Revêtement de TiCN basé sur le placage d'ion d'arc de vide
Jan 09, 2018| Méthodes de préparation du revêtement TiCN
Depuis 1985, After Knotke a publié des recherches sur la technologie de revêtement TiCN. Les gens ont manifesté un grand intérêt pour son excellente résistance à l'oxydation à haute température et ses bonnes performances d'application et ont développé jusqu'à présent une variété de technologie de vaporisation physique. Actuellement, il existe trois méthodes de préparation du revêtement de TiCN: la méthode de placage ionique par magnétron, la méthode de pulvérisation radiofréquence et la méthode de placage ionique multi-arc, dans lesquelles la méthode de placage ionique par magnétron et la méthode de placage ionique multi-arc sont les plus répandues. utilisé et à faible coût.
Magnetron ionisation par pulvérisation cathodique.
La technique de pulvérisation cathodique magnétron a été développée au début des années 1970, comme l'approfondissement de la technologie et de la recherche, elle a été largement utilisée dans le domaine de l'industrialisation des films électriques, optiques et énergétiques, mécaniques, etc. méthodes de film. Dans le processus de revêtement, les ions Ti sont générés en utilisant des ions Ar générés par la décharge luminescente de gaz Ar pour bombarder la cible de Ti, et par une accélération électrostatique voler vers la pièce et ainsi déposer le film. Cette méthode a une vitesse de dépôt élevée, une épaisseur de film d'uniformité, et le placage ionique peut améliorer la capacité de combinaison de l'interface de revêtement et de substrat et rendre l'organisation du film dense. Dans le même temps, les cibles sensibles à la pollution, et le faible taux de dépôt dans le processus de revêtement sont sa principale faiblesse. Il a été constaté que lorsque la pression partielle de carbone et d'azote augmente, la vitesse de dépôt ralentit.
Placage ionique multi-arc.
Le placage ionique multi-arc fait partie d'une méthode de placage ionique améliorée, mise au point par les Soviétiques au début des années 1980, d'abord par l'US Multi-Arc. Le principe de base consiste à prendre la source de métal cible comme cathode, à la décharger par arc entre la coque de l'anode et à faire l'évaporation et l'ionisation de la cible, à former un plasma spatial, puis à déposer le revêtement sur la pièce. Par rapport aux autres technologies membranaires, l'avantage est que la cathode produit directement le plasma et que la cible de la cathode peut être arbitrairement disposée, ce qui simplifie grandement la fixation de l'échantillon. En outre, l'énergie des particules incident multi-arc est élevée, le taux d'ionisation peut atteindre 60% ~ 80%, la densité de la membrane est élevée, la force et la durabilité sont bonnes, l'interface du film et de la matrice est facile à produire et l'adhérence du film est bonne.
La technique de placage ionique à l'arc sous vide utilise un champ électromagnétique de plasma pour filtrer, ce qui peut efficacement réduire ou éliminer les grosses particules. Comparé au revêtement conventionnel d'électrodéposition d'arc, la macro-particule de revêtement d'arc filtrée de type d'arc n'est aucune impureté, structure dense et homogène, et capable de répondre aux exigences de l'optique, film microélectronique. La source d'arc filtré présente également certains inconvénients, à savoir que le diamètre du faisceau est faible, généralement inférieur à 200 nm, et qu'il est difficile de former un réseau de sources multi-arcs, ce qui rend impossible la production en masse de grandes surfaces. le rendement n'est pas élevé, l'efficacité de transmission maximale de la structure de courbure est d'environ 30%, le courant d'ions de seulement 2% à 3% du courant d'arc.
Influence du flux de gaz sur la structure de revêtement
Le changement de la pression partielle de N2 (écoulement) provoquera la pulvérisation de densité d'ions d'azote et le changement d'énergie, impactant la combinaison avec l'atome de métal, modifiant ainsi l'orientation de croissance préférée, affectant ainsi la performance du revêtement. Reserachers a trouvé que sous la pression totale 0.8Pa et Ar coulent 20sccm, quand le flux d'azote est inférieur à 6sccm l'orientation préférée est (111), quand le flux d'azote est supérieur à 6sccm, (111) l'intensité maximale diminue, et (200 ) l'intensité de pointe augmente, principalement parce que dans la structure de fcc-TiCN, (111) l'énergie de surface plane est faible, sous faible flux d'azote migrent vers le plan (111), avec l'augmentation du flux d'azote, le taux de migration atomique diminue mais (200) surface de cristal avec une énergie de surface élevée a une densité de pas élevée, et la distance de diffusion éloignée des points de grille de faible énergie est courte, avantage la croissance préférentielle cristalline le long de la surface cristalline (200). Les chercheurs ont constaté que lorsque le flux d'azote est de 1sccm, les échantillons obtenus sont de structure amorphe, lorsque le flux d'azote est supérieur à 2sccm, il existe une structure colonnaire dans le film, limite de grains existante, lorsque le flux d'azote augmente à 6sccm. respectivement préfère la microstructure de l'isotrope et le raffinement du grain, principalement comme l'augmentation du flux d'azote, le taux de migration atomique est réduit, la surface de la membrane change dans le potentiel chimique local. Les chercheurs ont constaté qu'avec l'augmentation du flux d'azote, le grain recueilli dans le film est moindre, la surface devient dense et lisse, la rugosité diminue progressivement jusqu'à la constante.
La source de carbone utilisée par les chercheurs pour la préparation du TiCN est principalement le gaz C 2 H 2 ou CH 4 , car TiN et TiC sont de structure cubique à faces centrées de type NaCl, le rayon de l'atome N et de l'atome C est très proche, N est 0,071 nm, C est 0,077 nm, les deux peuvent être mutuellement substitués pour former un matériau monophasé TiC (N) ou de TiN (C). Sous certaines conditions, il peut y avoir une structure à deux phases est apparu. Dans le spectre de diffraction XRD, les pics sont très proches, et même certains se chevauchent, ce qui se traduit par la complexité de l'analyse de phase, de sorte qu'il est généralement écrit comme TiCxN1-x.
Facteurs d'influence de la performance du revêtement TiCN
Température
La qualité du revêtement TiCN est principalement affectée par les facteurs de processus tels que la composition, la température et l'atmosphère. La température différente de la matrice provoquera la taille du grain du revêtement, la forme, la structure sont complètement différentes. La température de dépôt trop élevée et la vitesse de dépôt trop rapide provoquent une ramification épaisse du cristal revêtu, affectant la qualité du revêtement; la température de dépôt est trop basse, elle tend à former des sédiments meubles et poreux, affectant la force de liaison du revêtement et de la matrice. Par conséquent, un choix raisonnable de température est une condition nécessaire pour obtenir un revêtement de haute qualité. Mc.Cormell etc. déposé TiCN revêtement sur l'acier inoxydable avec la méthode PVD, y compris que sa dureté, la force de liaison et le coefficient de frottement ne changera pas lorsque la température est inférieure à 250 ℃. Après un traitement thermique de 450 to aux échantillons, le coefficient de frottement du revêtement TiCN est de 0,2 avant 250 ℃, et jusqu'à 0,3 à 250 ℃, mais toujours inférieur au coefficient de frottement de TiN, car le revêtement TiCN joue un rôle de lubrifiant. Des études montrent que lorsque la température est inférieure à 200 ° C, le coefficient de frottement et le taux d'usure du revêtement TiCN augmentent avec l'augmentation de la température.
Biais pulsé
L'existence d'un biais pulsé joue un rôle très important pour réduire la gouttelette et améliorer la qualité du revêtement. Un biais négatif attirant une pièce de pulvérisation de charge positive peut faire en sorte que les ions de titane près de la cible cathodique accélèrent la mouche, augmentent les risques de collision avec l'azote dans le plasma et les gouttelettes et augmentent la force de liaison du titane et de l'azote. Si la pression du vide est maintenue constante, le flux d'azote augmente avec la polarisation négative croissante, mais la teneur en azote dans le film diminue avec l'augmentation de la polarisation négative. Ceci est principalement la capacité de liaison Ti-Ti est plus forte que Ti-N, et avec l'augmentation de la polarisation négative, la capacité de ré-pulvérisation du titane plus fort que l'azote. De plus, avec l'augmentation du biais, les particules de plasma font voler les particules d'énergie au changement de matrice, affectant ainsi la structure organisationnelle du film.
Courant d'arc
Considéré du point de vue de l'application de production industrielle, l'augmentation du courant d'arc peut améliorer la productivité et la dureté du film et la résistance à l'usure. Augmenter le courant d'arc signifie que la température globale de la cible augmente, que les gouttelettes correspondantes augmentent et que la taille des gouttelettes augmente également.
L'augmentation des gouttelettes et de la taille des gouttelettes conduira inévitablement à la diminution de la résistance à la corrosion du film, en particulier des gouttelettes de grand diamètre, avec environ 1/3 enterré dans le film en hauteur et les petits trous irréguliers en bas. Lorsque rencontrent des substances corrosives comme l'acide et l'alcali, etc., ces trous d'abord se corrompre et former des trous en forme d'aiguille, par conséquent, leur existence est la principale raison pour laquelle la résistance à la corrosion du revêtement réduit. Par conséquent, dans l'application pratique, pour la coordination de la contradiction entre l'augmentation du courant d'arc et la gouttelette, certaines méthodes optimisées peuvent être utilisées, comme augmenter la zone d'évaporation de la cible, renforcer l'effet de refroidissement de la cible inhiber les gouttelettes produisent.
