Sự phát triển và xu hướng mới nhất của công nghệ sơn phủ từ trường

Sự phát triển và xu hướng mới nhất của công nghệ sơn phủ từ trường

Quá trình cơ bản của phún xạ plasma phát sáng là dưới tác động của các ion mang năng lượng trong plasma phát sáng trên điện cực âm, các nguyên tử mục tiêu được phun ra từ mục tiêu và sau đó ngưng tụ trên đế để tạo thành một màng mỏng. Trong quá trình này, các electron thứ cấp được phát ra đồng thời từ bề mặt mục tiêu, đóng vai trò chính trong việc duy trì sự tồn tại ổn định của plasma. Sự xuất hiện và ứng dụng của công nghệ phún xạ đã trải qua nhiều giai đoạn. Sau hơn 30 năm phát triển, công nghệ phún xạ Magnetron đã phát triển thành một phương pháp không thể thay thế để chuẩn bị hệ số ma sát siêu cứng, chống mài mòn, ma sát thấp, chống ăn mòn, trang trí, quang học, điện và các màng chức năng khác. là một sự phát triển quan trọng khác trong lĩnh vực này. Hầu như không thể đạt được các màng cách điện dày đặc, không khuyết tật, đặc biệt là màng gốm, bằng cách lắng đọng phún xạ phản ứng dc, vì tốc độ lắng đọng thấp, dễ xảy ra phóng điện hồ quang của vật liệu mục tiêu và thay đổi cấu trúc, thành phần và hiệu suất. Công nghệ phún xạ từ trường xung có thể được sử dụng để khắc phục những thiếu sót này. Tần số xung là 10 ~ 200kHz, có thể ngăn chặn hiệu quả vật liệu mục tiêu khỏi phóng hồ quang và ổn định quá trình lắng đọng phản ứng, để đạt được sự lắng đọng tốc độ cao của màng phản ứng chất lượng cao. Các tác giả chủ yếu thảo luận về công nghệ phún xạ từ trường không cân bằng phún xạ từ, tiến trình phún xạ xung, cũng như sự lắng đọng của điều khiển từ trường, phún xạ, độ tinh khiết cao tốc độ cao trong quá trình chuẩn bị màng áp suất thấp và cải thiện chất lượng của tiến trình công nghệ màng phun phản ứng được thực hiện trên phân tích kỹ lưỡng, cuộc gọi cuối cùng của Trung Quốc ngành công nghiệp hóa dầu cần phát triển mạnh mẽ và ứng dụng công nghệ phún xạ từ.

Công nghệ phún xạ từ trường không cân bằng

So với phương pháp phún xạ từ thông thường, công nghệ phún xạ từ không cân bằng có ít khác biệt về thiết kế, nhưng dẫn đến sự khác biệt rất lớn về đặc tính lắng đọng. SUNG. Sơ đồ 1 đặc điểm vùng plasma của công nghệ phún xạ từ trường không cân bằng và công nghệ phún xạ từ thông thường

Trong phương pháp phún xạ từ thông thường, plasma hoàn toàn giới hạn trong khu vực mục tiêu và giá trị tiêu biểu là khoảng 6cm trên bề mặt mục tiêu. Hình 1 c (gọi là xâm lấn) phún xạ không cân bằng, cường độ từ trường ngoài, cường độ từ trường cao hơn các đường trung tâm của lực từ không tạo thành một vòng khép kín giữa tâm và ngoại vi, một phần của bề mặt ngoài của từ các đường trường mở rộng đến chất nền, làm cho một phần của electron thứ cấp có thể chạm tới bề mặt của chất nền dọc theo các đường sức từ, plasma không còn giới hạn trong khu vực của mục tiêu, nhưng để có thể chạm tới bề mặt của chất nền, Mật độ chùm ion cơ chất tăng, thường có thể đạt hơn 5 ma / cm2. Theo cách này, nguồn phún xạ cũng là nguồn ion bắn phá chất nền. Mật độ chùm ion của chất nền tỷ lệ thuận với mật độ hiện tại của vật liệu đích. Mật độ hiện tại của vật liệu đích tăng, tốc độ lắng đọng tăng và mật độ chùm ion của chất nền tăng lên. Hình 1b (gọi là sự gắn kết) là một từ trường không cân bằng khác, được đặc trưng bởi cường độ từ trường trung tâm cao hơn so với ngoại vi, đường sức từ không đóng mà hướng vào thành của thiết bị và mật độ plasma thấp trên bề mặt chất nền. Do mật độ thấp của chùm ion cơ chất, phương pháp này hiếm khi được sử dụng. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp này có thể thu được các màng có bề mặt riêng và hoạt động cao, và độ xốp của màng thu được có thể gấp hơn 1000 lần so với bề mặt dày đặc và độ xốp có thể được kiểm soát cùng một lúc. Phim xốp có các ứng dụng quan trọng là chất xúc tác, thiết bị đánh lửa và blackbody. Tiếp tục phát triển phương pháp phún xạ từ trường không cân bằng (CFUBMS) được đặc trưng bởi việc sử dụng nhiều nguồn phún xạ từ trường không cân bằng được cài đặt theo một cách nhất định, được sử dụng để khắc phục khó khăn lớn khi sử dụng một mục tiêu duy nhất để tạo màng mỏng trên bề mặt của các chất nền phức tạp. Trong hệ thống đa mục tiêu, mối quan hệ giữa hai mục tiêu liền kề có thể được đặt song song hoặc tương đối. Ngoài ra còn có hai chế độ từ trường trong các mục tiêu liền kề, như thể hiện trong hình. 2. Khi các cực từ liền kề ngược nhau, chúng được gọi là chế độ từ trường kín. Khi các cực từ liền kề giống nhau, nó được gọi là chế độ từ trường gương. Theo cách của từ trường kín, các đường sức từ giữa các vật liệu mục tiêu khác nhau đóng lại, do tường mất ít điện tử, mật độ plasma trên bề mặt chất nền cao, là tỷ lệ các ion và nguyên tử chạm tới bề mặt của gương nền từ trường hoặc mục tiêu đơn lẻ nhiều hơn 2 ~ 3 lần từ trường không cân bằng, khi khoảng cách giữa chất nền và mục tiêu tăng lên, từ trường kín trên bề mặt của ion cơ chất và ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên tử có ý nghĩa hơn. Trong chế độ gương, đường sức từ được hướng vào tường và các electron thứ cấp được tường tiêu thụ dọc theo đường sức từ, dẫn đến giảm mật độ plasma trên bề mặt chất nền.

Trên cơ sở công nghệ phún xạ từ trường không cân bằng, công nghệ phún xạ từ trường cường độ từ trường biến đổi gần đây đã xuất hiện, được đặc trưng bởi vị trí cực từ có thể điều chỉnh. Bằng cách thay đổi khoảng cách giữa hai cực từ và bề mặt của mục tiêu, cường độ từ trường trên bề mặt của mục tiêu có thể được thay đổi. Thiết kế từ trường biến đổi cung cấp một thông số kỹ thuật mới, thực hiện các ion trầm tích, nguyên tử hơn là điều chỉnh tốt, như pha trầm tích bắt đầu hy vọng chùm ion cao hơn, để cải thiện độ bám dính của màng, nhưng sự tích tụ của chùm ion có thể dẫn đến cao căng thẳng và khuyết tật màng mỏng, bất cứ lúc nào thay đổi từ trường có thể thay đổi chùm ion và loại bỏ vấn đề này. Khi ký gửi phim gradient và phim nhiều lớp, kỹ thuật này có thể đạt được sự kết hợp tốt nhất của các thuộc tính phim khác nhau. Công nghệ này cũng có thể kiểm soát các đặc tính ăn mòn phún xạ của mục tiêu và đạt được độ phún xạ đồng đều của mục tiêu.

Phương pháp phún xạ xung (PMS)

Phương pháp phún xạ từ xung được hình thành bằng cách thay thế nguồn điện dc truyền thống bằng nguồn điện xung dc. Công nghệ này có một loạt các ưu điểm vượt trội, chẳng hạn như nhiệt độ lắng đọng thấp hơn, lắng đọng màng gốm tốc độ cao và không khuyết tật. Ví dụ, khi lắng đọng màng oxit, các mục tiêu kim loại có thể được sử dụng theo truyền thống, lắng đọng phún xạ phản ứng trong môi trường oxy được kiểm soát thích hợp hoặc lắng đọng oxit mục tiêu (nói chung là 13156 MHz). Tuy nhiên, cả hai phương pháp đều có những hạn chế. Phim chất lượng cao có thể thu được bằng phương pháp phún xạ rf với tốc độ lắng đọng rất thấp (mức m / h) và các hệ thống phức tạp. Vấn đề trong phún xạ phản ứng là mục tiêu bị nhiễm độc. Trong quá trình phún xạ phản ứng, vùng phát sáng không chính trên bề mặt của mục tiêu được bao phủ bởi các trầm tích cách điện, dẫn đến sự tích tụ điện trong lớp cách điện và lớp cách điện của mục tiêu cho đến khi xuất hiện phóng điện hồ quang. vật liệu mục tiêu bay hơi dưới dạng các giọt và gây ra các khuyết tật màng khác nhau khi lắng đọng trên bề mặt chất nền, chẳng hạn như cấu trúc lỏng lẻo của hạt, hạt thô, sự phân tách cấu trúc hoặc cấu trúc, v.v., có tác động rất xấu đến hiệu suất của bộ phim, đặc biệt là khả năng chống ăn mòn và quang học. Công nghệ phún xạ từ trường xung có thể ức chế hiệu quả việc tạo hồ quang và loại bỏ các khuyết tật của màng, và cải thiện đáng kể tốc độ lắng đọng của phún xạ để đạt tốc độ lắng của kim loại nguyên chất, tức là 10 m / h. Trong quá trình phún xạ xung, điện áp xung được thêm vào mục tiêu giống như quá trình phún xạ từ thông thường (400 ~ 500V) và thời gian phóng điện với điện áp được thêm vào mục tiêu được kiểm soát để đảm bảo mục tiêu không bị nhiễm độc và xả hồ quang xảy ra. Sau đó, điện áp mục tiêu bị tắt, thậm chí làm cho mục tiêu tích điện dương. Do tốc độ electron trong plasma cao hơn nhiều so với tốc độ ion, nên điện áp dương của vật liệu mục tiêu biến đổi thường chỉ cần 10% ~ 20% điện áp phân cực âm, có thể ngăn cản sự phóng điện hồ quang (loại cung cấp năng lượng này là được gọi là nguồn cung cấp dc lưỡng cực không đối xứng). Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi tần số xung thấp hơn 20kHz, sự xuất hiện của phóng điện hồ quang không thể bị ức chế. Khi tần số xung cao hơn 20kHz, việc phóng hồ quang có thể bị triệt tiêu hoàn toàn. Đồng thời, độ rộng xung (tỷ lệ của điện áp dương và âm theo thời gian) đóng vai trò chính. Điện áp dương không có ảnh hưởng rõ ràng đến việc phóng điện hồ quang có được tạo ra hay không, nhưng nó có ảnh hưởng lớn đến tốc độ lắng đọng. Khi điện áp dương tăng từ 10% đến 20% (so với điện áp âm), tốc độ lắng có thể tăng thêm 50%. Hiệu ứng này được cho là được tăng cường bởi điện áp dương cao để làm sạch mục tiêu. Công nghệ PMS có thể được sử dụng để phún xạ từ trường lưỡng cực, và hai mục tiêu phún xạ từ trường tương ứng là cực dương và cực âm. Trong quá trình làm việc, một mục tiêu đang phun ra trong khi mục tiêu khác đang làm sạch và chu kỳ lặp lại. Công nghệ này có nhiều ưu điểm như hoạt động ổn định trong thời gian dài (300h) và có ứng dụng quan trọng trong việc lắng đọng các màng mỏng quang học được sử dụng trong vật liệu xây dựng, ô tô và polymer. Một phát triển gần đây là ứng dụng sai lệch xung cho chất nền. Sai lệch xung có thể cải thiện rất nhiều chùm ion trên đế. Trong phún xạ từ, khi độ lệch âm dc thường được thêm vào -100v, chùm ion cơ chất sẽ đạt đến bão hòa. Tăng độ lệch âm sẽ không làm tăng chùm ion cơ chất. Thông thường người ta coi rằng dòng bão hòa là một chùm ion và các electron không thể đến gần bề mặt chất nền. Kết quả cho thấy độ lệch xung không chỉ làm tăng dòng bão hòa cơ chất, mà còn tăng với độ lệch âm. Khi tần số xung tăng, hiệu ứng có ý nghĩa hơn. Cơ chế vẫn chưa rõ ràng, có thể liên quan đến tốc độ ion hóa plasma và nhiệt độ electron cao hơn được tạo ra bởi điện trường dao động. Độ lệch âm của xung chất nền cung cấp một phương pháp mới để kiểm soát hiệu quả mật độ dòng cơ chất và hiệu ứng này có thể được áp dụng để tối ưu hóa cấu trúc màng, độ bám dính và rút ngắn thời gian làm sạch phún xạ và làm nóng bề mặt. Với sự tiến bộ của cơ khí, năng lượng, điều khiển và các công nghệ liên quan khác, công nghệ phún xạ từ trường sẽ được phát triển hơn nữa. Ví dụ, gần đây, do ứng dụng nam châm vĩnh cửu đất hiếm, cường độ từ trường trên bề mặt mục tiêu trước đây chỉ là 300 ~ 500Gs, nhưng giờ đây nó đã được cải thiện thành 1kGs, giúp cải thiện hơn nữa hiệu quả và khả năng phún xạ của nam châm .

Công nghệ sơn phủ Magnetron mới

Từ phún xạ mục tiêu kim loại thông thường, phún xạ phản ứng, phún xạ thiên vị, v.v., cùng với nhu cầu công nghiệp và sự xuất hiện của công nghệ phún xạ từ mới, các công nghệ mới như phún xạ áp suất thấp, lắng đọng tốc độ cao, lắng đọng tự hỗ trợ, nhiều kỹ thuật bề mặt và phún xạ xung đã trở thành xu hướng phát triển trong lĩnh vực này. Vấn đề chính của phún xạ áp suất thấp là ở áp suất thấp (thường <011pa), xác="" suất="" va="" chạm="" giữa="" các="" electron="" và="" nguyên="" tử="" khí="" bị=""> Trong công nghệ phún xạ từ thông thường, việc duy trì sự phát sáng trên bề mặt vật liệu mục tiêu là không đủ, dẫn đến việc không thể lắng đọng quá trình phún xạ. Bằng cách tối ưu hóa thiết kế từ trường, khoảng cách chuyển động của không gian điện tử được kéo dài và công nghệ phún xạ từ trường không cân bằng có thể nhận ra sự lắng đọng phún xạ trong chân không ở mức 10-2pa. Ngoài ra, sự lắng đọng phún xạ ở áp suất thấp hơn và cường độ cao hơn có thể được thực hiện bằng cách hạn chế chuyển động điện tử với trường điện từ bên ngoài. Lắng đọng tốc độ cao có thể cải thiện đáng kể hiệu quả công việc, giảm tiêu thụ khí và có được bộ phim mới. Vấn đề chính cần giải quyết trong lắng đọng tốc độ cao là mật độ hiện tại của vật liệu mục tiêu được tăng lên mà không có phóng điện. Với sự gia tăng mật độ năng lượng, khả năng làm mát của vật liệu mục tiêu và chất nền cần phải được cải thiện. Hiện tại, mật độ công suất mục tiêu là hơn 100W / cm2 và tốc độ lắng đọng là hơn 1 m / phút. Lắng đọng tốc độ cao là một thay thế hấp dẫn cho mạ điện thông thường. Trong quá trình lắng đọng tốc độ cao, bằng cách tăng tốc độ ion hóa của các hạt phún xạ, khí làm việc có thể được cắt bỏ và sự lắng đọng phóng điện có thể được duy trì, nghĩa là có thể hình thành sự lắng đọng phún xạ tự hỗ trợ. Lắng đọng phún xạ tự hỗ trợ đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ bám dính giữa màng mỏng và chất nền, loại bỏ các khuyết tật bên trong của màng mỏng và chuẩn bị màng mỏng có độ tinh khiết cao. Sự kết hợp giữa công nghệ phún xạ từ và công nghệ kỹ thuật bề mặt khác là một hướng phát triển chính khác của công nghệ phún xạ từ. Mặc dù công nghệ phún xạ từ có nhiều ưu điểm, nó vẫn chiếm một phần nhỏ trong lĩnh vực kỹ thuật bề mặt công nghiệp, và công nghệ bề mặt truyền thống vẫn chiếm lĩnh một vị trí thống lĩnh. Một trong những lý do chính ảnh hưởng đến ứng dụng của nó là các vật liệu nền như thép hợp kim thấp và hợp kim titan quá mềm để phù hợp với các màng siêu cứng thu được bằng công nghệ phún xạ. Chất nền quá mềm để chịu được áp lực tải so với lớp phủ rất cứng. Ngược lại, đối với các ứng dụng chống ăn mòn, lỗi pinprick có thể dẫn đến lỗi lớp phủ. Để khắc phục những vấn đề này, nhiều công nghệ kỹ thuật bề mặt đã được phát triển, nghĩa là, một số công nghệ kỹ thuật bề mặt đã được sử dụng để sửa đổi các vật liệu liên tục và các lớp biến đổi bề mặt thu được có những lợi thế không thể so sánh với công nghệ bề mặt đơn. Một ví dụ điển hình của điều này là lắng đọng n, sau đó là lắng đọng phún xạ, cung cấp lớp dưới bề mặt có độ dày 500 m và độ cứng 10GPa, tiếp theo là lắng đọng 3 ~ 5 m TiN. TiN cung cấp khả năng chống mài mòn cao và lớp n cung cấp khả năng chịu tải cao và chống mỏi.

Tình trạng phát triển trong nước và ứng dụng trong ngành hóa dầu

Công nghệ phún xạ Magnetron đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực vật liệu xây dựng, trang trí, quang học, chống ăn mòn và gia cố công cụ mài tại Trung Quốc. Hiện nay, việc chuẩn bị các bộ phim chức năng như quang điện, quang nhiệt, từ tính, siêu dẫn, điện môi và xúc tác bằng công nghệ phún xạ từ là một điểm nóng nghiên cứu. Tuy nhiên, đối với công nghệ phún xạ từ trường không cân bằng, đặc biệt là quá trình lắng đọng mới, rất ít đơn vị đã được hiểu và nghiên cứu ở Trung Quốc. Sau khi tìm kiếm, người ta thấy rằng chỉ có ít hơn 20 bài báo nghiên cứu khoa học bằng tiếng Trung cho đến nay, và số lượng đơn vị tác giả thậm chí còn ít hơn. Phim ăn mòn và độ cứng cao có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của máy móc dầu khí, hệ số ma sát thấp, bôi trơn, túi chống bùn, xúc tác, quang học và màng chức năng khác khi áp dụng cho ngành hóa dầu dự kiến sẽ cải thiện đáng kể hiệu quả làm việc, chất lượng sản phẩm và bảo vệ môi trường, an toàn, v.v. Với sự phát triển và ứng dụng công nghệ và quy trình phún xạ từ mới, và nhu cầu nâng cao hiệu quả sản xuất, bảo vệ và an toàn môi trường trong ngành dầu khí và hóa chất, tầm quan trọng của công nghệ phún xạ từ trường đối với ngành dầu khí và hóa chất sẽ tiếp tục tăng. Tuy nhiên, hiện nay, ngành công nghiệp hóa dầu ở Trung Quốc thiếu hiểu biết và ứng dụng đầy đủ về công nghệ phún xạ từ, và không có tổ chức chuyên môn nào tham gia vào lĩnh vực này. Do đó, tác giả kêu gọi tăng cường sự hỗ trợ của công nghệ phún xạ từ.

IKS PVD Sản xuất thiết bị sơn chân không từ Trung Quốc ， liên hệ: iks.pvd@foxmail.com