引言
ti-si-n是被认为是一种高硬度的膜层,veprek(1999)提出了一种结构模型,认为是非晶包含纳米晶结构。这有点类似于我们见到的沥青和石头混合路面结构。这里的纳米晶尺寸和非晶含量的多少是很讲究的。太多不行,太少也不行。
自从veprek提出这个pvd涂层硬化模型以后,人们进行了很多尝试。利用了不同的方法,如多弧、磁控、复合pvd+pecvd方法等等,都得到了很好的效果。
hipims(也是诞生于1999年)出现以后,人们利用该高能脉冲磁控也尝试了ti-si-n薄膜的制备。俄罗斯科学家制备出的tisin薄膜的硬度可以达到66gpa,这是令人惊奇的。
点睛
1) ti-si-n已经被证明可以具有高硬度、高耐磨特性。
2) 高能脉冲磁控技术(hipims)改变了传统的磁控放电特性,获得了溅射粒子的高度离化。进一步优化了ti-si-n的结构,硬度可以达到66gpa。
内容
索引文献的作者们采用了高功率脉冲磁控溅射方法进行放电(实验室靶的尺寸为100mm直径,5mm厚度,含si10%)。放电电流可以到400a。
他们的放电电源很好,有一个小的初始放电电流,用于稳定放电。这与哈工大研究的dc+pulsehipims是相似的。高能脉冲放电确实有效果,等离子体中有2价的ti和ar离子,而且离子的峰位都很高(见下图)。这会改变膜层的轰击动力学。
在160a的脉冲电流下沉积的膜层元素含量为:ti (约41%)、si(约5%)和n(约55%),膜层沉积了1.2um,膜层的硬度达到了66gpa,而且摩擦系数也很低,仅有0.54。大大提高了耐磨性。
总结
1) 随着pvd硬膜技术的发展,我国等离子体镀膜技术应用方兴未艾。在镀膜时需要在几个技术细节上下功夫,如镀膜前的炉外和炉内清洗、膜层的结构设计、偏压设计、等离子体源的设计以及等离子体电源的设计等等。
尤其等离子体电源设计尤为重要,因为它可能会产生超常规放电,这会引起一系列的非线性、非平衡效应,包括等离子体放电和膜层生长,为膜层结构设计和性能提升提供了极大的想象的空间。
2) 这里是俄罗斯科学家研究的ti-si-n结果,其实在很多方面都可以得到应用。俄罗斯在镀膜放电理论和实践方面做的很出色。
3) 高功率脉冲磁控的好处,这里不再叙述,已经有很多文献报道。可能需要大量的测试和场景验证,才能推进该技术的快速进步和广泛应用。
