TiCN-beläggning baserad på vakuumbågonplätering

Beredningsmetoder för TiCN-beläggningen

Sedan 1985 publicerade After Knotke den första publicerade forskningen om TiCN-beläggningstekniken, stort intresse för sin utmärkta oxidation motståndskraft mot hög temperatur och bra applikationsprestanda, och har hittills utvecklat en mängd fysisk vapordositionsteknik. För närvarande finns det tre metoder för framställning av TiCN-beläggning, som är magnetron sputterjonpläteringsmetod, radiofrekvenssprutningsmetod och multi-arc-jonpläteringsmetod, där magnetronsputter-jonpläteringsmetoden och multi-arc-jonpläteringsmetoden är mest används och låg kostnad.

Magnetron sputterjonplätering.

Magnetronsputteringsteknik utvecklades i början av 1970-talet, som fördjupning av teknik och forskning, har den använts i stor utsträckning inom industrialiseringsområdet för elektrisk, optisk film och energi, mekanisk industriell etc. och blir en av de mest använda beredningarna av TiCN film metoder. Vid beläggningsprocessen alstras Tijoner genom att använda Ar-ioner som alstras av Ar-gasljusutmatning för att bombardera Ti-målet och genom elektrostatisk acceleration flyga till arbetsstycket och därigenom avsättningsfilm. Denna metod har hög avsättningshastighet, likformig filmtjocklek och jonplätering kan förbättra kombinationsförmågan hos beläggnings- och substratgränssnitt och göra filmorganisationen tät. Samtidigt är de mål som är mottagliga för förorening och låg avsättningshastighet i beläggningsprocessen den huvudsakliga svagheten. Det har visat sig, när kol- och kväve partialtrycket ökar, sänks depositionshastigheten.

Multi-arc jonplätering.

Multi-Arc-jonplätering hör till en förbättrad jonpläteringsmetod, först utvecklad av sovjeterna, i början av 1980-talet, först praktiskt av US Multi-Arc. Grundprincipen tar metallmålkällan som katoden, utmatas genom båge mellan anodskalet och gör målindunstningen och joniseringen, bildar rymdplasma och därefter avsätter beläggning på arbetsstycket. Jämfört med andra membrantekniker är fördelen att katoden producerar plasma direkt, och katodmålet kan vara godtyckligt anordnat vilket förenklar provprofilen väldigt mycket. Dessutom är multi-arc-incidentpartikelenergin hög, joniseringshastigheten kan nå 60% ~ 80%, densiteten hos membranet är hög, hållfastheten och hållbarheten är bra, gränssnittet mellan film och matris är lätt att producera atomdiffusion och filmhäftningen är bra.

Vakuumbågspläteringsteknik använder plasmaelektromagnetiskt fält för att filtrera, vilket effektivt kan minska eller eliminera stora partiklar. Jämfört med konventionell bågbeläggningsbeläggning är båg-typ filtrerad bågbeläggning makropartikel inte orenheter, homogen, tät struktur och kunna uppfylla kraven i optiken, mikroelektronikfilmen. Det finns också några nackdelar med den filtrerade bågkällan, det vill säga att stråldiametern är liten, vanligtvis mindre än 200 nm och svår att bilda multibågs-källan, vilket gör att massproduktionen av stort område inte kan uppnås och överföringen effektiviteten är inte hög, böjstrukturens maximala transmissionseffektivitet är ungefär ca 30%, jonströmmen bara 2% till 3% av ljusströmmen.

Påverkan av gasflödet på beläggningsstrukturen

Förändring av N2 partialtrycket (flöde) kommer att orsaka förstoftning av kvävejonens densitet och energiändring, vilket påverkar kombinationen med metallatomen, vilket gör den föredragna tillväxtorienteringsändringen, vilket på så sätt påverkar beläggningsytan. Reserachers fann att under villkoret av totalt tryck 0,8Pa och Ar flöde 20sccm, när kväveflödet är mindre än 6sccm, är föredragen orientering (111) när kväveflödet är större än 6sccm, (111) toppintensiteten minskar och (200) ) toppintensiteten ökar, främst på grund av att i planen av fcc-TiCN, (111) planytanergin är låg, under låga kväveflödesatomer migreras till (111) planet, med ökningen av kväveflödet minskar den atomiska migrationshastigheten, men (200) kristallyta med hög ytenergi har hög stegetäthet och diffusionsavståndet från lågenerginätpunkterna är kort, till fördel för kristallpreferenstillväxten längs (200) kristallytan. Reserachers fann att när kväveflödet är 1sccm är sampel erhållna amorfa strukturer, när kväveflödet är mer än 2sccm, finns det en kolumnerad struktur i filmen, korngräns som existerar, när kväveflödet ökar till 6sccm blir filmen tät och respektive föredrar mikrostrukturen hos den isotropa och kornförfinningen, huvudsakligen som ökningen av kväveflödet, den atomära migrationshastigheten reduceras, membranytan förändras i lokal kemisk potential. Forskarna fann att när kväveflödet ökar, är kornet som samlas i filmen mindre, ytan blir tät och jämn, smärtan minskar gradvis tills den blir konstant.

Nu är kolkällan som används av forskarnas beredning av TiCN huvudsakligen C ₂ H ₂ eller CH ₄ gasen, eftersom TiN och TiC är NaCl-typ ansiktscentrerad kubisk struktur, radien av N-atom och C-atom är mycket nära, N är 0,071 nm, C är 0,077 nm, de två kan ersättas ömsesidigt för att bilda ett enfasmaterial TiC (N) eller TiN (C). Under vissa förhållanden kan det förekomma tvåfasstruktur. I XRD-diffraktionsspektret är topparna av dem mycket nära och till och med överlappar varandra, vilket resulterar i fasanalys komplexiteten, så det är vanligtvis skrivet som TiCxN1-x.

Influensfaktorer för TiCN-beläggningsprestanda

Temperatur

Kvaliteten på TiCN-beläggningen påverkas huvudsakligen av processfaktorer som komposition, temperatur och atmosfär. Olika matris temperatur kommer att orsaka beläggningens kornstorlek, form, struktur är helt annorlunda. Deponeringstemperaturen för hög och avsättningshastigheten för snabb kommer att medföra att den belagda kristallvisningen är tjock förgrenad, vilket påverkar beläggningens kvalitet; avsättningstemperaturen är för låg, tenderar den att bilda porösa, lösa sediment som påverkar bindningsstyrkan hos beläggningen och matrisen. Därför är ett rimligt val av temperatur ett nödvändigt villkor för att få en högkvalitativ beläggning. Mc.Cormell etc. deponerade TiCN-beläggning på rostfritt stål med PVD-metod, inklusive att dess hårdhet, bindningsstyrka och friktionskoefficient inte förändras när temperaturen är under 250 ° C. Efter 450 ° C värmebehandling till prov är TiCN-beläggningsfriktionskoefficienten 0,2 före 250 ° C och upp till 0,3 vid 250 ° C, men fortfarande lägre än TiN-friktionskoefficienten, eftersom TiCN-beläggningen C har spelat en smörjande roll. Studier visar att när temperaturen är under 200 ° C ökar friktionskoefficienten och slithastigheten för TiCN-beläggningen med ökande temperatur.

Pulserad förspänning

Förekomsten av pulserad förspänning spelar en mycket viktig roll för att minska droppen och förbättra beläggningskvaliteten. Negativ förspänning som attraherar positivt laddningsparti kan medföra att titanjoner nära katodmålet accelererar flygningen, öka risken för kollision med kväve i plasma och droppe och samtidigt öka bindningsstyrkan hos titan och kväve. Om upprätthåller vakuumtryckskonstanten ökar kväveflödet med ökande negativ förspänning, men kvävehalten i filmen minskar med ökningen av negativ förspänning. Detta är huvudsakligen Ti-Ti-bindningsförmågan är starkare än Ti-N, och med den ökande negativa förspänningen är titanets återförstärkningsförmåga starkare än kväve. Dessutom medför plasmapartiklarna att partiklarna flyger till matrisförändringen, vilket påverkar filmens organisationsstruktur.

Arc ström

Med hänsyn till industriproduktionstillämpningen kan ökad ljusström förbättra produktiviteten och filmhårdheten och slitstyrkan. Ökande ljusbågsström betyder att målets övergripande temperatur ökar, motsvarande droppar ökar och droppstorleken ökar också.

Ökning av droppar och droppstorlek leder oundvikligen till minskningen av korrosionsbeständigheten hos filmen, i synnerhet droppar med stor diameter, med ca 1/3 begravd i filmen i höjdriktning och de oregelbundna små hålen i botten. När de stöter på frätande ämnen som syra och alkali etc. förstör dessa hål först och bildar nålformade hål, därför är deras existens den främsta orsaken till att beläggningens korrosionsbeständighet minskar. Därför kan i praktiska tillämpningar, för samordning av motsättningen mellan ökande bågström och droppe, vissa optimerade sätt användas, såsom att öka förångningsområdet för målet, stärka kylaffekten hos målet eller konstruera ny ljuskälla som kan hämma droppar producerar.