Проанализированы источник дуги ионного осаждения в магнитном поле и его разрядные характеристики

Проанализированы источник дуги ионного осаждения в магнитном поле и его разрядные характеристики

Анализируются структура, принцип работы, движение пятна дуги и характеристики разряда нескольких источников ионного покрытия, контролируемых магнитным полем. Сравнение структуры мишени и конфигурации магнитного поля различных источников управляемой дуги с магнитным полем. Предполагается разработка дугового ионно-гальванического источника, управляемого магнитным полем .

Повышение качества обработки и срока службы инструментов и пресс-форм - это тема, которую люди всегда изучают. Технология дугового ионного осаждения представляет собой разновидность технологии модификации поверхности матриц, которая обладает преимуществами высокой скорости ионизации, низкотемпературного осаждения, хорошего качества пленки и высокой скорости осаждения и т. Д., Которые недоступны в других способах нанесения покрытия. Тем не менее, наличие крупных частиц, вызванных дуговым разрядом, ограничивает дальнейшее применение технологии нанесения покрытия из матрицы, что стало основной темой развития технологии дугового ионного покрытия.

Источник ионно-дугового разряда является источником плазменного разряда и является ключевым компонентом технологии ионного осаждения. Источником дуги, используемым в ионном осаждении дуги, является источник дуги с холодным катодом, поведение дуги в этом источнике дуги контролируется многими быстро движущимися и очень яркими катодными пятнами на поверхности катода. В процессе разработки и совершенствования технологии дугового ионного покрытия очень важен эффективный контроль движения пятна дугового катода, поскольку он определяет стабильность дугового разряда, эффективное использование катодной мишени, удаление крупных частиц, улучшение качества пленки и многое другое. ключевые проблемы. В стране и за рубежом основное внимание в исследованиях уделяется конструкции источника дуги для контроля магнитного поля. Благодаря физическим характеристикам вакуумной дуги, приложенное электромагнитное поле является эффективным методом управления движением дуговых пятен. В настоящее время все конструкции магнитного поля учитывают формирование определенной конфигурации магнитного поля на поверхности мишени, используют правило острого угла для ограничения траектории движения дуговых пятен и используют поперечный компонент для улучшения скорости движения дуговых пятен.

Идеальная конструкция магнитного поля воплощается следующим образом: с одной стороны, максимально увеличьте площадь и интенсивность поперечной составляющей магнитного поля; с другой стороны, в наибольшей степени контролируйте и ограничивайте движение дуговых пятен. Ввиду большой продолжительности нанесения покрытия на инструмент, производительность пленки требует высоких показателей, промышленное применение источника дуги ионного осаждения должно иметь следующие характеристики: (1) стабильный разряд, нередко выходящий из дуги; (2) ограничения движения пятна дуги являются разумными, не запускайте дугу; (3) высокий коэффициент использования целевого материала; (4) изысканное пятно дуги, малая плотность мощности разряда, мелкие частицы; (5) плотность плазмы и скорость ионизации высоки, и поток плазмы, транспортируемый к заготовке, является достаточным.

Ввиду того, что в настоящее время популярно несколько инструментов, используемых в области покрытия вспомогательного источника дугового ионного покрытия, в данной статье в сравнительном анализе различной целевой структуры источника дуги, контролируемой вспомогательным магнитным полем, конфигурации магнитного поля и механизма генерации, обсуждались различные конфигурации. магнитного поля движения пятна дуги, влияния разряда и преимуществ и недостатков получающегося в результате процесса нанесения покрытия и т. д. для управления магнитным полем развития электродугового источника ионно-дугового покрытия.

1. Круглый маленький источник дуги

Источник дуги ионного осаждения, который впервые используется при гальваническом инструменте, представляет собой типичный источник малой дуги, представленный в России, который обладает преимуществами простой конструкции, удобной установки, сочетания мишеней с различными компонентами в любом месте, простой в реализации подготовки многослойного покрытия. и так далее. Цель источника дуги обычно имеет диаметр около 60-160 мм и толщину 20-40 мм. По сравнению с другими источниками катодной дуги размер намного меньше, поэтому его обычно называют источником небольшой дуги. Небольшие источники дуги обычно используют электромагнитный или пневматический режим зажигания дуги. При работе дуговая игла отводится назад для контакта с материалом катодной мишени для зажигания дуги, а цепь иглы дугового зажигания отключается после запуска дугового зажигания, и дуговой разряд поддерживается источником питания дуги.

Управляющее магнитное поле источника дуги обычно исходит от постоянного магнита, расположенного за мишенью. Магниты могут быть цилиндрической, круглой или кольцево-цилиндрической формы. Использование магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом на поверхности мишени, может ограничить движение пятна дуги, улучшить стабильность разряда и избежать работы дуги. Целевая напряженность магнитного поля обычно составляет 1 ~ 5 мТл, чтобы поддерживать устойчивый разряд маленького дугового источника. С продвижением постоянного магнита интенсивность электромагнитного поля перед мишенью увеличивается, создавая радиальную движущую силу и окружную силу на электроне, так что пятно дуги вращается по окружности на поверхности и радиально наружу от центра круга. Увеличение напряженности магнитного поля может увеличить скорость и радиус движения пятна дуги, как показано на фиг. 1 (а). Однако постоянный магнит, установленный за традиционной мишенью источника небольшой дуги, обычно пропитывается охлаждающей водой, которую легко размагничивать после длительного замачивания, и магнит необходимо постоянно заменять. Кроме того, напряженность магнитного поля нелегко регулировать, поэтому напряженность магнитного поля цели можно регулировать только путем перемещения постоянного магнита за целью вперед-назад.

В настоящее время многие компании улучшили источник дуги, в основном, в том числе: применив канал непрямого водяного охлаждения, разместив постоянный магнит за пределами канала водяного охлаждения, избегая размагничивания и предоставив пространство для проектирования большего магнитного поля, что способствует разработке композитного магнитного поля. поле электромагнитного сопряженного постоянного магнитного поля, и способствующее развитию дуги ионного осаждения, как показано на рисунке 1 (с). Например, балхас использует мишень диаметром 160 мм, которая косвенно охлаждается водой. Задняя часть мишени обеспечивает различные конструкции магнитных цепей, а также различные конфигурации магнитного поля для контроля и улучшения точечного разряда дуги. Ряд отечественных компаний постепенно разработали большую дугу диаметром около 150 мм, которая обычно принимает непрямую структуру водяного охлаждения, а структура магнитного поля также представляет собой множество режимов, обеспечивающих больше решений для однородности покрытия, измельчения крупных частиц. и нанесение слоя пленки большой толщины.

ИНЖИР. 1 улучшенная структура источника небольшой дуги и точечный разряд

2. Вывод

Принимая во внимание популярные в настоящее время источники дуговой ионизации с магнитным полем, используемые при гальванизации инструмента, были проанализированы и сравнены конфигурация катода и магнитного поля различных источников управляемой дуги с магнитным полем, а также влияние на движение пятна дуги, разряд и процесс покрытия. были также проанализированы.

(1) источник круглой малой дуги обладает преимуществами простой структуры, удобной установки, сочетания целевого материала с различными компонентами в любом месте и легкой подготовки многокомпонентного покрытия. Управляющее магнитное поле традиционного круглого источника с малой дугой обычно исходит от постоянного магнита, расположенного за мишенью. В настоящее время при разработке источника круговой дуги используются канал непрямого водяного охлаждения и целевая структура с большим диаметром (150 мм), а конфигурация магнитного поля является многомодовой, что обеспечивает больше решений для равномерного покрытия, мелких крупных частиц и осаждения крупных частиц. Толщина пленочного слоя.

(2) Источник большой дуги прямоугольной плоскости и вращающийся цилиндрический источник дуги могут улучшить равномерность покрытия, снизить мощность разряда пятна дуги и уменьшить крупные частицы, которые можно использовать для подготовки тонкого пленочного слоя, а также основы инструментов и декоративных элементов. покрытия. Однако его недостатки заключаются в том, что мишень является одиночной, трудно готовить несколько покрытий, в то же время, коэффициент использования мишени низок, конструкция магнитного поля обладает определенными навыками, неразумная структура легко вызывает работу дуги, нестабильность разряда и другие проблемы. , не способствует долговременному нанесению покрытия на инструмент.

(3) Механический вращающийся источник магнетронной дуги может формировать множество вращающихся магнитных полей с регулируемой скоростью на поверхности мишени, но для этого необходимо добавить сложный механизм механического управления. Электромагнитный вращающийся источник дуги с магнитным управлением использует всесторонний эффект напряженности поперечного магнитного поля и частоты вращения для реализации состояния сильной дисперсионной дуги, распределенного по всей поверхности мишени на материале мишени с холодным катодом, что способствует равномерному нагреву всего поверхность мишени и значительное снижение плотности тока.

(4) Многорежимный источник дугового ионного осаждения с поддержкой переменного магнитного поля может формировать динамическое магнитное поле дуговой связи, используя осесимметричное расходящееся магнитное поле, указывающее на край мишени, и фокусирующее направляющее магнитное поле, формирующее острый угол к центр мишени, чтобы управлять движением дуговых пятен, улучшать состояние разряда дуговых пятен и уменьшать эмиссию частиц. Стабильная передача плазмы под руководством сфокусированного магнитного поля может увеличить вероятность столкновения частиц, скорость ионизации и плотность ионов плазмы.

(5) Электромагнитный вращающийся источник дуги с магнитным управлением и многорежимный источник дугового ионного осаждения с помощью поля с переменным сцеплением - это два новых типа дугового источника с дуговым напылением с динамическим магнитным полем.