Vengono analizzate la sorgente di arco con placcatura ionica assistita da campo magnetico e le sue caratteristiche di scarica

Vengono analizzate la sorgente di arco con placcatura ionica assistita da campo magnetico e le sue caratteristiche di scarica

Vengono analizzati la struttura, il principio di funzionamento, il movimento del punto dell'arco e le caratteristiche di scarica di diverse fonti di placcatura ionica ad arco controllato da campo magnetico. Vengono confrontati la struttura target e la configurazione del campo magnetico di diverse sorgenti ad arco controllato assistito da campo magnetico. Si prospetta lo sviluppo di una sorgente di arco con placcatura ionica controllata dal campo magnetico .

Il miglioramento della qualità di lavorazione e della vita utile di utensili e stampi è un argomento che le persone esplorano sempre. La tecnologia di placcatura ionica ad arco è una sorta di tecnologia di modifica della superficie dei materiali dello stampo, che presenta i vantaggi di un alto tasso di ionizzazione, deposizione a bassa temperatura, buona qualità del film e velocità di deposizione rapida, ecc., Che non sono disponibili in altri metodi di rivestimento. Tuttavia, l'esistenza di grandi particelle causate dalla scarica dell'arco limita l'ulteriore applicazione della tecnologia di rivestimento degli stampi, che è diventata l'argomento principale dello sviluppo della tecnologia di placcatura con ioni ad arco.

La sorgente ad arco per placcatura ionica è la fonte di scarica del plasma ad arco ed è il componente chiave della tecnologia di placcatura ionica. La sorgente di arco utilizzata nella placcatura ionica dell'arco è la sorgente di arco catodico freddo, il comportamento dell'arco in questa sorgente di arco è controllato da molti punti catodici a movimento rapido e altamente luminosi sulla superficie del catodo. Nel processo di sviluppo e perfezionamento della tecnologia di placcatura ionica ad arco, il controllo efficace del movimento del punto del catodo ad arco è molto importante, perché determina la stabilità della scarica dell'arco, l'utilizzazione efficace del bersaglio del catodo, la rimozione di particelle di grandi dimensioni, il miglioramento della qualità del film e molti altri problemi chiave. In patria e all'estero, la ricerca si concentra principalmente sulla progettazione della sorgente di arco del controllo del campo magnetico. A causa delle caratteristiche fisiche dell'arco del vuoto, il campo elettromagnetico applicato è un metodo efficace per controllare il movimento dei punti dell'arco. Al momento, tutti i progetti di campi magnetici prendono in considerazione la formazione di determinate configurazioni di campi magnetici sulla superficie del bersaglio, utilizzano la regola dell'angolo acuto per limitare il percorso di movimento dei punti dell'arco e usano la componente trasversale per migliorare la velocità di movimento dei punti dell'arco.

Il disegno ideale del campo magnetico si incarna come segue: da un lato, allargare il più possibile l'area e l'intensità del componente trasversale del campo magnetico; d'altra parte, controlla e limita il movimento dei punti dell'arco nella massima misura. A causa della lunga durata del film di placcatura degli utensili, le prestazioni del film richiedono elevate, l'applicazione industriale della sorgente di arco per placcatura ionica dovrebbe avere le seguenti caratteristiche: (1) scarica stabile, non spesso fuori arco; (2) i vincoli di movimento del punto dell'arco sono ragionevoli, non eseguono l'arco; (3) alto tasso di utilizzo del materiale target; (4) spot ad arco squisito, piccola densità di potenza di scarica, piccole particelle; (5) la densità e la velocità di ionizzazione del plasma sono elevate e il flusso di plasma trasportato sul pezzo è sufficiente.

Alla luce degli attuali popolari strumenti utilizzati nel rivestimento della sorgente ausiliaria di placcatura ionica ad arco, in questo documento, l'analisi comparativa della diversa struttura target della sorgente ad arco controllata da campo magnetico ausiliario, la configurazione del campo magnetico e il meccanismo di generazione, hanno discusso della diversa configurazione del campo magnetico del movimento del punto dell'arco, viene discusso l'effetto della scarica e i vantaggi e gli svantaggi del processo di rivestimento risultante, ecc., per controllare il campo magnetico dello sviluppo della sorgente di arco di placcatura ionica dell'arco elettrico.

1. Sorgente circolare ad arco piccolo

La sorgente ad arco per placcatura ionica che viene utilizzata per la prima volta nella placcatura di utensili è una tipica sorgente ad arco piccolo introdotta dalla Russia, che presenta i vantaggi di una struttura semplice, un'installazione conveniente, una combinazione di obiettivi con diversi componenti in qualsiasi posizione, facile da realizzare preparazione del rivestimento multistrato e così via. L'obiettivo della sorgente di arco è generalmente di circa 60 ~ 160 mm di diametro e 20 ~ 40 mm di spessore. Rispetto ad altre fonti di arco catodico, la dimensione è molto più piccola, quindi viene generalmente chiamata piccola sorgente di arco. Le sorgenti ad arco piccolo di solito adottano la modalità di accensione ad arco meccanico elettromagnetico o pneumatico. Durante il funzionamento, l'ago dell'arco viene tirato indietro per contattare il materiale target del catodo per l'accensione dell'arco e il circuito dell'ago di accensione dell'arco viene interrotto dopo aver innescato l'accensione dell'arco e la scarica dell'arco viene mantenuta dalla fonte di alimentazione dell'arco.

Il campo magnetico di controllo della sorgente dell'arco di solito proviene dal magnete permanente posto dietro il bersaglio. I magneti possono essere di forma cilindrica, circolare o cilindrica. L'uso del campo magnetico generato dal magnete permanente sulla superficie del bersaglio può limitare il movimento del punto dell'arco, migliorare la stabilità di scarica ed evitare il funzionamento dell'arco. L'intensità del campo magnetico target è generalmente 1 ~ 5 mT per mantenere una scarica costante della sorgente ad arco ridotto. Con l'avanzamento del magnete permanente, l'intensità del campo elettromagnetico davanti al bersaglio aumenta, generando forza motrice radiale e forza circonferenziale sull'elettrone, in modo che il punto dell'arco ruoti circonferenzialmente sulla superficie e radialmente verso l'esterno dal centro del cerchio. L'aumento dell'intensità del campo magnetico può aumentare la velocità e il raggio del movimento del punto dell'arco, come mostrato in FIG. 1 (a). Tuttavia, il magnete permanente installato dietro il tradizionale target di sorgente ad arco piccolo viene solitamente immerso in acqua di raffreddamento, che è facile da smagnetizzare dopo un lungo ammollo e il magnete deve essere costantemente sostituito. Inoltre, l'intensità del campo magnetico non è facile da regolare, quindi l'intensità del campo magnetico del bersaglio può essere regolata solo spostando il magnete permanente dietro il bersaglio avanti e indietro.

Al momento, molte aziende hanno migliorato la sorgente di arco, principalmente includendo: l'adozione del canale di raffreddamento ad acqua indiretto, il posizionamento di magneti permanenti fuori dal canale di raffreddamento ad acqua, evitando la smagnificazione e fornendo un più ampio spazio di progettazione del campo magnetico, che è favorevole alla progettazione di magneti compositi campo di campo magnetico permanente accoppiato elettromagneticamente e promuovendo lo sviluppo della sorgente ad arco di placcatura ionica, come mostrato nella figura 1 (c). Ad esempio, balchas utilizza un bersaglio con un diametro di 160 mm, che è indirettamente raffreddato ad acqua. La parte posteriore del bersaglio offre una varietà di progetti di circuiti magnetici e ci sono varie configurazioni di campo magnetico corrispondenti per il controllo e il miglioramento della scarica del punto dell'arco. Un certo numero di aziende domestiche hanno gradualmente sviluppato il grande arco con un diametro di circa 150 mm, che generalmente adotta la struttura indiretta di raffreddamento ad acqua e la struttura del campo magnetico è anche una varietà di modalità, fornendo più soluzioni per l'uniformità del rivestimento, raffinando particelle di grandi dimensioni e deposizione di strati di film di grande spessore.

FIGURA. 1 migliorata struttura della sorgente ad arco piccolo e scarico del punto ad arco

2. Conclusione

Alla luce dell'attuale popolare sorgente di arco con placcatura ionica assistita da campo magnetico utilizzata nella placcatura degli utensili, sono state analizzate e confrontate la configurazione del campo catodico e del campo magnetico di diverse sorgenti di arco controllate assistite da campo magnetico e le influenze sul movimento del punto dell'arco, sul processo di scarica e rivestimento sono stati anche analizzati.

(1) la sorgente circolare ad arco piccolo presenta i vantaggi di una struttura semplice, un'installazione conveniente, una combinazione di materiali target con componenti diversi in qualsiasi posizione e una facile preparazione del rivestimento multicomponente. Il campo magnetico di controllo della sorgente circolare tradizionale ad arco piccolo proviene generalmente dal magnete permanente posto dietro il bersaglio. Allo stato attuale, lo sviluppo della sorgente ad arco circolare adotta un canale di raffreddamento ad acqua indiretto e una struttura di destinazione di grande diametro (150 mm) e la configurazione del campo magnetico è multimodale, fornendo più soluzioni per un rivestimento uniforme, particelle grandi e sottili e deposizione di grandi strato di film di spessore.

(2) La sorgente ad arco di grandi dimensioni a piano rettangolare e la sorgente ad arco cilindrico rotante possono migliorare l'uniformità del rivestimento, ridurre il potere di scarica del punto dell'arco e ridurre le particelle di grandi dimensioni, che possono essere utilizzate per preparare lo strato di pellicola fine, nonché la base di strumenti e decorazioni rivestimenti. Tuttavia, i suoi svantaggi sono che il bersaglio è singolo, difficile da preparare il rivestimento multiplo, allo stesso tempo, il tasso di utilizzo del bersaglio è basso, il design del campo magnetico ha alcune abilità, la struttura irragionevole è facile da causare l'arco corsa, l'instabilità di scarica e altri problemi , non favorevole al rivestimento degli utensili a lungo termine.

(3) La sorgente ad arco di magnetron meccanico rotante può formare una varietà di campi magnetici rotanti con velocità regolabile sulla superficie target, ma deve aggiungere un complicato meccanismo di controllo meccanico. La sorgente di arco a controllo magnetico rotante elettromagnetico sfrutta l'effetto globale dell'intensità del campo magnetico trasversale e della frequenza di rotazione per realizzare il forte stato di arco di dispersione distribuito su tutta la superficie del bersaglio sul materiale bersaglio catodico freddo, che è favorevole al riscaldamento uniforme dell'intero superficie target e la significativa riduzione della densità attuale.

(4) La sorgente ad arco di placcatura ionica assistita da campo magnetico ad accoppiamento alternato multimodale può formare un campo magnetico di accoppiamento ad arco dinamico utilizzando il campo magnetico divergente assiale simmetrico che punta verso il bordo del bersaglio e il campo magnetico guida di messa a fuoco che forma un angolo acuto a il centro del bersaglio, in modo da controllare il movimento dei punti dell'arco, migliorare lo stato di scarica dei punti dell'arco e ridurre l'emissione di particelle. La trasmissione stabile del plasma sotto la guida del campo magnetico focalizzato può migliorare la probabilità di collisione delle particelle, il tasso di ionizzazione e la densità ionica del plasma.

(5) La sorgente di arco con controllo magnetico magnetico rotante elettromagnetico e la sorgente di arco con placcatura ionica ad arco con innesto alternato multimodale sono due nuovi tipi di sorgente di arco con placcatura ad arco magnetico controllata da campo magnetico.