เทคโนโลยีชุบไอออนแบบไอออนบนพื้นผิวผสม

เทคโนโลยีชุบไอออนแบบไอออนบนพื้นผิวคอมโพสิต

โครงสร้างคอมโพสิตองค์ประกอบการบูรณาการส่วนที่มีน้ำหนักเบาความแข็งแรงเฉพาะสูงกว่าโมดูลัสสูงทนต่อการกัดกร่อนที่ดีประสิทธิภาพการต้านทานความเมื่อยล้าเป็นสิ่งที่ดีคือการออกแบบที่แข็งแกร่งและชุดของข้อได้เปรียบที่ไม่ซ้ำกันและเป็นมากขึ้นและกลายเป็นส่วนสำคัญในด้าน การบินการบินและการป้องกันอื่น ๆ เพื่อให้บรรลุหน้าที่บางอย่างต้องจัดการกับพื้นผิววัสดุคอมโพสิตซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นวิธีการของการแปรรูปโลหะพื้นผิว มีหลายวิธีในการทำให้เป็นโลหะผิวของวัสดุผสมรวมถึงชุบสารเคมีไฟฟ้าชุบไฟฟ้าการพ่นด้วยความร้อนการเคลือบสูญญากาศเป็นต้นการเคลือบสูญญากาศสามารถแบ่งออกเป็นการเคลือบการระเหยการสปัตเตอร์ magnetron การเคลือบผิวโค้งเป็นต้น

เนื่องจากมิติของส่วนประกอบวัสดุคอมโพสิตคอมโพสิตโครงสร้างและโครงสร้างที่ใช้งานได้อาจมีขนาดใหญ่และพื้นผิวโค้งอาจซับซ้อนทำให้มีปัญหาสองประการที่เกิดขึ้นในการทำให้เกิดการทำให้เป็นโลหะพื้นผิวของวัสดุคอมโพสิตด้วยวิธีการเคลือบสูญญากาศ เทคโนโลยีการชุบไอออนแบบไอออนเป็นทางเลือกที่ดีกว่า ข้อดีของมันคือระยะทางพลังงานที่สูงของอนุภาคของการสะสม, ช่วงการเลี้ยวเบนที่ดี, แรงยึดเหนี่ยวของฟิล์มโลหะสูงและความเร็วการยึดติดที่รวดเร็วเป็นต้น

1. แนะนำเทคโนโลยีการชุบด้วยพลาสม่า

Arc Ion Plating, (AIP) เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในการเคลือบสูญญากาศ Arc ที่วัสดุแคโทดภายใต้สูญญากาศและห้องสูญญากาศที่เกิดขึ้นระหว่างการปลดปล่อยแอโนดอาร์คการใช้การระเหยของไอน้ำโค้งของวัสดุเป้าหมายและการฝากเข้าสู่กระบวนการเคลือบพื้นผิว เทคโนโลยีการชุบไอออนแบบไอออนได้รับการพัฒนาอย่างมากในศตวรรษที่ 20 โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงปลายทศวรรษที่ 1970 นักวิทยาศาสตร์ในสหภาพโซเวียตเดิมและสหรัฐอเมริกาได้ประยุกต์ใช้การวิจัยอย่างกว้างขวางและตระหนักถึงเทคโนโลยีการชุบไอออนแบบโค้งในทศวรรษ 1980 s ในด้านการฟิล์มแข็งอุตสาหกรรมภาพยนตร์ตกแต่งในปัจจุบันโปรแกรมในทั้งสองพื้นที่มีขนาดมาก ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมาเทคโนโลยีการฉายรังสีส่วนโค้งได้เริ่มพัฒนาในฟิล์มบางและฉายแสงอื่น ๆ

การปล่อยคานจะสร้างจุดโค้งที่เคลื่อนที่แบบสุ่มบนพื้นผิวของแคโทดเป้าหมาย ความหนาแน่นปัจจุบันของจุดโค้งสูงถึง 1012A / m2 และความหนาแน่นของพลังงานสูงถึง 1013W / m2 ความหนาแน่นของพลังงานสูงนำไปสู่การเปลี่ยนวัสดุเป้าหมายจากเฟสของแข็งไปเป็นพลาสมาไอโลหะที่จุดโค้ง

(1) สามารถชุบด้วยโลหะหลายชนิดโดยเฉพาะโลหะทนไฟ (เช่นทังสเตนและแทนทาลัม) ซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะบรรลุได้ด้วยเทคโนโลยีการสะสมไอน้ำทางกายภาพอื่น ๆ (PVD)

จุดหลอมเหลวแคโทดสามารถสร้างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า (ประจุเดี่ยวหรือหลายประจุ) จำนวนมากและไอออนสามารถเร่ง, ยับยั้งและเคลื่อนไปในทิศทางที่เฉพาะเจาะจง (2) แตกต่างจากตะกอนของเทคโนโลยี PVD อื่น ๆ ซึ่งเป็นอนุภาคที่เป็นกลางส่วนใหญ่, และพวกเขาจะวางบนพื้นผิวของชิ้นส่วน

(3) ไอออนพลังงานเริ่มต้นที่เกิดจากจุดหลอมเหลวแคโทดระหว่าง 20 ถึง 200 องศาเซลเซียสในระหว่างการสะสมของฟิล์มบาง ๆ การระเบิดทำให้เกิดการกระจายตัวของอนุภาคและความหนาแน่นของนิวเคลียส อนุภาคบางส่วนขจัดความเครียดภายในของผลึกคอลัมน์และฟิล์มเหตุผลมีการเพิ่มขึ้นของพื้นผิวเมมเบรนเช่นผลการทำให้หนาแน่นฟิล์มบาง;

(4) เมื่อจุดแคโทดก่อให้เกิดอนุภาคที่มีประจุเพื่อสร้างพลาสม่ามันจะสร้างหยดและเศษชิ้นส่วนจำนวนมากในขณะที่เทคโนโลยี PVD อื่น ๆ จะสร้างอนุภาคขนาดใหญ่เพียงไม่กี่

ดังนั้นเทคโนโลยีการชุบด้วยพลาสม่าจึงมีข้อดีคือฟิล์มคอมแพคต์และแรงยึดเกาะสูง นอกจากนี้ยังสามารถรับรู้การสะสมแผ่นฟิล์มบาง ๆ บนพื้นผิวที่ซับซ้อน ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดของเทคโนโลยีการฉายรังสีส่วนโค้งคือหยดละอองขนาดใหญ่ขึ้นบนพื้นผิวของฟิล์มส่งผลให้พื้นผิวของฟิล์มขรุขระและส่งผลต่อสมรรถนะของฟิล์ม แต่ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการกรองแม่เหล็กแล้วเป็นวิธีที่ดีในการควบคุมการหล่นขนาดใหญ่หลีกเลี่ยงการสะสมไปยังพื้นผิวเมมเบรน, เทคโนโลยีการชุบอาร์กอิออนการสะสมของเทคโนโลยีฟิล์มบางที่มีคุณภาพใกล้เคียงกับเทคโนโลยี PVD อื่น ๆ , เทคโนโลยีการชุบไอออนใช้กับฟิล์มในเลนส์, ไฟฟ้าและสาขาอื่น ๆ

2. ปัญหาสองประการของการเคลือบสูญญากาศบนพื้นผิวคอมโพสิต

เมื่อเทียบกับวัสดุโลหะหรือเซมิคอนดักเตอร์วัสดุคอมโพสิตที่มีโครงสร้างและฟังก์ชั่นแบบบูรณาการไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงและชิ้นส่วนที่ต้องใช้ต้องมีความแม่นยำสูง ดังนั้นจึงไม่ควรใช้อุณหภูมิสูงในการเคลือบสูญญากาศของวัสดุผสมเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายของวัสดุและลดความถูกต้องของโปรไฟล์ อย่างไรก็ตามอุณหภูมิการสะสมสูงเป็นสิ่งที่เหมาะสำหรับการรับฟิล์มโลหะที่เป็นของแข็งและหนาแน่น จากมุมมองของการได้รับภาพยนตร์ที่มีคุณภาพสูงอุณหภูมิสูงเป็นที่ต้องการ วิธีที่เป็นไปได้ในการแก้ไขข้อขัดแย้งนี้คือการใช้วิธีการทำความสะอาดแหล่งไอออนและวิธีทางเทคนิคอื่น ๆ เพื่อดำเนินการในการกระตุ้นการเปิดใช้งานในสถานที่บนพื้นผิวของคอมโพสิตก่อนที่ฟิล์มจะสะสมเพื่อเพิ่มกิจกรรมพื้นผิวเพื่อเพิ่มแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโลหะ ฟิล์มและพื้นผิว

วัสดุคอมโพสิตสำหรับชิ้นส่วนขนาดใหญ่ในกระบวนการดูดซับวัสดุสูญญากาศเป็นปัญหาสำคัญอัตราการหลุดออกของวัสดุที่สูงขึ้นอาจทำให้เกิดปัญหาแบบต่างๆเช่นการเกิดออกซิเดชันของฟิล์มโลหะซึ่งอาจส่งผลต่อคุณภาพที่เห็นได้ชัดและสมบัติทางไฟฟ้าของ ฟิล์มโลหะดังนั้นคุณจำเป็นต้องระบายอากาศล่วงหน้าและวิธีการทางเทคนิคอื่น ๆ เพื่อจัดการกับวัสดุคอมโพสิต

3. ตัวอย่างการประยุกต์ใช้การเคลือบผิวโค้งบนพื้นผิวคอมโพสิต

เทคโนโลยีการชุบด้วยพลาสม่าไอออนได้รับการนำมาใช้ในการหล่อลื่นฟิล์ม Al บนพื้นผิวของวัสดุผสมที่มีขนาดใหญ่ ฟิล์มที่ได้จะมีสีสม่ำเสมอและมีความเงาความหนาเท่ากันนำไฟฟ้าได้ใกล้เคียงกับอลูมิเนียมบล็อกและมีความแข็งกับฐาน

ขั้นตอนการทดสอบการฝากฟิล์ม Al บนพื้นผิวของวัสดุคอมโพสิตโดยใช้เทคโนโลยีการชุบผิวโค้งเป็นดังนี้

(1) ทำความสะอาดพื้นผิวของวัสดุคอมโพสิตให้เช็ดด้วยผ้าปราศจากฝุ่นจุ่มลงในเอทานอล 3-5 ครั้งและทำให้แห้งโดยอัตโนมัติ

(2) ชิ้นส่วนคอมโพสิตเชื่อมต่อและยึดกับเครื่องมือเคลือบของห้องสูญญากาศ

(3) ปั๊มสูญญากาศพื้นหลังให้ดีกว่า 5 x 10-3pa;

(4) พื้นผิวของวัสดุคอมโพสิตถูกทำความสะอาดด้วยแหล่งไอออน

ฟิล์มอาร์คอิออน (5)

(6) ห้องสุญญากาศจะเปิดออกสู่ชั้นบรรยากาศและนำวัสดุคอมโพสิตออกมา

พารามิเตอร์ทางเทคโนโลยีของการเคลือบผิวโค้งไอออนมีดังนี้:

(1) ความดันก๊าซ 1.1 ~ 1.5 x 10-1pa;

(2) ความดันความดันการปล่อยเป็น 45 ~ 50V;

(3) กระแสไฟฟ้าที่ไหลออกเป็น 50 ~ 55A;

(4) ระยะห่างระหว่างพื้นผิวคอมโพสิตกับแหล่งกำเนิดของอาร์คคือ 0.3-1 เมตร

ลักษณะเฉพาะของการเคลือบ Al บนพื้นผิวคอมโพสิตหลังจากชุบไอออนแบบแอนะล็อกดังแสดงในรูปที่ 1 จากรูปที่ 1 เมมเบรนของ Al มีลักษณะเหมือนกันและมีขนาดกะทัดรัดเกือบจะไม่มีหยดและพื้นผิวของฟิล์มเป็น การทำแผนที่ของสัณฐานวิทยาพื้นผิวของเมทริกซ์คอมโพสิต พบลักษณะสัณฐานวิทยาของพื้นผิวของฟิล์ม Al โดยใช้ Profiler ออฟติคอล Wyko NT9300 ดังแสดงในรูปที่ 2 พื้นผิวของฟิล์มเรียบและมีความหนาสม่ำเสมอ และค่าความขรุขระของผิว Ra เท่ากับ 0.145 μm

ความหนาของฟิล์ม Al บนพื้นผิวของวัสดุผสมถูกทดสอบโดยใช้ stepmeter ตัวอย่างถูกนำมาจากภาพนิ่งวางในส่วนต่างๆของส่วน ผลการทดสอบแสดงไว้ในตารางที่ 1

ความแข็งแรงของแรงยึดเหนี่ยวระหว่างฟิล์มกับพื้นผิวเป็นดัชนีที่สำคัญในการประเมินคุณภาพของฟิล์ม มีหลายวิธีที่จะทดสอบแรงยึดรวมถึงวิธีการตึงวิธีการแถบวิธีการขีดข่วนวิธีการเสียดสีวิธีอัลตราโซนิกและวิธีการแรงเหวี่ยง พิจารณาว่าฟิล์ม Al เคลือบบนพื้นผิวของวัสดุผสมเป็นฟิล์มอ่อนทั่วไปและแรงที่ใช้ในการใช้งานจริงของฟิล์มนี้ส่วนใหญ่เป็นแรงเฉือนเราใช้วิธีการดึงแถบเพื่อประเมินแรงยึดเกาะระหว่างฟิล์ม Al และ ฐานวัสดุคอมโพสิต [4] ใช้วิธีการติดตั้งคอนกรีตสำหรับเทปกาวยึดสำหรับ 7 n / cm หนาแน่นและสม่ำเสมอในผิวฟิล์มบางและห่างจากขอบไม่น้อยกว่า 3 มม. ด้วยเทปดึงมือเดียวและ เทปกาวและพื้นผิวฟิล์มลงใน 90 °, สม่ำเสมอจะช้า (ประมาณ 5 มม. / s) เทปดึงออกจากพื้นผิวเมมเบรนชมภาพยนตร์ที่มีและไม่มีการลอกหรือเสียหาย เมื่อฟิล์มมีความคงที่โดยไม่หลั่งออกมาให้ถือว่าฟิล์มนั้นรวมเข้าด้วยกันกับวัสดุคอมโพสิตและตรงตามข้อกำหนดสำหรับการใช้งาน เมื่อฟิล์มตกลงไปถือว่าเป็นข้อผูกพันที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด การทดสอบการยึดเกาะได้ดำเนินการในตำแหน่งที่ต่างกันบนพื้นผิวของวัสดุผสมโดยใช้วิธีการตึง

มัลติมิเตอร์ใช้เพื่อทดสอบที่จุดใดจุดหนึ่งบนพื้นผิวของวัสดุผสมและผลลัพธ์ทั้งหมดเป็นตัวนำ วิธีการสอบสวนสี่จุดใช้ในการทดสอบการใส่ในชิ้นส่วนคอมโพสิตโดยใช้ส่วนต่างๆของตัวอย่างบนผิวของฟิล์มความต้านทานไฟฟ้า Al ผลการทดลองแสดงในตารางที่ 2 และค่าความต้านทานของวัสดุป้องกันอัลบล็อกเท่ากับ 2. 66 x 10-8 Ω m สำหรับลำดับความสำคัญเท่า กัน

4.conclusion

เทคโนโลยีการชุบไอออนของไอออนสามารถทำให้เกิดการทำให้เป็นโลหะบนพื้นผิวของชิ้นส่วนคอมโพสิตคอมโพสิตที่มีความหนาแน่นสม่ำเสมอหนาแน่นและสามารถควบคุมได้ซึ่งมีความสามารถในการประยุกต์ใช้งานได้กว้าง อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีนี้ยังมีข้อ จำกัด เช่นอุปกรณ์ขนาดใหญ่ค่าใช้จ่ายสูงและระยะยาว

IKS PVD ปรับเครื่องสูญญากาศสูญญากาศที่เหมาะสม PVD สำหรับคุณติดต่อกับเราตอนนี้,

iks.pvd@foxmail.com