Rivestimento TiCN basato sulla placcatura ionica dell'arco a vuoto

Metodi di preparazione del rivestimento TiCN

Dal 1985, dopo la prima ricerca pubblicata da Knotke sulla tecnologia di rivestimento TiCN, People ha espresso grande interesse per la sua eccellente resistenza all'ossidazione alle alte temperature e le buone prestazioni applicative, e finora ha sviluppato una varietà di tecnologia di deposizione fisica fisica. Al momento, ci sono tre metodi di preparazione del rivestimento TiCN, che sono il metodo di placcatura con ioni magnetron sputtering, il metodo sputtering a radiofrequenza e il metodo di placcatura ionica multi-arco, in cui il metodo di placcatura ionica del magnetron sputter e il metodo di placcatura ionica multi-arco sono più ampiamente usato e a basso costo.

Magnetron sputter ion plating.

La tecnica di sputtering del magnetron è stata sviluppata nei primi anni '70, come l'approfondimento della tecnologia e della ricerca, è stata ampiamente utilizzata nel campo dell'industrializzazione di film elettrici, ottici ed energetici, industriali meccanici ecc. E diventa una delle preparazioni più utilizzate di TiCN metodi cinematografici. Nel processo di rivestimento, gli ioni Ti vengono generati utilizzando gli ioni Ar generati dalla scarica a bagliore del gas Ar per bombardare il bersaglio Ti, e mediante l'accelerazione elettrostatica al pezzo da lavorare e quindi il film di deposizione. Questo metodo ha un alto tasso di deposizione, uno spessore uniforme del film e la placcatura ionica può migliorare la capacità di combinazione del rivestimento e dell'interfaccia del substrato e rendere densa l'organizzazione del film. Allo stesso tempo, gli obiettivi suscettibili all'inquinamento e il basso tasso di deposizione nel processo di rivestimento sono la principale debolezza. È stato scoperto che quando la pressione parziale di carbonio e azoto aumenta, la velocità di deposizione rallenta.

Placcatura ionica multi-arco.

La placcatura ionica a più arcate appartiene a un metodo di placcatura ionica migliorato, sviluppato inizialmente dai sovietici, nei primi anni '80, prima pratica del Multi-Arc statunitense. Il principio base è quello di prendere la sorgente bersaglio di metallo come catodo, scaricando per arco tra il guscio dell'anodo e rendendo l'evaporazione e la ionizzazione bersaglio, formando il plasma spaziale e quindi depositando il rivestimento sul pezzo da lavorare. Rispetto alle altre tecnologie a membrana, il vantaggio è che il catodo produce direttamente plasma e il bersaglio del catodo può essere disposto arbitrariamente, il che semplifica enormemente il dispositivo di campionamento. Inoltre, l'energia delle particelle incidente ad arco multiplo è elevata, la velocità di ionizzazione può raggiungere il 60% ~ 80%, la densità della membrana è elevata, la resistenza e la durabilità sono buone, l'interfaccia del film e della matrice è facile da produrre diffusione atomica e l'adesione del film è buona.

La tecnica di placcatura con ioni di arco sotto vuoto utilizza il campo elettromagnetico al plasma per filtrare, in grado di ridurre o eliminare efficacemente le particelle più grandi. Rispetto al convenzionale rivestimento di rivestimento di ioni d'arco, la macro-particella di rivestimento ad arco filtrato ad arco non è impurità, struttura omogenea e densa e in grado di soddisfare i requisiti dell'ottica, pellicola di microelettronica. Vi sono anche alcuni svantaggi per la sorgente di arco filtrato, ovvero il diametro del raggio è piccolo, in genere inferiore a 200 nm e difficile da formare un array di sorgenti multi-arco, rendendo impossibile la produzione in serie di una grande area e la trasmissione l'efficienza non è elevata, la massima efficienza di trasmissione della struttura di piega circa il 30% circa, la corrente di ioni dal 2% al 3% della corrente d'arco.

Influenza del flusso di gas sulla struttura del rivestimento

Il cambiamento della pressione parziale N2 (flusso) causerà la densità dello ione di azoto sputtering e la variazione di energia, influenzando la combinazione con l'atomo di metallo, rendendo il cambiamento di orientamento di crescita preferito, influenzando così le prestazioni del rivestimento. I ricercatori hanno scoperto che sotto la condizione di pressione totale 0.8Pa e flusso di Ar 20sccm, quando il flusso di azoto è inferiore a 6sccm l'orientamento preferito è (111), quando il flusso di azoto è maggiore di 6sccm, (111) l'intensità di picco diminuisce e (200 ) l'intensità del picco aumenta, principalmente perché nella struttura di fcc-TiCN, (111) l'energia superficiale piana è bassa, sotto bassi flussi di atomi di azoto si passa al piano (111), con l'aumento del flusso di azoto, il tasso di migrazione atomica diminuisce, ma (200) la superficie cristallina con un'elevata energia superficiale ha un'alta densità di gradini e la distanza di diffusione dai punti della griglia a bassa energia è breve, a vantaggio della crescita preferenziale del cristallo lungo la superficie del cristallo (200). I ricercatori hanno scoperto che quando il flusso di azoto è 1sccm, i campioni ottenuti sono struttura amorfa, quando il flusso di azoto è più di 2sccm, c'è una struttura colonnare nel film, confine di grano esistente, quando il flusso di azoto aumenta a 6sccm, il film diventa denso, e rispettivamente preferisce la microstruttura dell'isotropia e il raffinamento del grano, principalmente come l'aumento del flusso di azoto, la velocità di migrazione atomica è ridotta, la superficie della membrana cambia nel potenziale chimico locale. I ricercatori hanno scoperto che con l'aumento del flusso di azoto, il grano raccolto nel film è inferiore, la superficie diventa densa e liscia, la rugosità diminuisce gradualmente fino a quando costante.

Ora la fonte di carbonio utilizzata dalla preparazione dei ricercatori del TiCN è principalmente il gas C ₂ H ₂ o CH ₄ , perché TiN e TiC sono la struttura cubica centrata sul viso di tipo NaCl, il raggio dell'atomo N e dell'atomo C è molto vicino, N è 0,071 nm, C è 0,077 nm, i due possono essere sostituiti reciprocamente per formare un materiale monofase TiC (N) o TiN (C). In determinate condizioni, potrebbe esserci una struttura a due fasi. Nello spettro di diffrazione XRD i picchi di questi sono molto vicini, e anche alcuni si sovrappongono, risultando nella complessità dell'analisi di fase, quindi è comunemente scritto come TiCxN1-x.

Fattori di influenza delle prestazioni del rivestimento TiCN

Temperatura

La qualità del rivestimento TiCN è influenzata principalmente dai fattori di processo come composizione, temperatura e atmosfera. La diversa temperatura della matrice causerà la dimensione del grano, la forma e la struttura del rivestimento completamente differenti. La temperatura di deposizione troppo alta e la velocità di deposizione troppo veloce causeranno una ramificazione spessa del cristallo rivestito, influenzando la qualità del rivestimento; la temperatura di deposizione è troppo bassa, tende a formare sedimenti porosi e sciolti, che influenzano la forza di legame del rivestimento e della matrice. Pertanto, una ragionevole scelta di temperatura è una condizione necessaria per ottenere un rivestimento di alta qualità. Mc.Cormell ecc. Ha depositato il rivestimento TiCN su acciaio inossidabile con metodo PVD, incluso il fatto che la sua durezza, la forza di adesione e il coefficiente di attrito non cambieranno quando la temperatura è inferiore a 250 ℃. Dopo il trattamento termico a 450 ℃ per i campioni, il coefficiente di attrito del rivestimento TiCN è 0,2 prima di 250 ℃ e fino a 0,3 a 250 ℃, ma ancora inferiore al coefficiente di attrito di TiN, è perché nel rivestimento TiCN C ha svolto un ruolo lubrificante. Gli studi dimostrano che quando la temperatura è inferiore a 200 ° C, il coefficiente di attrito e il tasso di usura del rivestimento TiCN aumenta all'aumentare della temperatura.

Bias pulsato

L'esistenza della polarizzazione pulsata svolge un ruolo molto importante per ridurre la goccia e migliorare la qualità del rivestimento. La polarizzazione negativa che attrae un pezzo di lavoro a carica positiva può far sì che gli ioni di titanio vicino al bersaglio del catodo acceleri la mosca, aumenti la possibilità di collisione con l'azoto nel plasma e nella gocciolina e allo stesso tempo aumenti la forza di legame del titanio e dell'azoto. Se si mantiene costante la pressione del vuoto, il flusso di azoto aumenta con l'aumentare della polarizzazione negativa, ma il contenuto di azoto nel film diminuisce con l'aumentare del bias negativo. Questo è principalmente l'abilità di legame Ti-Ti è più forte di Ti-N, e con l'aumento del bias negativo, la capacità di re-sputtering del titanio più forte dell'azoto. Inoltre, con l'aumentare della polarizzazione, le particelle di plasma fanno volare le particelle di energia verso il cambiamento della matrice, influenzando la struttura organizzativa del film.

Corrente d'arco

Considerato dal punto di vista dell'applicazione della produzione industriale, l'aumento della corrente d'arco può migliorare la produttività e la durezza del film e la resistenza all'usura. Aumentare la corrente d'arco, significa che la temperatura generale obiettivo aumenta, le goccioline corrispondenti aumenteranno e anche le dimensioni delle goccioline aumenteranno.

L'aumento delle goccioline e delle dimensioni delle gocce porterà inevitabilmente al declino della resistenza alla corrosione del film, in particolare goccioline di grande diametro, con circa 1/3 sepolto nel film in direzione dell'altezza e i piccoli fori irregolari nella parte inferiore. Quando incontrano sostanze corrosive come acido e alcali ecc., Questi fori prima corrompono e formano fori a forma di ago, quindi la loro esistenza è il motivo principale per cui la resistenza alla corrosione del rivestimento si riduce. Pertanto, nell'applicazione pratica, per il coordinamento della contraddizione tra l'aumento della corrente d'arco e della gocciolina, è possibile utilizzare alcuni modi ottimizzati, come aumentare l'area di evaporazione del bersaglio, rafforzare l'effetto di raffreddamento dell'obiettivo o progettare una nuova sorgente d'arco che possa inibire la produzione di goccioline.