Das Prinzip des fernen UVC 222 172 nm UV-LED-Elektronenstrahl-Verdampfungs-Ionenstrahls und des Magnetron-Sputter-Ionenstrahls
9.3 Bogenelektronenfluss
In den letzten Jahren hat der hochenergetische Bogenelektronenfluss mit hoher-Dichte in der Bogenentladung eine herausragende Rolle bei Ionenplattierungsprozessen gespielt, beispielsweise beim Erhitzen von Werkstücken, Reinigen von Werkstücken, Verstärken von Ionisierungseffekten und Beschichtungsabscheidung. Diese Aspekte wurden in den vorherigen Kapiteln vorgestellt. In diesem Abschnitt werden die Eigenschaften, Erzeugungsmethoden und Anwendungen des Lichtbogenelektronenflusses zusammengefasst und organisiert, sodass der Leser die Bedeutung der vollständigen Nutzung des Lichtbogenelektronenflusses erkennen kann.
9.3.1 Eigenschaften und Erzeugungsmethoden des Lichtbogenelektronenflusses
1. Eigenschaften des Lichtbogenelektronenflusses
Die Dichte des Elektronenflusses, des Ionenflusses und der hochenergetischen neutralen Atome im durch die Bogenentladung erzeugten Lichtbogenplasma ist viel höher als bei der Glimmentladung. Im Beschichtungsraum befinden sich mehr Gasionen, Metallionen, angeregte hochenergetische Atome und verschiedene aktive Gruppen, die eine wichtige Rolle in den Heiz-, Reinigungs- und Beschichtungsphasen des Abscheidungsprozesses spielen. Die Wirkungsform des Bogenelektronenflusses unterscheidet sich von der der Ionenstrahlen; Es ist nicht vollständig zu einem „Strahl“ konvergiert, sondern größtenteils in einem divergenten Zustand, weshalb es als Bogenelektronenfluss bezeichnet wird. Da sich der Lichtbogenelektronenfluss zur Anode bewegt, wird der Lichtbogenelektronenfluss überall dort hin gerichtet, wo der Pluspol der Lichtbogenstromversorgung angeschlossen ist. Die Anode kann das Werkstück, die Hilfsanode, der Tiegel usw. sein.
2. Methoden zur Erzeugung eines Lichtbogenelektronenflusses
(1) Gasquellenerzeugung des Lichtbogenelektronenflusses
Hohlkathoden-Bogenentladung und Heißfaden-Bogenentladung können Lichtbogenströme von etwa 200 A bei Lichtbogenspannungen von 50–70 V erreichen.
(2) Erzeugung des Lichtbogenelektronenflusses durch eine feste Quelle
Kathodische Lichtbogenquellen, einschließlich kleiner Lichtbogenquellen, säulenförmiger Lichtbogenquellen, rechteckiger, planarer großer Lichtbogenquellen usw. Jede kathodische Lichtbogenquellenentladung hat einen Lichtbogenstrom von 80 bis 200 A und eine Lichtbogenspannung von 18 bis 25 V. Der hoch{6}dichte, nieder{7}}energetische Bogenelektronenfluss in beiden Arten von Bogenentladungsplasmen kann eine intensive Kollisionsionisation mit Gas- und Metallbeschichtungsatomen erzeugen, wodurch mehr Gasionen, Metallionen, verschiedene hoch{8}}aktive Atome und aktive Gruppen entstehen und dadurch die Gesamtaktivität der Beschichtungsionen erhöht wird.
9.3.2 Anwendungen des Lichtbogenelektronenflusses
1. Anwendungen des Gasquellen-Lichtbogen-Elektronenflusses
1) Balzers Company erfand als erster die Hot-Filament-Arc-Ionenplattierungsmaschine
Der von der heißen Glühfaden-Lichtbogenpistole von oben nach unten in Richtung Anode emittierte Lichtbogenelektronenfluss kann den gesamten Prozess des Erhitzens, Reinigens und Beschichtens des Werkstücks steuern, indem er die Anodenposition und elektromagnetische Stromschwankungen ändert. Obwohl diese Beschichtungsmaschine nicht mehr zum Beschichten verwendet wird, wird sie immer noch zum Erwärmen von Werkstücken und zur Bombardierungsreinigung eingesetzt.
2) Hauzer Company ändert Anodenposition
Der Lichtbogen-Elektronenfluss nutzt ausschließlich elektrische Feldeffekte und ionisiert das Argongas während der Bewegung zur Anode, um einen hochdichten Argon-Ionenfluss für die Bombardierungsreinigung von Werkstücken zu erzeugen. Ionisierendes Stickstoffgas erzeugt einen Stickstoffionenfluss mit hoher-Dichte für die Lichtbogen-Ionennitrierung.
3) Ursprünglich wurden Hohlkathodenpistolen nur in Hohlkathoden-Ionenbeschichtungsmaschinen verwendet
Dalian Jingjing Technology Co., Ltd. installierte eine Hohlkathodenkanone in einer kleinen Ionenplattierungsmaschine mit Lichtbogenquelle als Bombardierungsreinigungsquelle für Werkstücke, wodurch gute Reinigungseffekte erzielt und die Helligkeit der Werkstückoberfläche verbessert wurden.
4) Dr. Peng Hongjian installierte eine Hohlkathodenkanone in einer Ionenplattierungsmaschine mit kleiner Lichtbogenquelle
Während der Beschichtung mit der kleinen Lichtbogenquelle wird gleichzeitig die Hohlkathodenkanone aktiviert, die einen hochdichten Lichtbogenelektronenfluss nutzt, um die Kollisionswahrscheinlichkeit mit Beschichtungspartikeln zu erhöhen und die Beschichtungsstruktur zu verfeinern. Abbildung 9-10 Rasterkraftmikroskopbilder der Beschichtungsstruktur, verfeinert durch Hohlkathodenbogen-Elektronenfluss a) Hohlkathodenkanonenstrom 0 A b) Hohlkathodenkanonenstrom 120 A c) Hohlkathodenkanonenstrom 140 A d) Hohlkathodenkanonenstrom 160 A Hinweis: Diese Abbildung wurde von Dr. Peng Hongjian bereitgestellt. Wie in Abbildung 9-10 zu sehen ist, nehmen mit zunehmendem Hohlkathodenlichtbogenstrom große Partikel in der Beschichtung allmählich ab und verfeinern sich, was darauf hindeutet, dass ein hochdichter Lichtbogenelektronenfluss die Struktur von Beschichtungen aus kathodischen Lichtbogenquellen verfeinern kann.
2. Anwendungen des Feststofflichtbogen-Elektronenflusses
(1) Arc Electron Flow Enhanced Werkstückreinigungstechnologie
Bei Ionenplattierungsprozessen wird im Allgemeinen die Glimmentladungs-Argonionenreinigung für Werkstücke verwendet, aber die Argonionenflussdichte durch Glimmentladung ist gering; Durch die Verwendung von Titanionen aus kathodischem Lichtbogenquellenplasma zur Reinigung von Werkstücken können große Partikel auf der Oberfläche entstehen. Es ist eine neue Technologie entstanden, die den Elektronenfluss aus einem durch ein Kaltfeld-induzierten Lichtbogenplasma, das von kathodischen Lichtbogenquellen emittiert wird, nutzt, um Argongas zu ionisieren und so Argonionen mit niedriger{2}}Energie und hoher-Dichte für die Werkstückreinigung zu erzeugen. Verschiedene Kathoden--Anodenpositionsübereinstimmungen ermöglichen es elektrischen Feldern, den Elektronenfluss zu jeder gewünschten Anodenposition zu treiben. Die Bombardierungsreinigung mit einem Argonionenstrom mit niedriger -Energie und hoher-Dichte sorgt für gute Reinigungseffekte und eine hohe Helligkeit der Werkstückoberfläche. Dies ist die einfachste und kostengünstigste Methode, um einen Argonionenfluss mit hoher-Dichte zu erhalten.
(2) Arc Electron Flow Enhanced Magnetron Sputtering Coating Process
Die Magnetron-Sputtering-Beschichtungstechnologie arbeitet mit Glimmentladung mit niedriger Plasmadichte, was zu niedrigen Abscheidungsraten, geringer Filmsubstrathaftung, niedrigen Metallionisierungsraten und niedriger Beschichtungspartikelenergie führt, was es schwierig macht, Verbundfilme zu erhalten. In den letzten Jahren ist eine neue Technologie entstanden, bei der kathodische Lichtbogenquellen in Magnetron-Sputtermaschinen konfiguriert werden, um den Grad der Magnetron-Sputterbeschichtung zu verbessern.
Ein Bogenelektronenfluss mit hoher -Dichte ionisiert Argongas, um einen hochdichten Argonionenfluss für die Bombardierungsreinigung von Werkstücken zu erzeugen. Er ersetzt die seit langem verwendete Titanionen-Bombardierungsreinigung und verbessert die dekorativen Effekte für hochwertige dekorative Produkte, die durch Magnetronsputtern beschichtet werden.
Ein Bogenelektronenfluss mit hoher -Dichte ionisiert Argongas, um einen Argonionenfluss mit hoher -Dichte für das Targetsputtern zu erzeugen und so die Abscheidungsraten zu erhöhen.
Abgestimmte kathodische Lichtbogenquellen bei der Beschichtung von Magnetron-Sputtertargets können nach der Reinigung des Werkstücks zusammen mit Magnetron-Sputtertargets beschichtet werden, wodurch Legierungsfilme und Mehrschichtfilme ermöglicht werden.
Unterstützte Ablagerung. Während der Beschichtungsbeteiligung durch kathodische Lichtbogenquellen erhöht der emittierte Elektronenfluss über 100 A die Ionisierungsrate der gesputterten Beschichtungsatome und erleichtert so die Bildung eines Verbundfilms. Mehr Metallionen erreichen das Werkstück, wodurch die Abscheidungsraten beim Magnetronsputtern erhöht werden. In Kapitel 7 wurde die von Platt Company entwickelte säulenkathodische Lichtbogen-Ionenplattierungsmaschine vorgestellt, in deren Mitte eine säulenförmige kathodische Bogenquelle als säulenförmiges Magnetron-Sputtertarget installiert ist (ursprüngliches m411-Modell). Das mittlere Magnetron-Sputtertarget verwendet keramische Isoliertargets, während Türsäulenbogenquellen verschiedene Targets verwenden. Die beiden unterschiedlichen säulenförmigen Beschichtungsquellen beschichten sich miteinander, um zusammengesetzte Hartbeschichtungen zu erzeugen. Tür-Säulenlichtbogenquellen können Targetrohre und Werkstücke reinigen und als Beschichtungsquellen dienen, wodurch bei gleichzeitiger Beschichtung mit dem mittleren Säulentarget folgende Effekte erzielt werden:
Die Emission eines Elektronenflusses mit hoher -Dichte erhöht die Argonionendichte und erhöht die Abscheidungsraten.
Ein Elektronenfluss mit hoher -Dichte erhöht die Ionisierungsrate der gesputterten Beschichtungspartikel, erhöht die Abscheidungsraten und erreicht 2 μm/h für Verbundhartbeschichtungen.
Eine höhere Ionisierungsrate erhöht die Aktivität verschiedener Beschichtungspartikel und erleichtert so die reaktive Abscheidung von Verbundhartbeschichtungen. Dies ist ein hervorragendes Beispiel für die Verwendung des von einer kathodischen Lichtbogenquelle-emittierten Lichtbogenelektronenflusses zur Verbesserung der Magnetron-Sputterbeschichtung.
a) Elektronenstrahlverdampfung, ionenstrahlunterstützte Abscheidung
b) Magnetron-Sputtering-Ionenstrahl-unterstützte Abscheidung
Diese nutzen Hilfsionenstrahlen. Durch Ionenstrahlen vom Target gesputterte Filmatome lagern sich auf dem Substrat ab, während die Ionenquelle auf der linken Seite das Werkstück bestrahlt und so eine gleichzeitige Sputterbeschichtung und Ionenstrahlbeschuss erreicht. Zu den Vorteilen gehören: Die gesputterten Partikel haben eine hohe Energie durch hochenergetisches Ionenstrahlsputtern und sorgen so für eine gute Haftung auf dem Substrat. Beliebige Kombinationen von Metall- und Nichtmetallelementen ermöglichen verschiedene Filmtypen. Ein hohes Vakuum während der Beschichtung begünstigt eine hervorragende Leistung dünner Filme.
(3) Herkömmliches Magnetron-Sputtering-Beschichtungsverfahren
Herkömmliches Magnetronsputtern weist eine niedrige Metallionisierungsrate auf, was die reaktive Abscheidung von Verbundfilmen erschwert. Jetzt wird die Magnetron-Sputter-Targetbeschichtung mit einem ionenstrahlunterstützten Bombardement kombiniert, um die Beschichtungsqualität, die Haftung des Filmsubstrats und die Ionisierungsrate der Beschichtungspartikel zu verbessern, wodurch die Abscheidungsraten erhöht und die Bildung dünner Verbundfilme erleichtert wird. Diese Technologie wird häufig in den Bereichen Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt, Information, Architektur und Dekoration eingesetzt. Ionenquellen mit langen Streifenanodenschichten eignen sich besser für die großflächige planare Produktbeschichtung. Bei bestimmten optischen Anwendungen kann diese unterstützte Technologie kombiniert werden172 nm UV-LEDoderweit UVC 222nm-Lichtquellen zur Oberflächenaktivierung, wodurch die Filmleistung weiter verbessert wird.
(4) Anwendungen der ionenstrahlunterstützten Abscheidungstechnologie
Durch die ionenstrahlunterstützte Deposition (IBAD) wurden erfolgreich neuartige Materialien synthetisiert und hochleistungsfähige Dünnfilme hergestellt, die Anwendung finden in Isolierfilmen, Schutzfilmen, optischen Filmen, Laserspiegelbeschichtungen für elektronische Geräte und verschleißfesten, korrosionsbeständigen Filmen für Werkzeuge, Formen und Lager.
1) Verbesserung der Filmdichte
Die früheste Anwendung der ionenstrahlgestützten Abscheidung erfolgte in funktionellen Dünnfilmen für elektrische, magnetische und optische Eigenschaften. Niedrigenergie-Ionenquellen ermöglichen eine unterstützte Bombardierung und steuern die Filmstruktur und -dichte mithilfe von Ionenstrahlen präzise. Abbildung 9-8 zeigt, dass die ionenunterstützte Abscheidung die Dichte von Beschichtungsstrukturen durch Elektronenstrahlverdampfung erhöht. Eine höhere Filmdichte verringert die Porosität, verbessert die Haftung und sorgt für eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Laserschäden bei geringer optischer Streuung. In optischen Systemen im tiefen Ultraviolett wird kombiniertweit UVC 222nm-Lichtquellen können die Filmstabilität bei kurzen Wellenlängen weiter optimieren.
2) Erhalt funktioneller dünner Filme mit stöchiometrischer Zusammensetzung
Übliche optische Filme sind Oxidfilme wie [verschiedene Oxide]. Die direkte Verdampfung dieser Oxide während der Beschichtung führt zu Sauerstoffmangel und beeinträchtigt die Leistung des optischen Films. Die durch Sauerstoffionenstrahlen verstärkte Abscheidung gleicht den Sauerstoffverlust während der Abscheidung aus und erzeugt hochwertige optische Filme. Für bestimmte optische Beschichtungen, die extreme Reinheit und antibakterielle Eigenschaften erfordern, Hilfsstoff172 nm UV-LEDkönnen zur Oberflächendesinfektion und -aktivierung eingesetzt werden, um kontaminationsfreie-Filme zu gewährleisten.
3) Gewinnung metalldotierter Diamant-ähnlicher Kohlenstofffilme (M-DLC)
Filme aus diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC) werden häufig für hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit verwendet. Durch die niederenergetische ionenstrahlgestützte Abscheidung werden DLC-Filme mit einer Härte von bis zu 5100 HV erzeugt. Experimente zeigen, dass metalldotierte DLC-Filme, die durch ionenstrahlgestützte Abscheidung hergestellt wurden, eine ausgezeichnete Filmsubstrathaftung, eine extrem geringe Oberflächenrauheit und eine hervorragende Verschleißfestigkeit aufweisen.
Die Ionenstrahlbestrahlung synchronisiert sich mit der Filmabscheidung und wendet während des gesamten Prozesses Verstärkungs- und Modifikationseffekte durch Ionenimplantation an, wodurch die Haftung des Filmsubstrats, die Strukturmorphologie, die Filmspannung, die Dichte sowie die Zusammensetzung und Eigenschaften der Übergangsschicht verbessert werden, was zu überlegenen dünnen Filmen führt. In Bereichen der Beschichtung medizinischer Geräte wird diese Technologie mit kombiniertweit UVC 222nm keimtötende Eigenschaften können Oberflächen mit sowohl Verschleißfestigkeit als auch Selbstdesinfektionsfunktionen entwickeln.
