Revestimento de TiCN baseado no revestimento de íon de arco a vácuo

Métodos de preparação do revestimento TiCN

Desde 1985, depois de Knotke ter publicado a pesquisa sobre a tecnologia de revestimento TiCN, as pessoas expressaram grande interesse por sua excelente resistência à oxidação a altas temperaturas e bom desempenho da aplicação, e até agora desenvolveram uma variedade de tecnologia de deposição física de vapor. Atualmente, existem três métodos de preparação do revestimento de TiCN, que são o método de chapeamento de íons por pulverização de magnetron, o método de pulverização por radiofrequência e o método de chapeamento de iões de arco múltiplo, em que o método de chapeamento de iões por cromatografia de magnetron e o método de chapeamento de iões multi-arco são mais amplamente usado e de baixo custo.

Magnetron sputter ion chapeamento.

A técnica de pulverização de magnetron foi desenvolvida no início da década de 1970, como o aprofundamento da tecnologia e da pesquisa, tem sido amplamente utilizada no campo da industrialização de filmes elétricos, ópticos e energéticos, mecânica industrial etc. e se tornou uma das preparações mais utilizadas da TiCN Métodos cinematográficos. No processo de revestimento, os íons Ti são gerados usando os íons Ar gerados pela descarga do brilho do gás Ar para bombear o alvo Ti e, por aceleração eletrostática, voam para a peça de trabalho e, portanto, para a película de deposição. Este método tem alta taxa de deposição, espessura de filme de uniformidade e o chapeamento de íons pode melhorar a capacidade de combinação de revestimento e interface de substrato e tornar a organização de filmes densa. Ao mesmo tempo, os objetivos suscetíveis à poluição e a baixa taxa de deposição no processo de revestimento são a principal fraqueza. Verificou-se, quando a pressão parcial de carbono e nitrogênio aumenta, a taxa de deposição diminui.

Revestimento de iões multi-arco.

O chapeamento de iões de arco múltiplo pertence a um método de chapeamento de íons melhorado, desenvolvido pela primeira vez pelos soviéticos, no início da década de 1980, primeiro prático pelo US Multi-Arc. O princípio básico é tomar a fonte alvo de metal como o cátodo, descarregando por arco entre o invólucro de ânodo e fazendo a evaporação e ionização do alvo, formando plasma espacial e depois depositando o revestimento na peça de trabalho. Em comparação com outras tecnologias de membrana, a vantagem é que o cátodo produz plasma diretamente, e o alvo do cátodo pode ser arbitrariamente organizado, o que simplifica grandemente a fixação da amostra. Além disso, a energia das partículas incidentes multi-arco é alta, a taxa de ionização pode atingir 60% a 80%, a densidade da membrana é alta, a força ea durabilidade são boas, a interface do filme e da matriz é fácil de produzir difusão atômica e a adesão do filme é boa.

A técnica de galvanização por íon a vácuo usa o campo eletromagnético do plasma para filtrar, o que pode efetivamente reduzir ou eliminar partículas grandes. Em comparação com o revestimento convencional de revestimento por íons de arco, a macro-partícula de arco de arco filtrada tipo arco não possui impurezas, estrutura homogênea e densa e capaz de atender aos requisitos do filme de óptica e microeletrônica. Existem também algumas desvantagens para a fonte de arco filtrada, ou seja, o diâmetro do feixe é pequeno, geralmente inferior a 200 nm, e é difícil formar matriz de fonte de arco múltiplo, tornando a produção em massa de área grande não pode ser alcançada, e a transmissão a eficiência não é alta, a eficiência de transmissão máxima da estrutura de curvatura aproximadamente cerca de 30%, a corrente de íons é apenas 2% a 3% da corrente de arco.

Influência do fluxo de gás na estrutura do revestimento

A mudança da pressão parcial N ₂ (fluxo) causará a densidade do íon de nitrogênio e a mudança de energia, impactando a combinação com o átomo de metal, tornando a mudança de orientação de crescimento preferida, afetando assim o desempenho do revestimento. Reserachers descobriu que sob a condição de pressão total 0.8Pa e Ar fluxo de 20sccm, quando o fluxo de nitrogênio é inferior a 6sccm, a orientação preferida é (111), quando o fluxo de nitrogênio é maior que 6sccm, (111) a intensidade do pico diminui e (200 ) aumenta a intensidade do pico, principalmente porque na estrutura da fcc-TiCN, (111) a energia da superfície plana é baixa, sob baixo fluxo de nitrogênio, os átomos são migração para o plano (111), com o aumento do fluxo de nitrogênio, a taxa de migração atômica diminui, mas (200) superfície de cristal com alta energia de superfície tem alta densidade de passo, e a distância de difusão longe dos pontos de grade de baixa energia é curta, beneficia o crescimento preferencial de cristal ao longo da (200) superfície de cristal. Reserachers descobriram que, quando o fluxo de nitrogênio é de 1cm, as amostras obtidas são estrutura amorfa, quando o fluxo de nitrogênio é superior a 2sccm, existe estrutura colunar no filme, limite de grão existente, quando o fluxo de nitrogênio aumenta para 6sccm, o filme torna-se denso e respectivamente, prefere a microestrutura do isotrópico e o refinamento de grãos, principalmente como o aumento do fluxo de nitrogênio, a taxa de migração atômica é reduzida, a superfície da membrana muda no potencial químico local. Os pesquisadores descobriram que com o aumento do fluxo de nitrogênio, o grão reunido no filme é menor, a superfície fica densa e suave, a rugosidade diminui gradualmente até ficar constante.

Agora, a fonte de carbono utilizada pela preparação dos pesquisadores de TiCN é o gás C ₂ H ₂ ou CH ₄ principalmente, porque TiN e TiC são estrutura cúbica centrada no rosto NaCl, o raio do átomo de N e do átomo de C está muito próximo, N é 0.071nm, C é 0.077nm, os dois podem ser mutuamente substituídos para formar um material monofásico TiC (N) ou de TiN (C). Sob certas condições, pode haver uma estrutura de duas fases. No espectro de difracção XRD, os picos são muito próximos, e mesmo alguns se sobrepõem, resultando na complexidade da análise de fase, de modo que geralmente é escrito como TiCxN1-x.

Fatores de influência do desempenho do revestimento TiCN

Temperatura

A qualidade do revestimento de TiCN é principalmente afetada pelos fatores de processo como composição, temperatura e atmosfera. A temperatura da matriz diferente fará com que o tamanho, a forma e a estrutura do grão do revestimento sejam completamente diferentes. A temperatura de deposição é muito alta e a taxa de deposição muito rápida fará com que o espelho de cristal revestido seja ramificado, afetando a qualidade do revestimento; a temperatura de deposição é muito baixa, tende a formar sedimentos porosos e soltos, afetando a força de ligação do revestimento e da matriz. Portanto, uma escolha razoável de temperatura é uma condição necessária para obter revestimento de alta qualidade. Mc.Cormell etc. depositou o revestimento TiCN em aço inoxidável com método PVD, incluindo a sua dureza, força de união e coeficiente de atrito não serão alterados quando a temperatura for inferior a 250 ℃. Após o tratamento térmico de 450 ℃ para amostras, o coeficiente de fricção do revestimento TiCN é 0,2 antes de 250 ℃ e até 0,3 a 250 ℃, mas ainda menor do que o coeficiente de atrito do TiN, é porque no revestimento TiCN o C desempenhou um papel lubrificante. Estudos mostram que quando a temperatura é inferior a 200 ° C, o coeficiente de fricção e a taxa de desgaste do revestimento TiCN aumentam com o aumento da temperatura.

Polarização pulsada

A existência de viés pulsado desempenha um papel muito importante para reduzir a gotícula e melhorar a qualidade do revestimento. A tentativa de polarização negativa que atrai uma peça de trabalho de sputter de carga positiva pode fazer com que os íons de titânio perto do alvo do cátodo acelerem a mosca, aumentam a chance de colisão com nitrogênio no plasma e gotículas e, ao mesmo tempo, aumentam a força de ligação do titânio e do nitrogênio. Se manter a pressão de vácuo constante, o fluxo de nitrogênio aumenta com o aumento do viés negativo, mas o conteúdo de nitrogênio no filme diminui com o aumento do viés negativo. Esta é principalmente a capacidade de ligação Ti-Ti é mais forte do que o Ti-N, e com o aumento do viés negativo, a capacidade de re-pulverização do titânio mais forte do que o nitrogênio. Além disso, com o aumento do viés, as partículas de plasma tornam as partículas de energia voarem para a mudança da matriz, afetando a estrutura organizacional do filme.

Arco atual

Considerado da perspectiva da aplicação de produção industrial, o aumento da corrente de arco pode melhorar a produtividade e dureza do filme e resistência ao desgaste. Aumentar a corrente do arco, significa que a temperatura geral do alvo aumenta, as gotículas correspondentes aumentarão e o tamanho das gotículas também aumentará.

O aumento das gotículas e do tamanho das gotículas conduzirá inevitavelmente ao declínio da resistência à corrosão do filme, especialmente gotículas de grande diâmetro, com cerca de 1/3 enterrado no filme em direção à altura e os pequenos orifícios irregulares na parte inferior. Quando encontrar substâncias corrosivas como ácido e álcali, etc., esses buracos primeiro corrompem e formam furos em forma de agulha, portanto, sua existência é o principal motivo de redução da resistência à corrosão do revestimento. Portanto, na aplicação prática, para a coordenação da contradição entre o aumento da corrente de arco e a gota, podem ser utilizadas algumas formas otimizadas, de modo a aumentar a área de evaporação do alvo, fortalecer o efeito de resfriamento do alvo ou projetar uma nova fonte de arco que pode inibem as gotículas produzidas.