เคลือบ TiCN ขึ้นอยู่กับการชุบไอออนแบบสูญญากาศ
Jan 09, 2018| วิธีการเตรียมผิวเคลือบ TiCN
ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2528 หลังจากที่ Knotke ได้ตีพิมพ์ผลงานวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการเคลือบผิว TiCN คนแรกแสดงความสนใจอย่างมากต่อความต้านทานต่อปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่อุณหภูมิสูงและสมรรถนะการใช้งานที่ดีและจนถึงขณะนี้ได้มีการพัฒนาเทคโนโลยี Vapordeposition ทางกายภาพที่หลากหลาย ปัจจุบันมีสามวิธีในการเตรียมเคลือบ TiCN ได้แก่ วิธีการชุบไอออนของ magnetron sputter วิธีการสปัทเตอร์คลื่นวิทยุและวิธีการชุบไอออนแบบหลายส่วนซึ่งวิธีการชุบไอออนของ magnetron และวิธีการชุบไอออนแบบหลายส่วน ใช้และต้นทุนต่ำ
ชุบไอออนแบบ Magnetron sputter
เทคนิคการสปัตเตอร์แม็กเน็ทได้รับการพัฒนาขึ้นในต้นทศวรรษ 1970 เนื่องจากเทคโนโลยีและการวิจัยที่ลึกซึ้งได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมด้านพลังงานไฟฟ้าภาพยนตร์ออปติคอลและพลังงานอุตสาหกรรมเครื่องจักรกลเป็นต้นและกลายเป็นหนึ่งในการจัดทำ TiCN ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ฟิล์ม ในกระบวนการเคลือบ Ti ไอออนถูกสร้างขึ้นโดยการใช้ Ar ions ที่เกิดจากการปล่อยก๊าซ Ar gas เพื่อทำให้เป้าหมาย Ti ระเบิดและโดยการเร่งด้วยไฟฟ้าสถิตจะบินไปยังชิ้นงานและทำให้ฟิล์มสะสมเกิดขึ้น วิธีนี้มีอัตราการสะสมสูงความหนาของฟิล์มสม่ำเสมอและการชุบไอออนสามารถปรับปรุงความสามารถในการรวมกันของผิวเคลือบและพื้นผิวของแผ่นฟิล์มและทำให้องค์กรฟิล์มหนาแน่น ในขณะเดียวกันเป้าหมายที่อ่อนแอต่อมลภาวะและอัตราการสะสมต่ำในกระบวนการเคลือบผิวเป็นจุดอ่อนหลัก พบว่าเมื่อแรงดันของคาร์บอนและไนโตรเจนเพิ่มขึ้นอัตราการลุกลามจะชะลอลง
การชุบไอออนแบบ Multi-arc
การชุบไอออนแบบ Multi-arc เป็นวิธีการชุบไอออนที่ได้รับการพัฒนาขึ้นโดยโซเวียตในช่วงต้นทศวรรษ 1980 โดยเป็นครั้งแรกในสหรัฐอเมริกา Multi-Arc หลักการพื้นฐานคือการเอาแหล่งที่มาของโลหะเป็นแคโทดออกจากส่วนโค้งระหว่างขั้วบวกและทำให้เกิดการระเหยของไอออนไนซ์และทำให้เกิดพลาสมาพื้นที่และวางเคลือบบนชิ้นงาน เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีเมมเบรนอื่น ๆ ข้อได้เปรียบคือแคโทดผลิตพลาสม่าได้โดยตรงและสามารถจัดแคโทดไว้โดยพลการซึ่งช่วยลดความยุ่งยากในการติดตั้งตัวอย่าง นอกจากนี้พลังงานอนุภาคหลายเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นสูงโค้งอัตราการเกิดไอออไนซ์สามารถเข้าถึง 60% ~ 80% ความหนาแน่นของเมมเบรนสูงความแข็งแรงและความทนทานเป็นสิ่งที่ดีอินเตอร์เฟซของฟิล์มและเมทริกซ์เป็นเรื่องง่ายในการผลิตการแพร่กระจายอะตอม และการยึดติดฟิล์มเป็นสิ่งที่ดี
เทคนิคการชุบด้วยไอออนแบบสูญญากาศใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าพลาสม่าในการกรองซึ่งสามารถลดหรือขจัดอนุภาคขนาดใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเทียบกับการเคลือบชุบอาร์กแบบทั่วไป arc อนุภาคชนิดโค้งโค้งกรองอนุภาคไม่มีสิ่งสกปรกที่เป็นเนื้อเดียวกันโครงสร้างหนาแน่นและสามารถตอบสนองความต้องการของเลนส์ optics, microelectronics นอกจากนี้ยังมีข้อเสียบางอย่างกับแหล่งที่มาของการกรองซึ่งนั่นคือเส้นผ่านศูนย์กลางของลำแสงมีขนาดเล็กโดยปกติจะมีขนาดน้อยกว่า 200 นาโนเมตรและยากที่จะสร้างอาร์เรย์แหล่งข้อมูลแบบหลายอาร์เรย์ทำให้การผลิตขนาดใหญ่ของพื้นที่ขนาดใหญ่ไม่สามารถทำได้และการส่งผ่าน ประสิทธิภาพไม่สูงประสิทธิภาพการส่งสูงสุดของโครงสร้างโค้งประมาณประมาณ 30% ไอออนปัจจุบันเพียง 2% ถึง 3% ของปัจจุบันโค้ง
อิทธิพลของการไหลของแก๊สต่อโครงสร้างการเคลือบผิว
การเปลี่ยนความดัน (การไหล) ส่วนหนึ่งของไนโตรเจนจะทำให้ความหนาแน่นของไนโตรเจนไอโซโทปพ่นและการเปลี่ยนแปลงของพลังงานส่งผลต่อการรวมตัวกับอะตอมของโลหะทำให้การเปลี่ยนแปลงการเปลี่ยนแปลงการเจริญเติบโตที่ต้องการทำให้มีผลต่อประสิทธิภาพการเคลือบ Reserachers พบว่าภายใต้เงื่อนไขของความดันทั้งหมด 0.8Pa และ Ar ไหล 20sccm เมื่อการไหลของไนโตรเจนต่ำกว่า 6sccm ที่ต้องการคือการปฐมนิเทศ (111) เมื่อการไหลของไนโตรเจนมีค่ามากกว่า 6sccm ความเข้มสูงสุด (111) ลดลงและ (200 ) ความแรงของการเพิ่มขึ้นของความเข้มสูงสุดเนื่องจากโครงสร้างของ fcc-TiCN, (111) พลังงานผิวหน้าของเครื่องบินต่ำอยู่ภายใต้อะตอมของการไหลของไนโตรเจนต่ำมีการย้ายไปยังเครื่องบิน (111) ด้วยการเพิ่มขึ้นของการไหลของไนโตรเจนอัตราการอพยพของอะตอมลดลง, (200) พื้นผิวคริสตัลที่มีพลังงานผิวสูงมีความหนาแน่นของขั้นตอนสูงและระยะการแพร่กระจายห่างจากจุดกริดพลังงานต่ำเป็นระยะสั้นจะเป็นประโยชน์ต่อการเจริญเติบโตของผลึกตามพื้นผิวคริสตัล (200) ผู้ ค้นพบพบว่าเมื่อการไหลของไนโตรเจนเป็น 1sccm ตัวอย่างที่ได้จะมีโครงสร้างอสัณฐานเมื่อการไหลของไนโตรเจนมากกว่า 2 เซนติเมตรมีโครงสร้างคอลัมน์อยู่ในฟิล์มเส้นขอบของเมล็ดข้าวที่มีอยู่เมื่อการไหลของไนโตรเจนเพิ่มขึ้นเป็น 6sccm ฟิล์มจะหนาแน่นและ ตามลำดับชอบโครงสร้างจุลภาคของ isotropic และการปรับแต่งเมล็ดพืชส่วนใหญ่เป็นการเพิ่มขึ้นของการไหลของไนโตรเจนอัตราการถ่ายโอนอะตอมจะลดลงพื้นผิวเมมเบรนเปลี่ยนแปลงในศักยภาพทางเคมีในท้องถิ่น นักวิจัยพบว่าเมื่อมีการไหลของไนโตรเจนเพิ่มขึ้นเมล็ดข้าวที่รวมตัวกันในฟิล์มจะน้อยลงพื้นผิวจะหนาแน่นและราบรื่นความขรุขระลดลงเรื่อย ๆ จนถึงคงที่
ตอนนี้แหล่งคาร์บอนที่ใช้ในการเตรียม TiCN ของนักวิจัยคือก๊าซ C 2 H 2 หรือ CH 4 ส่วนใหญ่เนื่องจาก TiN และ TiC เป็นโครงสร้างลูกบาศก์รอบศูนย์กลางที่มีลักษณะเป็น NaCl รัศมีของอะตอม N และอะตอมของ C อยู่ใกล้มาก N คือ 0.071nm, C เท่ากับ 0.077nm ทั้งสองสามารถทดแทนกันได้ในรูปของวัสดุเฟสเดียว TiC (N) หรือ TiN (C) ภายใต้เงื่อนไขบางอย่างอาจมีโครงสร้างสองเฟสปรากฏขึ้น ในสเปกตรัมการเลี้ยวเบนของ XRD ยอดเขาใกล้เคียงมากและแม้แต่ซ้อนทับกันทำให้เกิดความซับซ้อนในการวิเคราะห์เฟสดังนั้นจึงมีการเขียนเป็น TiCxN1-x
ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อสมรรถนะการเคลือบ TiCN
อุณหภูมิ
คุณภาพของสารเคลือบ TiCN ส่วนใหญ่จะได้รับผลกระทบจากปัจจัยกระบวนการเช่นองค์ประกอบอุณหภูมิและบรรยากาศ อุณหภูมิเมทริกซ์ที่แตกต่างกันจะทำให้ขนาดของเม็ดเคลือบรูปร่างโครงสร้างแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง อุณหภูมิการสะสมตัวสูงเกินไปและการสะสมตัวเร็วเกินไปจะทำให้ผลึกเคลือบมีความหนาแตกแขนงส่งผลต่อคุณภาพของผิวเคลือบ อุณหภูมิการสะสมต่ำเกินไปมีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดตะกอนที่มีรูพรุนที่มีรูพรุนและมีผลต่อความแข็งแรงของสารเคลือบผิวและเมทริกซ์ ดังนั้นการเลือกอุณหภูมิที่เหมาะสมจึงเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นในการเคลือบผิวที่มีคุณภาพสูง Mc.Cormell ฯลฯ เคลือบ TiCN บนสเตนเลสด้วยวิธี PVD รวมถึงความแข็งความแข็งแรงพันธะและค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานจะไม่เปลี่ยนเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 250 ℃ หลังจากการอบร้อน 450 to ไปยังตัวอย่างค่าสัมประสิทธิ์การเคลือบผิว TiCN 0.2 ก่อน 250 ℃และ 0.3 ที่ 250 ℃ แต่ยังต่ำกว่าค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีของ TiN เนื่องจากในสารเคลือบ TiCN C มีบทบาทในการหล่อลื่น การศึกษาแสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 200 องศาเซลเซียสค่าสัมประสิทธิ์ของแรงเสียดทานและอัตราการสึกหรอของผิวเคลือบ TiCN จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
อคติแบบพัลซ์
การดำรงอยู่ของอคติชีพจรมีบทบาทสำคัญมากในการลดหยดและปรับปรุงคุณภาพการเคลือบผิว อคติเชิงลบดึงดูดชิ้นส่วนของชิ้นสปินเทอร์บวกทำให้ไทเทเนียมไอออนใกล้กับแคโทดเร่งความเร็วเพิ่มโอกาสเกิดการชนกับไนโตรเจนในพลาสมาและหยดและในเวลาเดียวกันยังช่วยเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะไทเทเนียมและไนโตรเจน ถ้าความดันสูญญากาศคงที่การไหลของไนโตรเจนจะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มอคติเชิงลบ แต่ปริมาณไนโตรเจนในฟิล์มจะลดลงเมื่อมีการเพิ่มขึ้นของความลำเอียงในทางลบ นี่เป็นส่วนใหญ่ความสามารถในการยึดเกาะ Ti-Ti ดีกว่า Ti-N และมีการเพิ่มขึ้นของอคติเชิงลบความสามารถในการสปิตเตอร์อีกครั้งของไททาเนียมที่แรงกว่าไนโตรเจน นอกจากนี้การเพิ่มขึ้นของอคติพลาสมาอนุภาคทำให้อนุภาคพลังงานบินไปสู่การเปลี่ยนแปลงเมทริกซ์ที่มีผลต่อโครงสร้างองค์กรของภาพยนตร์
Arc ปัจจุบัน
พิจารณาจากมุมมองของแอพพลิเคชั่นการผลิตในภาคอุตสาหกรรมการเพิ่มกระแสโค้งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและความแข็งของฟิล์มและความต้านทานต่อการสึกหรอ การเพิ่มขึ้นของกระแสโค้งหมายความว่าอุณหภูมิโดยรวมของเป้าหมายเพิ่มขึ้นละอองจะเพิ่มขึ้นและขนาดของหยดจะเพิ่มขึ้นเช่นกัน
การเพิ่มหยดและขนาดของหยดย่อมจะนำไปสู่การลดลงของความต้านทานการกัดกร่อนของฟิล์มโดยเฉพาะหยดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่โดยประมาณ 1/3 ฝังอยู่ในฟิล์มในทิศทางความสูงและรูเล็ก ๆ ที่ไม่สม่ำเสมอที่ด้านล่าง เมื่อพบสารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเช่นกรดและด่างเป็นต้นหลุมเหล่านี้เสียหายครั้งแรกและสร้างรูรูปทรงกลมดังนั้นการดำรงอยู่ของมันจึงเป็นสาเหตุหลักที่ความต้านทานต่อการกัดกร่อนของผิวเคลือบจะลดลง ดังนั้นในการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติสำหรับการประสานกันของความขัดแย้งระหว่างการเพิ่มกระแสโค้งและหยดวิธีการที่เหมาะสมบางอย่างสามารถนำมาใช้เช่นการเพิ่มพื้นที่การระเหยของเป้าหมายเพิ่มผลเย็นของเป้าหมายหรือแหล่งกำเนิดการออกแบบใหม่ที่สามารถ ยับยั้งการหยดของหยด
