силно разпрашаване, причинено от неравномерни компоненти на магнитното поле, води до неравномерно потребление на материала. Чрез подобряване на формата и разпределението на магнитното поле, принуждавайки магнита да се движи вътре в катода, поставяйки екрана и други мерки, се осъзнава, че филмовото покритие на детайла с множество ръбове и ъгли и многократно разпрашаване на кухини върху субстрата може да генерира. изотропно вътрешно напрежение и филмът е компактен, непрекъснат и равномерен. Структурата на балансираната разпрашваща мишена се състои главно от външна магнитна стомана, централна магнитна стомана и магнитни полюсни ботуши.

(2) в съответствие с изискването за разпрашаване върху повърхностното покритие на сложна заготовка с множество ръбове и ъгли и множество кухини за постигане на конструктивните изисквания на целевия материал и мишената, е приета ротационна колонна магнетронова разпръскваща мишена. Според различни условия на обработване, бяха използвани разпръснати цели с магнитна структура или структура на разпрашаване. Цилиндрична магнетронова цел е използването на магнитно поле около целта тръба паралелно и вертикално целта на електрическо поле, на повърхността на тръбата в целевата повърхност на тръбата на ортогонално електромагнитно поле, инсталация на целта в центъра на камерата, \ t на около 360 ° посока на центрофугиране; Цилиндричната магнетронова разпръскваща мишена е монтирана от страната на камерата за покритие. Целевата тръба се върти непрекъснато по време на процеса на нанасяне на покритие, за да отговори на необходимостта от насочено покритие.

(3) селективното разпръскване на различни компоненти, скоростта на разпрашаване и адхезията на филма са различни, което ще доведе до голяма разлика между филма и целевите компоненти. Изборът на подходящи условия на процеса ще сведе до минимум ефекта на разпрашаване върху филма.

(4) използване на множествена магнетронова мишена, и поставянето на спомагателно магнитно поле в покривната стая представлява затворено магнитно поле, освен ако не е налице разпределение на магнитното поле пред мишената, мишената между мишената и чрез задаване на ефекта на спомагателното магнитно поле, образуват взаимно ефекта на омрежване, правят увеличаването на плътността на плазмата, дрейфа на артефактите, така че повече ръбове и кухина на детайла да постигнат целта на нанесеното покритие. Фиг. Фигура 1 показва схематична диаграма на затворено магнитно поле, образувано от четири неравновесни магнетронови разпръскващи мишени и спомагателно магнитно поле.

2.4 експериментални резултати и дискусия

От декември 2012 г. до февруари 2013 г. бяха извършени тестове за покритие с разпрашване върху повърхността на малка щампована детайла и комуникационно устройство съответно. ~ 5 м; плътност на филма е по-малко от 5%; малка скорост на дупките; твърдост на филма до 2000 HV; висока якост на свързване; силна адхезия, без обелване на инжекционния слой; отлична устойчивост на корозия, устойчивост на топлина и устойчивост на износване; скоростта на йонизация на частиците на материала е 75% ~ 95%. Скоростта на отлагане на филм е контролируема (2.0 ~ 2000) nm / s. Скоростта на формоване на филма (2 ~ 13) m / h. Всички показатели в изпитването са достигнали изискванията за проектиране и Резултатите от композитния филм на повърхността на комуникационните устройства също достигнаха очаквания ефект. Възможно е да се изследват еднаквите мерки за контрол на магнетроновото разпръскващо покритие върху повърхността на детайла с множество ръбове и ъгли и множество кухини.

IKS PVD, Инструменти, модел, декоративни, технология за оптично покритие, свържете се с нас сега, iks.pvd @ foxmail.com