第二十讲 真空离子镀膜

<正>13真空阴极电弧离子镀13.l概述真空阴极电弧离子镀简称真空电弧镀(Vacuum arc plating)。如采用两个或两个以上真空电弧蒸发源(简称电弧源)时,则称为多弧离子镀或多弧镀。它是把真空弧光放电用于蒸发源的一种真空离子镀膜技术,它与空心阴极放电的热(接2019年第4期第80页)     

真空电弧镀DZ22合金NiCrAlY涂层性能研究

真空电弧镀ＤＺ２２合金ＮｉＣｒＡｌＹ涂层性能研究北京航空材料研究所吴凤筠一、前言真空电弧镀膜设备Ａ１０００采用电弧放电直接蒸发镀膜材料制成的阴极靶，与同类型镀膜设备一样有如下特点：ａ．金属阴极蒸发源不熔化；ｂ．由磁场控制电弧放电，可细化膜层微粒；ｃ．...     

用于真空电弧离子镀膜的受控电弧蒸发源

本文在研究了阴极弧斑运动规律的基础上，发展了多功能受控电弧蒸发源，它可在自由电弧状态下运行，而在２００～２５０Ａ高参数运行时，可使阴极弧斑覆盖几乎整个阴极表面且多轨迹旋转，使阴极烧蚀均匀，提高了镀膜沉积速率，薄膜质量也相应提高。研制的另一种环形阴极旋转电弧蒸发源，可基本消除液滴，使阴极利用率更高。     

电弧离子镀中真空电弧稳定性控制方法

电弧离子镀技术中真空电弧的工作稳定性对于制备高质量的涂层至关重要。本研究通过在一系列工艺条件下开展电弧离子镀镀膜实验,研究和分析了电弧离子镀中磁场、靶面污染物、靶面温度、靶面尺寸和形貌、维弧电流以及工作气体种类和压力对真空电弧稳定性的影响,从而得出了提高电弧稳定性的控制方法。     

应用于工具镀膜的磁场辅助离子镀弧源及其放电特性分析

针对几种应用于工具镀膜的磁场控制的电弧离子镀弧源,分析了其结构、工作原理以及弧斑运动、放电特性;比较了不同磁场辅助受控弧源的靶结构及磁场位形,并讨论了对弧斑运动、放电及镀膜工艺的影响;对磁场控制的电弧离子镀弧源的发展进行了展望。     

多弧离子镀弧源靶工作条件对氮化钛薄膜中钛液滴的影响

本文研究了阴极靶弧电流大小、阴极靶表面热弧斑运动轨迹的电磁场控制、以及阴极靶脉冲弧沉积对多弧离子镀TiN薄膜中Ti液滴的影响。通过优化镀膜参数,可以有效地减少Ti液滴的数量和尺寸,提高TiN薄膜／工件基体之间的结合力。     

交流与直流真空电弧等离子体特性比较分析

应用COMSOL多物理场仿真软件,基于电磁学与流体动力学理论建立真空电弧等离子体的流体—化学混合模型,数值模拟真空断路器灭弧室中交流与直流真空电弧放电过程。考虑粒子的经典扩散、漂移、碰撞、电离、激发的影响,研究纵向磁场作用下交流与直流电弧等离子体参数的分布。仿真结果表明:电弧放电过程中,交、直流真空电弧燃弧特性即存在相似性也存在明显不同;纵向磁场直接影响交流与直流真空电弧的发展及电弧微观粒子(电子与离子等)的密度与温度等的空间分布。如相同电流激励下,交流电弧与直流电弧等离子体参数分布相似;由于交流电弧能量下降更快,相比直流电弧其更容易被开断;纵向磁场的作用会减小阳极触头表面的电子温度,削弱阴极表面的离子速度,减少真空电弧金属蒸气的电离率。     

新型双弯曲磁过滤阴极真空电弧沉积系统的磁场模拟计算

本文用ANSYS软件对新型的45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧沉积系统中的磁场分布进行了模拟计算,并结合等离子体传输和电弧源弧斑运行稳定性进行了分析。在建立的数学模型基础上,分别研究了磁过滤弯管磁场空间分布对拟定的不同出射方向上的111个碳离子束的传输行为影响,和外加永久磁体对电弧源附近磁场空间分布的影响。结果表明,在优化的磁过滤弯管磁场空间分布情况下,111个碳离子束流可全部通过磁过滤弯管,并高效传输到基材表面。当电弧靶源后部的外加永久磁体磁化方向与弯管上的磁化方向相反,且磁矫顽力大于600 kA/m时,阴极靶弧源附近的磁力线空间分布更利于控制阴极弧斑长时间运行稳定性,这对延长弧斑寿命、提高等离子体的沉积效率、提高靶材表面刻蚀均匀性和获得高性能的ta-C薄膜生长具有重要理论意义。     

电磁场对电弧离子镀沉积AlTiN涂层的影响

主要研究电磁场对电弧离子镀沉积AlTiN涂层的影响。通过改变电磁场的电压,研究阴极弧斑在不同电磁场下的运动现象以及AlTiN涂层的微观结构和力学性能。结果表明阴极弧斑的运动受磁场电压的影响。增加磁场电压,弧斑更多的在电弧靶中心区域聚集。AlTiN涂层的大颗粒分布、沉积速率、微观结构和硬度相应地受电磁场电压的影响。文章对相关机理进行了研究。     

纵向磁场对直流真空电弧等离子体发展进程的影响研究

从微观角度出发,数值模拟直流真空电弧燃弧初期电弧的发展进程,研究纵向磁场对电弧等离子体参数输运特性的影响。建立电弧等离子体流体-化学混合模型,仿真研究纵向磁场作用下的电弧运动特性。数值模拟电弧等离子体中粒子输运特性,以得到电弧等离子体参数随磁场变化规律。仿真结果表明:纵向磁场分布对直流真空电弧放电初期粒子的数密度与温度等参数的作用,直接影响电弧的发生与发展。研究并分析了直流真空电弧燃弧初期的过程。     

多弧沉积技术综述

自从八十年代初多弧镀设备成功地在刀具、模具上镀氮化钛镀层以来,多弧镀受到广泛的关注。国内刀具行业纷纷引进设备,许多研究所和设备制造厂也相继研制,“多弧”热的浪潮一度掀起。如何客观地评价这一技术呢?如何合理地利用它的长处呢?本文想在目前所了解的资料的基础上作一综述。 一、多弧镀的概述 1.什么是多弧镀 多弧镀是一种利用真空电弧放电的沉积技术。但它不是空芯阴极放电的那种热电子电弧,而是一种非热电子电弧。它的电弧形式是在冷阴极表面上形成一个或多个阴极电弧斑点。过些斑点具有高的电流密度,从而使阴极材料汽化,形成金属…     

真空阴极弧离子镀类金刚石碳（DLC）膜的碳弧稳定性研究

选用氩气、氩气加氢气、氩气加乙炔等气体作为介质，石墨作为靶材进行真空阴极弧离子镀来制备类金刚石碳膜。石墨电弧有其独特的电弧特性曲线，不同气体介质对碳弧特性的影响不同，磁场的大小对电弧的稳定性有很大作用，碳弧下基片偏流随电弧电压的增加而减小，试验得到表面光滑的类金刚石碳（DLC）膜，对膜的表面进行了SEM分析。     

脉冲真空电弧离子源工艺参数对薄膜厚度分布的影响

薄膜厚度的均匀性是影响沉积方法应用的一个重要的因素，利用脉冲真空电弧离子镀技术在Si基片上沉积山类金刚石薄膜，采用轮廓仪对膜的厚度进行了测量，研究服不同工艺参数对薄膜均匀性的影响。实验结果表明：脉冲离子源阴极和基片的距离，主回路工作电压以及沉积频率对薄膜均匀性有不同程度的影响。根据分析结果，找出最佳工艺参数，通过比较两种离子源的结果表明，离子源结构对其镀膜均匀性有较大的影响。     

多弧离子镀中磁场对电弧运动影响的研究

多弧离子镀技术中的关键部件是蒸发源,蒸发源的电弧放电特性受磁场的严格控制。本文对真空电弧等离子体在磁场中的受力进行了分析,研究了磁场对电弧运动的影响规律。     

电弧离子镀弧源的研制进展

电弧离子镀作为一种经典的PVD技术已经在涂层领域得到了长足的发展,但沉积过程中产生的宏观大颗粒问题限制了其在纳米功能涂层中的应用.弧源作为电弧离子镀膜设备的核心部件,是宏观大颗粒产生的源头,直接决定镀膜系统的成膜质量.阐述了三类不同靶材形式传统弧源的特点,分析总结了近年来新型弧源研究和应用现状,综述了新型弧源在控弧磁场...     

阴极电弧离子镀膜技术的进步

阴极电弧离子镀膜技术是国内外沉积工模具硬质膜层的主要技术。在高新技术产品和高端制造业需求的推动下,阴极电弧离子镀膜技术得到了长足的进步。本文介绍了阴极电弧离子镀膜技术的原理和特点,重点分析了阴极电弧源、硬质膜层性能和工件清洗技术等方面的进展,并对未来的发展进行了展望。     

电弧离子镀电弧源深入研究

本文作者通过多年对电弧离子镀膜设备的设计、研发、试验和使用的理论实践,引述了电弧放电中的锁箍现象在设计中的应用要点;电弧源等离子体运动中的加功理论与设计,并引申出了"静电势阱"这一概念;提出了稳定电弧源的工作机理与方法;磁过滤电弧的应用;阳极层型离子源与电子束源在工具等离子镀膜中应用的比较;轴对称磁场在电弧源磁约束中的重要性及其使用等。     

一种小型真空弧离子源的触发放电结构优化研究

在对一种小型触发型真空弧离子源的研究过程中发现,稳定的触发过程对真空弧离子源的主弧形成以及后续离子引出过程是至关重要的.传统触发结构为简单的触发极、绝缘体和阴极堆叠而成的"三明治"结构,触发过程为绝缘体表面的沿面放电过程,该结构若要实现稳定的触发需要很苛刻的外加条件.优化触发结构可有效提高离子源工作稳定性,降低电源要求...     

脉冲真空放电离子密度的测量

由于采用脉冲放电沉积技术能够克服连续电弧离子镀沉积时产生的液滴及负偏压放电的缺点，特别是它在镀制类金刚石薄膜中显示出来的独特性能：不含氢和硬度高，使其在薄膜沉积技术中越来越受到广大研究者的重视。为了更深入地研究薄膜的沉积工艺和薄膜性能之间的关系，迫切需要对脉冲真空放电等离子体的微观参数进行深入透彻的研究，如离子密度及其空间分布等。本文介绍了测量脉冲真空电弧离子源离子密度的方法，并采用该方法测量了脉冲真空电弧离子源离子密度及其空间分布，分析和研究了影响离子空间分布的各种参数。     

真空阴极弧离子镀阴极斑点的移动研究

建立了真空阴极弧离子镀圆形平面靶侧面引弧时,阴极斑点的受力模型,分析了影响电弧运动的因素,改进了圆形平面靶侧面形状,大大提高了石墨靶阴极斑点从侧面到靶平面的过渡速度。