Từ trường - nguồn hồ quang mạ ion hỗ trợ và đặc tính phóng điện của nó được phân tích
Aug 05, 2019| Từ trường - nguồn hồ quang mạ ion hỗ trợ và đặc tính phóng điện của nó được phân tích
Cấu trúc, nguyên lý làm việc, chuyển động của điểm hồ quang và đặc tính phóng điện của một số nguồn mạ ion hồ quang điều khiển từ trường được phân tích. Cấu trúc mục tiêu và cấu hình từ trường của các nguồn hồ quang được kiểm soát có từ trường khác nhau được so sánh. Sự phát triển của nguồn hồ quang mạ ion hồ quang được kiểm soát bởi từ trường được dự kiến .
Cải thiện chất lượng xử lý và tuổi thọ của các công cụ và khuôn là một chủ đề mà mọi người luôn tìm hiểu. Công nghệ mạ ion Arc là một loại công nghệ biến đổi bề mặt của vật liệu khuôn, có ưu điểm là tốc độ ion hóa cao, lắng đọng nhiệt độ thấp, chất lượng màng tốt và tốc độ lắng nhanh, v.v., không có trong các phương pháp phủ khác. Tuy nhiên, sự tồn tại của các hạt lớn gây ra bởi phóng điện hồ quang làm hạn chế ứng dụng tiếp theo của công nghệ sơn phủ, đã trở thành chủ đề chính của sự phát triển của công nghệ mạ ion hồ quang.
Nguồn hồ quang mạ ion là nguồn phóng điện plasma hồ quang và là thành phần chính của công nghệ mạ ion. Nguồn hồ quang được sử dụng trong mạ ion hồ quang là nguồn hồ quang catốt lạnh, hành vi của hồ quang trong nguồn hồ quang này được kiểm soát bởi nhiều điểm cực âm di chuyển nhanh và rất sáng trên bề mặt cực âm. Trong quá trình phát triển và hoàn thiện công nghệ mạ ion hồ quang, việc kiểm soát hiệu quả chuyển động của cực âm hồ quang là rất quan trọng, bởi vì nó quyết định sự ổn định của phóng điện hồ quang, sử dụng hiệu quả mục tiêu catốt, loại bỏ các hạt lớn, cải thiện chất lượng màng và nhiều thứ khác vấn đề chính. Trong và ngoài nước, trọng tâm nghiên cứu chủ yếu tập trung vào thiết kế nguồn hồ quang của điều khiển từ trường. Theo đặc điểm vật lý của hồ quang chân không, trường điện từ ứng dụng là một phương pháp hiệu quả để kiểm soát chuyển động của các điểm hồ quang. Hiện tại, tất cả các thiết kế từ trường đều xem xét sự hình thành cấu hình từ trường nhất định trên bề mặt mục tiêu, sử dụng quy tắc Góc nhọn để hạn chế đường di chuyển của các điểm vòng cung và sử dụng thành phần ngang để cải thiện tốc độ di chuyển của các điểm vòng cung.
Thiết kế từ trường lý tưởng được thể hiện như sau: một mặt, phóng to diện tích và cường độ của thành phần ngang của từ trường càng xa càng tốt; mặt khác, kiểm soát và hạn chế sự di chuyển của các điểm vòng cung ở mức độ lớn nhất. Do thời gian dài của màng mạ công cụ, hiệu suất của màng đòi hỏi cao, ứng dụng công nghiệp của nguồn hồ quang mạ ion phải có các đặc điểm sau: (1) xả ổn định, không thường xuyên ra khỏi hồ quang; (2) Hạn chế di chuyển điểm vòng cung là hợp lý, không chạy vòng cung; (3) tỷ lệ sử dụng vật liệu mục tiêu cao; (4) điểm hồ quang tinh tế, mật độ năng lượng phóng điện nhỏ, hạt nhỏ; (5) mật độ plasma và tốc độ ion hóa cao, và thông lượng plasma được vận chuyển đến phôi là đủ.
Trong bài viết này, một số công cụ phổ biến hiện nay được sử dụng trong nguồn mạ ion hồ quang phụ trợ, trong bài viết này, phân tích so sánh về cấu trúc mục tiêu nguồn hồ quang điều khiển từ trường phụ trợ khác nhau, cấu hình từ trường và cơ chế tạo ra, đã thảo luận về cấu hình khác nhau của từ trường của chuyển động điểm hồ quang, ảnh hưởng của phóng điện và những lợi thế và bất lợi của quá trình phủ kết quả, vv, để kiểm soát từ trường của sự phát triển của nguồn hồ quang mạ ion hồ quang điện được thảo luận.
1. Nguồn cung tròn nhỏ
Nguồn hồ quang mạ ion lần đầu tiên được sử dụng trong mạ công cụ là nguồn hồ quang nhỏ điển hình được giới thiệu từ Nga, có ưu điểm về cấu trúc đơn giản, lắp đặt thuận tiện, kết hợp mục tiêu với các thành phần khác nhau tại bất kỳ vị trí nào, dễ dàng nhận ra việc chuẩn bị lớp phủ nhiều lớp vân vân Mục tiêu của nguồn hồ quang thường có đường kính khoảng 60 ~ 160 mm và độ dày 20 ~ 40 mm. So với các nguồn hồ quang catốt khác kích thước nhỏ hơn nhiều, vì vậy nó thường được gọi là nguồn hồ quang nhỏ. Nguồn hồ quang nhỏ thường áp dụng chế độ đánh lửa hồ quang cơ học hoặc khí nén. Khi làm việc, kim hồ quang được kéo trở lại để tiếp xúc với vật liệu mục tiêu catốt để đánh lửa hồ quang và mạch kim đánh lửa hồ quang bị cắt sau khi kích hoạt đánh lửa hồ quang, và việc phóng hồ quang được duy trì bởi nguồn điện hồ quang.
Từ trường điều khiển của nguồn hồ quang thường đến từ nam châm vĩnh cửu được đặt phía sau mục tiêu. Nam châm có thể có dạng hình trụ, hình tròn hoặc hình trụ tròn. Sử dụng từ trường được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu trên bề mặt mục tiêu có thể hạn chế chuyển động của điểm hồ quang, cải thiện độ ổn định phóng điện và tránh chạy hồ quang. Cường độ từ trường mục tiêu thường là 1 ~ 5 mT để duy trì xả ổn định nguồn hồ quang nhỏ. Với sự tiến bộ của nam châm vĩnh cửu, cường độ trường điện từ phía trước mục tiêu tăng lên, tạo ra lực truyền động hướng tâm và lực chu vi lên electron, sao cho điểm vòng cung quay tròn trên bề mặt và hướng ra ngoài từ tâm vòng tròn. Tăng cường độ từ trường có thể tăng vận tốc và bán kính của chuyển động điểm vòng cung, như thể hiện trong hình. 1 (a). Tuy nhiên, nam châm vĩnh cửu được lắp đặt phía sau mục tiêu nguồn hồ quang nhỏ truyền thống thường được ngâm trong nước làm mát, dễ bị khử từ sau khi ngâm lâu và nam châm cần phải được thay thế liên tục. Hơn nữa, cường độ từ trường không dễ điều chỉnh, do đó cường độ từ trường của mục tiêu chỉ có thể được điều chỉnh bằng cách di chuyển nam châm vĩnh cửu phía sau mục tiêu qua lại.
Hiện nay, nhiều công ty đã cải thiện nguồn hồ quang, chủ yếu bao gồm: áp dụng kênh làm mát nước gián tiếp, đặt nam châm vĩnh cửu bên ngoài kênh làm mát nước, tránh hiện tượng ngưng tụ và cung cấp không gian thiết kế từ trường lớn hơn, thuận lợi cho việc thiết kế từ tính tổng hợp trường của từ trường vĩnh cửu kết hợp điện từ và thúc đẩy sự phát triển nguồn hồ quang mạ ion, như trong hình 1 (c). Ví dụ, balchas SỬ DỤNG mục tiêu có đường kính 160 mm, được làm mát bằng nước gián tiếp. Mặt sau của mục tiêu cung cấp một loạt các thiết kế mạch từ, và có nhiều cấu hình từ trường phù hợp khác nhau để kiểm soát và cải thiện phóng điện điểm hồ quang. Một số công ty trong nước đã dần phát triển vòng cung lớn với đường kính khoảng 150 mm, thường áp dụng cấu trúc làm mát nước gián tiếp và cấu trúc từ trường cũng là một loạt các chế độ, cung cấp nhiều giải pháp hơn cho lớp phủ đồng nhất, tinh chế các hạt lớn và lắng đọng của lớp màng dày dày.
SUNG. 1 cải thiện cấu trúc nguồn hồ quang nhỏ và xả điểm hồ quang
2. Kết luận
Theo quan điểm của các nguồn hồ quang mạ ion từ trường phổ biến hiện nay được sử dụng trong mạ công cụ, cấu hình cực âm và từ trường của các nguồn hồ quang được điều khiển từ trường khác nhau đã được phân tích và so sánh, và các ảnh hưởng đến quá trình di chuyển, phóng điện và phủ lớp hồ quang cũng được phân tích.
(1) nguồn cung tròn nhỏ có ưu điểm về cấu trúc đơn giản, lắp đặt thuận tiện, kết hợp vật liệu đích với các thành phần khác nhau tại bất kỳ vị trí nào và chuẩn bị lớp phủ đa thành phần dễ dàng. Từ trường điều khiển của nguồn hồ quang nhỏ tròn truyền thống thường đến từ nam châm vĩnh cửu được đặt phía sau mục tiêu. Hiện tại, sự phát triển của nguồn hồ quang tròn thông qua cấu trúc mục tiêu và làm mát nước gián tiếp với đường kính lớn (150 mm), và cấu hình từ trường là đa chế độ, cung cấp nhiều giải pháp hơn cho lớp phủ đồng nhất, các hạt lớn mịn và lắng đọng lớn lớp màng dày.
(2) Nguồn hồ quang lớn mặt phẳng hình chữ nhật và nguồn hồ quang hình trụ quay có thể cải thiện tính đồng nhất của lớp phủ, giảm công suất phóng của điểm hồ quang và giảm các hạt lớn, có thể được sử dụng để chuẩn bị lớp màng mịn cũng như cơ sở của các công cụ và trang trí lớp phủ. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là mục tiêu là đơn lẻ, khó chuẩn bị nhiều lớp phủ, đồng thời, tốc độ sử dụng mục tiêu thấp, thiết kế từ trường có một số kỹ năng nhất định, cấu trúc không hợp lý dễ gây ra chạy hồ quang, mất ổn định phóng điện và các vấn đề khác , không có lợi cho lớp phủ công cụ dài hạn.
(3) Nguồn hồ quang từ trường quay cơ học có thể tạo thành nhiều loại từ trường quay với tốc độ có thể điều chỉnh trên bề mặt mục tiêu, nhưng nó cần thêm cơ chế điều khiển cơ học phức tạp. Nguồn hồ quang điều khiển từ tính xoay điện từ sử dụng hiệu ứng toàn diện của cường độ từ trường ngang và tần số quay để nhận ra trạng thái hồ quang phân tán mạnh phân bố khắp bề mặt mục tiêu trên vật liệu mục tiêu catốt lạnh, có lợi cho sự gia nhiệt đồng đều của toàn bộ bề mặt mục tiêu và giảm đáng kể mật độ hiện tại.
(4) Nguồn hồ quang mạ ion từ trường hỗ trợ xen kẽ đa chế độ có thể tạo thành từ trường khớp nối động bằng cách sử dụng từ trường phân kỳ đối xứng hướng vào cạnh của mục tiêu và từ trường tập trung dẫn hướng tạo thành một góc nhọn trung tâm của mục tiêu, để kiểm soát sự chuyển động của các điểm hồ quang, cải thiện trạng thái phóng điện của các điểm hồ quang và giảm phát xạ hạt. Việc truyền plasma ổn định dưới sự hướng dẫn của từ trường tập trung có thể tăng cường xác suất va chạm hạt, tốc độ ion hóa và mật độ ion của plasma.
(5) Nguồn hồ quang mạ ion điều khiển từ trường xoay và nguồn hồ quang mạ ion hồ quang hỗ trợ đa chế độ xen kẽ là hai loại mới của nguồn hồ quang mạ hồ quang điều khiển từ trường động.