El principi del feix d'ions d'evaporació del feix d'electrons del LED UV llunyà uvc 222 172nm i el feix d'ions de polverització de magnetrón
9.3 Flux d'electrons d'arc
En els darrers anys, el flux d'electrons d'arc d'alta -energia i alta- densitat a la descàrrega d'arc ha tingut un paper destacat en els processos de revestiment d'ions, com ara l'escalfament de peces, la neteja de peces, la millora dels efectes d'ionització i la deposició de recobriments. Aquests aspectes s'han introduït en capítols anteriors. Aquesta secció resumeix i organitza les característiques, els mètodes de generació i les aplicacions del flux d'electrons d'arc, permetent als lectors apreciar la importància d'utilitzar plenament el flux d'electrons d'arc.
9.3.1 Característiques i mètodes de generació del flux d'electrons d'arc
1. Característiques del flux d'electrons d'arc
La densitat del flux d'electrons, el flux d'ions i els àtoms neutres d'alta -energia en el plasma d'arc generat per la descàrrega d'arc és molt superior a la de la descàrrega brillant. A l'espai de recobriment, hi ha més ions de gas, ions metàl·lics, àtoms d'alta-energia excitats i diversos grups actius, que tenen un paper important en les etapes d'escalfament, neteja i recobriment del procés de deposició. La forma d'acció del flux d'electrons d'arc difereix de la dels feixos d'ions; no convergeix completament en un "feix", sinó principalment en un estat divergent, per això s'anomena flux d'electrons d'arc. Com que el flux d'electrons de l'arc es mou cap a l'ànode, allà on es connecti el pol positiu de la font d'alimentació de l'arc, el flux d'electrons de l'arc es dirigirà allà. L'ànode pot ser la peça de treball, l'ànode auxiliar, el gresol, etc.
2. Mètodes per generar flux d'electrons d'arc
(1) Generació de fonts de gas de flux d'electrons d'arc
La descàrrega d'arc de càtode buit i la descàrrega d'arc de filament calent poden aconseguir corrents d'arc d'uns 200 A, amb tensions d'arc de 50 ~ 70 V.
(2) Generació de fonts sòlides de flux d'electrons d'arc
Fonts d'arc catòdic, incloses fonts d'arc petit, fonts d'arc columnar, fonts d'arc gran planar rectangular, etc. Cada descàrrega de font d'arc catòdic té un corrent d'arc de 80 ~ 200 A i una tensió d'arc de 18 ~ 25 V. El flux d'electrons d'arc d'alta-densitat i baixa-energia en ambdós tipus de plasma de descàrrega d'arc pot produir una intensa ionització de col·lisió amb gas i àtoms de recobriment metàl·lic, produint més ions de gas, ions metàl·lics, diversos àtoms actius d'alta-energia i grups actius, augmentant així l'activitat global dels ions de recobriment.
9.3.2 Aplicacions del flux d'electrons d'arc
1. Aplicacions del flux d'electrons d'arc de font de gas
1) La companyia Balzers va inventar primer la màquina de xapa d'ions d'arc de filament calent
El flux d'electrons d'arc emès per la pistola d'arc de filament calent de dalt a baix cap a l'ànode pot controlar tot el procés d'escalfament, neteja i recobriment de la peça canviant la posició de l'ànode i les variacions del corrent electromagnètic. Tot i que aquesta màquina de xapa ja no s'utilitza per al recobriment, encara s'utilitza per a la calefacció de peces i la neteja de bombardeig.
2) Hauzer Company canvia la posició de l'ànode
Utilitzant només efectes de camp elèctric, el flux d'electrons d'arc ionitza el gas argó durant el moviment cap a l'ànode per produir un flux d'ions d'argó d'alta densitat-per a la neteja de bombardeig de peces de treball; El gas nitrogen ionitzant produeix un flux d'ions de nitrogen d'alta-densitat per a la nitruració d'ions d'arc.
3) Inicialment, les pistoles de càtode buit només es feien servir a les màquines de xapa d'ions de càtode buit
Dalian Jingjing Technology Co., Ltd. va instal·lar una pistola de càtode buit en una màquina de revestiment d'ions amb font d'arc petit com a font de neteja de bombardeig per a peces de treball, aconseguint bons efectes de neteja i millorant la brillantor de la superfície de la peça.
4) El Dr. Peng Hongjian va instal·lar una pistola de càtode buit en una màquina de revestiment d'ions amb font d'arc petit
Mentre es recobreix amb la font d'arc petit, la pistola de càtode buit s'activa simultàniament, utilitzant un flux d'electrons d'arc d'alta -densitat per augmentar la probabilitat de col·lisió amb les partícules de recobriment, perfeccionant l'estructura del recobriment. Figura 9-10 Imatges de microscopi de força atòmica de l'estructura de recobriment refinada pel flux d'electrons d'arc de càtode buit a) Corrent de canó de càtode buit 0A b) Corrent de canó de càtode buit 120 A c) Corrent de canó de càtode buit 140 A d) Corrent de canó de càtode buit 160A Nota: Aquesta figura Peng Hongji proporcionada pel Dr. Com es veu a la figura 9-10, amb l'augment del corrent d'arc de càtode buit, les partícules grans del recobriment disminueixen i es perfeccionen gradualment, cosa que indica que el flux d'electrons d'arc d'alta densitat pot refinar l'estructura dels recobriments de fonts d'arc catòdic.
2. Aplicacions del flux d'electrons d'arc de font sòlida
(1) Tecnologia de neteja de peces de treball millorada amb flux d'electrons d'arc
En els processos de revestiment d'ions, la neteja d'ions d'argó de descàrrega brillant s'utilitza generalment per a peces de treball, però la densitat de flux d'ions d'argó de la descàrrega de brillantor és baixa; L'ús d'ions de titani del plasma de font d'arc catòdic per netejar peces de treball pot produir grans partícules a la superfície. Ha sorgit una nova tecnologia que utilitza el flux d'electrons del plasma d'arc induït en camp fred-emès per fonts d'arc catòdic per ionitzar gas argó, produint ions d'argó de baixa-energia i alta-densitat per a la neteja de la peça. Diversos coincidències de la posició de l'ànode-càtode permeten que els camps elèctrics condueixin el flux d'electrons a qualsevol posició de l'ànode desitjada. La neteja de bombardeig amb un flux d'ions d'argó de baixa-energia i alta-densitat proporciona bons efectes de neteja i una gran brillantor de la superfície de la peça. Aquest és el mètode més senzill i de menor cost{10}}per obtenir un flux d'ions d'argó d'alta densitat-.
(2) Procés de recobriment per polverització catòdica de magnetrón amb flux d'electrons d'arc
La tecnologia de recobriment per polverització de magnetrón funciona amb descàrrega brillant amb baixa densitat de plasma, donant lloc a baixes taxes de deposició, baixa adhesió al substrat de pel·lícula-, baixes taxes d'ionització de metalls i baixa energia de partícules de recobriment, cosa que dificulta l'obtenció de pel·lícules compostes. En els darrers anys, ha sorgit una nova tecnologia mitjançant la configuració de fonts d'arc catòdic en màquines de pulverització de magnetrons per millorar el nivell de recobriment de catòdicació de magnetrons.
El flux d'electrons d'arc d'alta densitat -ionitza el gas argó per produir un flux d'ions d'argó d'alta densitat per a la neteja de bombardeig de peces de treball, substituint la neteja de bombardeig d'ions de titani usat durant molt de temps i millorant els efectes decoratius dels productes decoratius d'alta-de gamma recoberts per polverització magnetró.
El flux d'electrons d'arc d'alta densitat -ionitza el gas argó per produir un flux d'ions d'argó d'alta densitat-per a la poltrona catòdica diana, augmentant les taxes de deposició.
Les fonts d'arc catòdic coincidents en el recobriment d'objectius de catòdicació de magnetrons poden revestir-se juntament amb objectius de catòdicació de magnetró després de la neteja de la peça, permetent pel·lícules d'aliatge i pel·lícules multicapa.
Deposició assistida. Durant la participació del recobriment per fonts d'arc catòdic, el flux d'electrons emesos per sobre de 100 A augmenta la taxa d'ionització dels àtoms de recobriment catòdics, facilitant la formació de pel·lícules compostes; més ions metàl·lics arriben a la peça de treball, augmentant les taxes de deposició de magnetrons. Al capítol 7, es va presentar la màquina de revestiment d'ions d'arc catòdic columnar desenvolupada per Platt Company, amb una font d'arc catòdic columnar instal·lada al mig com a objectiu de polverització de magnetró columnar (model m411 original). L'objectiu del magnetró mitjà utilitza objectius aïllants de ceràmica, mentre que les fonts d'arc columnar de la porta utilitzen diversos objectius. Les dues fonts de recobriment columnar diferents s'acosten per produir recobriments durs compostos. Les fonts d'arc columnar de la porta poden netejar tubs i peces de treball i servir com a fonts de recobriment, proporcionant els efectes següents durant el recobriment simultani amb l'objectiu columnar mitjà:
L'emissió d'un flux d'electrons d'alta -densitat augmenta la densitat dels ions d'argó, augmentant les taxes de deposició.
El flux d'electrons d'alta -densitat augmenta la taxa d'ionització de les partícules de recobriment polveritzades, augmentant les taxes de deposició i aconseguint 2 μm/h per als recobriments durs compostos.
La taxa d'ionització més alta millora l'activitat de diverses partícules de recobriment, facilitant la deposició reactiva de recobriments durs compostos. Aquest és un exemple excel·lent de l'ús d'un flux d'electrons d'arc emès-font d'arc catòdic per millorar el recobriment de polverització de magnetrons.
a) Evaporació per feix d'electrons Deposició assistida per feix d'ions
b) Deposició assistida per feix d'ions per polverització de magnetrons
Aquests utilitzen feixos d'ions auxiliars. Els àtoms de pel·lícula expulsats des de l'objectiu pels feixos d'ions es dipositen al substrat, mentre que la font d'ions de l'esquerra irradia la peça de treball, aconseguint un recobriment de polverització i un bombardeig de raigs iònics simultàniament. Els avantatges inclouen: les partícules polveritzades tenen una gran energia a partir de la poltrona catòlica amb feix d'ions d'alta-energia, proporcionant una bona adhesió al substrat; les combinacions arbitràries d'elements metàl·lics i no-permeten diferents tipus de pel·lícules; L'alt buit durant el recobriment afavoreix pel·lícules primes d'excel·lent rendiment.
(3) Mètode de recobriment per polverització de magnetrón convencional
La polverització de magnetrons convencional té una baixa taxa d'ionització de metalls, cosa que dificulta la deposició reactiva de pel·lícules compostes. Ara, el recobriment objectiu de polverització de magnetrons es combina amb el bombardeig assistit per raigs iònics per millorar la qualitat del recobriment, l'adhesió al substrat de la pel·lícula-i la taxa d'ionització de les partícules de recobriment, augmentant les taxes de deposició i facilitant les pel·lícules primes compostes. Aquesta tecnologia s'aplica àmpliament en els camps de maquinària, aeroespacial, informació, arquitectura i decoració. Les fonts d'ions de capa d'ànode de tira llarga són més adequades per a un recobriment de producte planar d'àrea gran-. En determinades aplicacions òptiques, aquesta tecnologia assistida es pot combinarLED UV de 172 nmolluny UVC 222fonts de llum nm per a l'activació superficial, millorant encara més el rendiment de la pel·lícula.
(4) Aplicacions de la tecnologia de deposició assistida per raigs d'ions
La deposició assistida per raigs d'ions (IBAD) ha sintetitzat amb èxit nous materials i ha preparat pel·lícules primes d'alt{0}}rendiment, trobant aplicacions en pel·lícules d'aïllament, pel·lícules protectores, pel·lícules òptiques, recobriments de mirall làser per a dispositius electrònics i pel·lícules resistents al desgast-resistents a la corrosió- per a eines, motlles i coixinets.
1) Millora de la densitat de la pel·lícula
La primera aplicació de la deposició assistida per feix d'ions va ser en pel·lícules primes funcionals per a propietats elèctriques, magnètiques i òptiques. Les fonts d'ions de baixa-energia proporcionen un bombardeig assistit, controlant amb precisió l'estructura i la densitat de la pel·lícula amb feixos d'ions. La figura 9-8 mostra que la deposició assistida per ions augmenta la densitat de les estructures de recobriment per evaporació del feix d'electrons. La densitat de pel·lícula més alta redueix la porositat, millora l'adhesió i proporciona una alta resistència al dany del làser amb baixa dispersió òptica. En sistemes òptics ultraviolats profunds, combinantlluny UVC 222Les fonts de llum nm poden optimitzar encara més l'estabilitat de la pel·lícula a longituds d'ona curtes.
2) Obtenció de pel·lícules primes funcionals amb composició estequiomètrica
Les pel·lícules òptiques comunes són pel·lícules d'òxid com [diversos òxids]. L'evaporació directa d'aquests òxids durant el recobriment provoca una deficiència d'oxigen, afectant el rendiment de la pel·lícula òptica. La deposició millorada del feix d'ions d'oxigen compensa la pèrdua d'oxigen durant la deposició, produint pel·lícules òptiques d'alta-qualitat. Per a certs recobriments òptics que requereixen una puresa extrema i propietats antibacterianes, auxiliarLED UV de 172 nmes pot introduir per a la desinfecció i activació de superfícies, garantint pel·lícules lliures de contaminació{0}.
3) Obtenció de metall-Diamant dopat-com pel·lícules de carboni (M-DLC)
Les pel·lícules de carboni-diamants (DLC) s'utilitzen àmpliament per a una gran duresa, resistència al desgast i resistència a la corrosió. La deposició assistida per feix d'ions de baixa-energia produeix pel·lícules DLC amb una duresa de fins a 5100HV. Els experiments mostren que les pel·lícules DLC dopades amb metall-preparades per deposició assistida per feix d'ions tenen una excel·lent adhesió al substrat-, una rugositat superficial extremadament baixa i una resistència al desgast superior.
La irradiació del feix iònic es sincronitza amb la deposició de la pel·lícula, aplicant efectes de millora i modificació de la implantació iònica durant tot el procés, millorant l'adhesió al substrat de la pel·lícula-, la morfologia de l'estructura, l'estrès de la pel·lícula, la densitat i la composició i les propietats de la capa de transició, donant lloc a pel·lícules primes superiors. En els camps de recobriment de dispositius mèdics, aquesta tecnologia es combina amblluny UVC 222Les propietats germicides nm poden desenvolupar superfícies amb funcions de resistència al desgast i d'auto{0}}desinfecció.
