August 10, 2018
Odkładanie łuku katodowego lub Arc-PVD jest techniką fizycznego osadzania z fazy gazowej , w której łuk elektryczny jest używany do odparowania materiału z tarczy katodowej . Odparowany materiał następnie skrapla się na podłożu, tworząc cienki film . Technika ta może być stosowana do nakładania folii metalicznych , ceramicznych i kompozytowych .
Proces deponowania łuku katodowego:
Proces parowania łuku rozpoczyna się od uderzenia łuku o wysokim natężeniu i niskim napięciu na powierzchni katody (znanej jako cel), która powoduje powstanie niewielkiego (zwykle o szerokości kilku mikrometrów ) wysokoenergetycznego obszaru emitującego, znanego jako katoda miejsce. Umiejscowiona temperatura na punkcie katodowym jest wyjątkowo wysoka (około 15000 ° C), co skutkuje wysokim strumieniem prędkości (10 km / s) materiału z katodowej pary, pozostawiając krater za sobą na powierzchni katody. Plamka katodowa jest aktywna tylko przez krótki okres czasu, po czym gaśnie samoczynnie i ponownie się zapala w nowym obszarze w pobliżu poprzedniego krateru. Takie zachowanie powoduje pozorny ruch łuku.
Ponieważ łuk jest w zasadzie prądowym przewodnikiem nośnym, można na niego wpływać przez zastosowanie pola elektromagnetycznego , które w praktyce jest wykorzystywane do szybkiego przemieszczania łuku po całej powierzchni celu, tak że całkowita powierzchnia ulega erozji w czasie.
Łuk ma wyjątkowo dużą gęstość mocy, co powoduje wysoki poziom jonizacji (30-100%), wiele naładowanych jonów , neutralne cząstki, skupiska i makrocząsteczki (kropelki). Jeżeli podczas procesu parowania zostanie wprowadzony reaktywny gaz, może wystąpić dysocjacja , jonizacja i wzbudzenie podczas interakcji z strumieniem jonów, a folia złożona zostanie odłożona.
Jedną z wad procesu odparowywania łuku jest to, że jeśli punkt katodowy pozostaje zbyt długo w punkcie parowania, może wyrzucać dużą ilość makrocząsteczek lub kropelek. Te kropelki są szkodliwe dla działania powłoki, ponieważ są słabo przylegające i mogą rozciągać się przez powłokę. Co gorsza, jeśli materiał docelowy katody ma niską temperaturę topnienia, taką jak aluminium, plamka katodowa może odparować przez cel, co powoduje, że docelowy materiał płyty podkładowej jest odparowywany lub woda chłodząca dostaje się do komory. Dlatego też wspomniane wcześniej pola magnetyczne służą do sterowania ruchem łuku. Jeżeli stosuje się cylindryczne katody, katody można również obracać podczas osadzania. Nie pozwalając, aby plama katody pozostała w jednej pozycji, można stosować zbyt długie aluminiowe cele, a liczba kropel jest zmniejszona. Niektóre firmy używają również filtrowanych łuków, które wykorzystują pola magnetyczne do oddzielania kropel od strumienia powłoki.
Aplikacja odkładania łuku katodowego:
Odkładanie łuku katodowego jest aktywnie wykorzystywane do syntezy ekstremalnie twardego filmu, aby chronić powierzchnię narzędzi skrawających i wydłużyć ich żywotność. Szeroka gama cienkich powłok twardych, powłok Superhard i powłok nanokompozytowych może być syntetyzowana za pomocą tej technologii, w tym TiN , TiAlN , CrN , ZrN , AlCrTiN i TiAlSiN .
Jest to również dość szeroko stosowane, zwłaszcza w przypadku osadzania jonów węgla, w celu wytworzenia warstw podobnych do diamentu . Ponieważ jony są wydmuchiwane z powierzchni balistycznej , powszechne jest wyrzucanie nie tylko pojedynczych atomów, ale większych skupisk atomów. Tak więc tego rodzaju system wymaga filtra do usunięcia skupień atomowych z belki przed osadzeniem. Folia DLC z łuku filtrowanego zawiera wyjątkowo wysoki procent diamentu sp3, który jest znany jako amorficzny węgiel tetraedryczny lub ta-C .
Filtrowany katodowy łuk może być użyty jako źródło jonów metalu / plazmy do implantacji jonów i implantacji i osadzania jonów plazmowych (PIII i D).
Okrągłe katodowe katody łukowe i cylindryczna katoda łukowa są szeroko stosowane do różnych powłok dekoracyjnych PVD.
Projekt powlekania próżniowego Multi Arc:
Źródło łuku katodowego typu Sablev, które jest najczęściej stosowane na Zachodzie, składa się z krótkiego, cylindrycznego kształtu, przewodzącego elektrycznie tarczy na katodzie z jednym otwartym końcem. Cel ten ma elektrycznie pływający metalowy pierścień otoczony działającą jako pierścień do uwięzienia łuku (tarcza Strel'nitskij). Anodą dla systemu może być ściana komory próżniowej lub dyskretna anoda. Punkty łuku są generowane przez mechaniczne wyzwalanie (lub zapalnik) uderzające w otwarty koniec celu, powodujące chwilowe zwarcie między katodą i anodą. Po wygenerowaniu punktów łuku mogą być sterowane przez pole magnetyczne lub poruszać się losowo w nieobecności pola magnetycznego.
Aksenov Ćwierć-torusowy filtr makrocząsteczkowy wykorzystujący zasady optyczne plazmy opracowany przez AI Morozowa
Promień plazmy ze źródła katodowego zawiera kilka większych skupisk atomów lub cząsteczek (tzw. Makro-cząstek), które uniemożliwiają ich użyteczność w niektórych zastosowaniach bez pewnego rodzaju filtrowania. Istnieje wiele projektów filtrów makrocząsteczkowych, a najbardziej przebadany projekt oparty jest na pracy autorstwa II Aksenova i in. w latach 70. Składa się z przewodu ćwiartkowego torusa wygiętego pod kątem 90 stopni od źródła łuku, a plazmę wyprowadza się z kanału za pomocą optyki plazmowej.
Istnieją również inne interesujące projekty, takie jak projekt, który zawiera prosty filtr kanałowy wbudowany w ściętą stożkową katodę, jak donosi DA Karpov w latach 90-tych. Projekt ten stał się dość popularny zarówno wśród cienkich lakierni twardych jak i badaczy w Rosji i krajach byłego ZSRR do tej pory. Źródło łuku katodowego można przekształcić w długi kształt rurowy (wydłużony łuk) lub długi prostokątny, ale oba projekty są mniej popularne.
Proszę skonsultować się z Royal Technology na żądanie i aplikacje. Nasz zespół ma zaszczyt służyć Ci swoją pasją i techniką.
