Het principe van verre uvc 222 172nm UV LED-elektronenbundelverdampingionenbundel en magnetronsputterende ionenbundel
9.3 Boogelektronenstroom
De afgelopen jaren heeft de hoog{0}}energetische, hoge- boogelektronenstroom bij boogontlading een prominente rol gespeeld bij ionenbekledingsprocessen, zoals het verwarmen van werkstukken, het reinigen van werkstukken, het versterken van ionisatie-effecten en het afzetten van coatings. Deze aspecten zijn in voorgaande hoofdstukken geïntroduceerd. In dit gedeelte worden de kenmerken, generatiemethoden en toepassingen van boogelektronenstroom samengevat en georganiseerd, zodat lezers het belang kunnen inzien van het volledig benutten van boogelektronenstroom.
9.3.1 Kenmerken en generatiemethoden van boogelektronenstroom
1. Kenmerken van boogelektronenstroom
De dichtheid van de elektronenstroom, ionenstroom en hoog-energie-neutrale atomen in het boogplasma dat wordt gegenereerd door boogontlading is veel hoger dan die bij glimontlading. In de coatingruimte zijn er meer gasionen, metaalionen, aangeslagen atomen met hoge{2}}energie en verschillende actieve groepen, die een belangrijke rol spelen in de verwarmings-, reinigings- en coatingfasen van het afzettingsproces. De actievorm van boogelektronenstroom verschilt van die van ionenbundels; het is niet volledig geconvergeerd in een "straal", maar meestal in een divergerende toestand, daarom wordt het boogelektronenstroom genoemd. Omdat de boogelektronenstroom naar de anode beweegt, zal de boogelektronenstroom daarheen worden gericht, waar de positieve pool van de boogvoeding ook is aangesloten. De anode kan het werkstuk, de hulpanode, de smeltkroes, enz. zijn.
2. Methoden voor het genereren van boogelektronenstroom
(1) Gasbrongeneratie van boogelektronenstroom
Holle kathodeboogontlading en hete gloeidraadboogontlading kunnen boogstromen bereiken van ongeveer 200 A, met boogspanningen van 50 ~ 70 V.
(2) Generatie van boogelektronenstroom door vaste bronnen
Kathodische boogbronnen, inclusief kleine boogbronnen, zuilvormige boogbronnen, rechthoekige planaire grote boogbronnen, enz. Elke ontlading van een kathodische boogbron heeft een boogstroom van 80~200A en een boogspanning van 18~25V. De boogelektronenstroom met hoge- lage- energieboog in beide typen boogontladingsplasma kan intense botsingionisatie veroorzaken met gas- en metaalcoatingatomen, waardoor meer gasionen, metaalionen, verschillende hoog-actieve atomen en actieve groepen met hoge energie ontstaan, waardoor de algehele activiteit van coatingionen toeneemt.
9.3.2 Toepassingen van boogelektronenstroom
1. Toepassingen van gasbronboogelektronenstroom
1) Balzers Company heeft als eerste de Hot Filament Arc Ion Plating Machine uitgevonden
De boogelektronenstroom die door het hete gloeidraadboogkanon van boven naar beneden in de richting van de anode wordt uitgezonden, kan het hele proces van verwarming, reiniging en coating van het werkstuk regelen door de anodepositie en elektromagnetische stroomvariaties te veranderen. Hoewel deze galvaniseermachine niet meer wordt gebruikt voor het coaten, wordt hij nog steeds gebruikt voor het verwarmen van werkstukken en het reinigen van bombardementen.
2) Hauzer Company verandert anodepositie
Door alleen gebruik te maken van elektrische veldeffecten ioniseert de boogelektronenstroom argongas tijdens beweging in de richting van de anode, waardoor een argonionenstroom met hoge dichtheid- wordt geproduceerd voor het bombarderen van werkstukken; ioniserend stikstofgas produceert een stikstofionenstroom met hoge-dichtheid voor boogionnitreren.
3) Aanvankelijk werden holle kathodepistolen alleen gebruikt in machines voor het plateren van holle kathode-ionen
Dalian Jingjing Technology Co., Ltd. installeerde een hol kathodepistool in een ionenplatingmachine met een kleine boogbron als bombardementreinigingsbron voor werkstukken, waardoor goede reinigingseffecten werden bereikt en de helderheid van het werkstukoppervlak werd verbeterd.
4) Dr. Peng Hongjian installeerde een hol kathodepistool in een ionenplateermachine met kleine boogbron
Tijdens het coaten met de kleine boogbron wordt tegelijkertijd het holle-kathodepistool geactiveerd, waarbij gebruik wordt gemaakt van een boogelektronenstroom met hoge dichtheid om de kans op botsingen met coatingdeeltjes te vergroten, waardoor de coatingstructuur wordt verfijnd. Figuur 9-10 Atoomkrachtmicroscoopbeelden van de coatingstructuur verfijnd door elektronenstroom met holle kathodeboog a) Holle kathode kanonstroom 0A b) Holle kathode kanonstroom 120A c) Holle kathode kanonstroom 140A d) Holle kathode kanonstroom 160A Opmerking: dit cijfer is afkomstig van Dr. Peng Hongjian. Zoals te zien is in figuur 9.10, nemen bij toenemende holle-kathodeboogstroom de grote deeltjes in de coating geleidelijk af en worden ze verfijnder, wat aangeeft dat boogelektronenstromen met hoge dichtheid de structuur van coatings uit kathodische boogbronnen kunnen verfijnen.
2. Toepassingen van vaste bronboogelektronenstroom
(1) Verbeterde werkstukreinigingstechnologie met Arc Electron Flow
Bij ionenbekledingsprocessen wordt over het algemeen glimontlading met argonionen gebruikt voor werkstukken, maar de stroomdichtheid van argonionen door glimontlading is laag; het gebruik van titaniumionen uit kathodische boogbronplasma om werkstukken te reinigen kan grote deeltjes op het oppervlak produceren. Er is een nieuwe technologie ontstaan die gebruikmaakt van de elektronenstroom uit -geïnduceerd boogplasma, uitgezonden door kathodische boogbronnen, om argongas te ioniseren, waardoor argonionen met lage- energie en hoge- dichtheid worden geproduceerd voor het reinigen van werkstukken. Verschillende kathode-anodepositiematches zorgen ervoor dat elektrische velden de elektronenstroom naar elke gewenste anodepositie kunnen sturen. Bombardementreiniging met argonionenstroom met lage-energie en hoge-dichtheid zorgt voor goede reinigingseffecten en een hoge helderheid van het werkstukoppervlak. Dit is de eenvoudigste en goedkoopste-methode om een argonionenstroom met hoge-dichtheid te verkrijgen.
(2) Met boogelektronenstroom verbeterd magnetronsputtercoatingproces
Magnetron-sputtercoatingtechnologie werkt in glimontlading met een lage plasmadichtheid, wat resulteert in lage afzettingssnelheden, lage film-substraatadhesie, lage metaalionisatiesnelheden en lage coatingdeeltjesenergie, waardoor het moeilijk wordt om samengestelde films te verkrijgen. In de afgelopen jaren is er een nieuwe technologie ontstaan door het configureren van kathodische boogbronnen in magnetronsputtermachines om het niveau van magnetronsputtercoating te verbeteren.
De boogelektronenstroom met hoge- boog ioniseert argongas om een argonionenstroom met hoge- dichtheid te produceren voor bombardementreiniging van werkstukken, ter vervanging van de lang-gebruikte titaniumionenbombardementreiniging en ter verbetering van de decoratieve effecten voor hoogwaardige- decoratieve producten gecoat door magnetronsputteren.
De boogelektronenstroom met hoge-dichtheid ioniseert argongas om een argonionenstroom met hoge-dichtheid te produceren voor doelsputteren, waardoor de afzettingssnelheid toeneemt.
Op elkaar afgestemde kathodische boogbronnen in de coating voor magnetronsputterdoelen kunnen na het reinigen van het werkstuk samen met magnetronsputterdoelen worden gecoat, waardoor legeringsfilms en meerlaagse films mogelijk zijn.
Ondersteunde afzetting. Tijdens coatingdeelname door kathodische boogbronnen verhoogt de uitgezonden elektronenstroom van meer dan 100 A de ionisatiesnelheid van gesputterde coatingatomen, waardoor de vorming van samengestelde films wordt vergemakkelijkt; meer metaalionen bereiken het werkstuk, waardoor de afzettingssnelheid door magnetronsputteren toeneemt. In Hoofdstuk 7 werd de door Platt Company ontwikkelde kolomvormige kathodische boogionplateermachine geïntroduceerd, met een kolomvormige kathodische boogbron in het midden geïnstalleerd als een kolomvormig magnetronsputterdoel (origineel m411-model). Het middelste magnetronsputterdoel maakt gebruik van keramische isolatiedoelen, terwijl kolomvormige boogbronnen in de deur verschillende doelen gebruiken. De twee verschillende kolomvormige coatingbronnen worden samen gecoat om samengestelde harde coatings te produceren. Kolomvormige boogbronnen in de deur kunnen doelbuizen en werkstukken reinigen en dienen als coatingbronnen, waardoor de volgende effecten worden verkregen tijdens gelijktijdige coating met het middelste kolomvormige doel:
Het uitzenden van een elektronenstroom met een hoge- dichtheid verhoogt de argonionendichtheid, waardoor de afzettingssnelheid toeneemt.
De elektronenstroom met hoge{0}}dichtheid verhoogt de ionisatiesnelheid van gesputterde coatingdeeltjes, verhoogt de afzettingssnelheid en bereikt 2 μm/u voor harde composietcoatings.
Een hogere ionisatiesnelheid verbetert de activiteit van verschillende coatingdeeltjes, waardoor reactieve afzetting van harde composietcoatings wordt vergemakkelijkt. Dit is een uitstekend voorbeeld van het gebruik van de door een kathodische boogbron-geëmitteerde boogelektronenstroom om de magnetronsputtercoating te verbeteren.
a) Verdamping met elektronenbundels Door ionenbundels ondersteunde afzetting
b) Magnetronsputterende ionenbundelondersteunde afzetting
Deze maken gebruik van hulpionenbundels. Filmatomen die door ionenbundels uit het doel worden gesputterd, zetten zich af op het substraat, terwijl de ionenbron aan de linkerkant het werkstuk bestraalt, waardoor een gelijktijdige sputtercoating en ionenbundelbombardement wordt bereikt. Voordelen zijn onder meer: gesputterde deeltjes hebben een hoge energie door het sputteren van ionenbundels met hoge energie, waardoor een goede hechting aan het substraat wordt verkregen; willekeurige combinaties van metalen en niet-metalen elementen maken verschillende filmtypen mogelijk; hoog vacuüm tijdens het coaten bevordert dunne films met uitstekende prestaties.
(3) Conventionele Magnetron-sputtercoatingmethode
Conventioneel magnetronsputteren heeft een lage metaalionisatiesnelheid, waardoor reactieve afzetting van samengestelde films moeilijk wordt. Nu wordt magnetronsputterdoelcoating gecombineerd met ionenbundelondersteund bombardement om de kwaliteit van de coating, de hechting van het film-substraat en de ionisatiesnelheid van coatingdeeltjes te verbeteren, waardoor de afzettingssnelheid wordt verhoogd en dunne films van samengestelde verbindingen worden vergemakkelijkt. Deze technologie wordt op grote schaal toegepast op het gebied van machines, ruimtevaart, informatie, architectuur en decoratie. Ionenbronnen met lange stripanodelagen zijn geschikter voor het coaten van grote -vlakke producten. In bepaalde optische toepassingen kan deze ondersteunde technologie worden gecombineerd172nm UV-LEDofver UVC 222nm-lichtbronnen voor oppervlakteactivering, waardoor de filmprestaties verder worden verbeterd.
(4) Toepassingen van ionenbundelondersteunde depositietechnologie
Door ionenbundelondersteunde depositie (IBAD) zijn met succes nieuwe materialen gesynthetiseerd en hoogwaardige dunne films gemaakt, waarbij toepassingen zijn gevonden in isolatiefilms, beschermende films, optische films, laserspiegelcoatings voor elektronische apparaten en slijtvaste, corrosiebestendige- films voor gereedschappen, mallen en lagers.
1) Verbetering van de filmdichtheid
De vroegste toepassing van ionenbundelondersteunde afzetting was in functionele dunne films voor elektrische, magnetische en optische eigenschappen. Ionenbronnen met lage-energie zorgen voor ondersteund bombardement, waarbij de filmstructuur en -dichtheid nauwkeurig worden geregeld met ionenbundels. Figuur 9-8 laat zien dat ionenondersteunde depositie de dichtheid van coatingstructuren met elektronenbundelverdamping verhoogt. Een hogere filmdichtheid vermindert de porositeit, verbetert de hechting en biedt een hoge weerstand tegen laserbeschadiging met lage optische verstrooiing. In diep-ultraviolette optische systemen, combinerenver UVC 222nm-lichtbronnen kunnen de filmstabiliteit bij korte golflengten verder optimaliseren.
2) Het verkrijgen van functionele dunne films met stoichiometrische samenstelling
Gebruikelijke optische films zijn oxidefilms zoals [verschillende oxiden]. Directe verdamping van deze oxiden tijdens het coaten veroorzaakt zuurstofgebrek, wat de prestaties van de optische film beïnvloedt. De afzetting met zuurstofionenbundel compenseert het zuurstofverlies tijdens de afzetting, waardoor optische films van hoge- kwaliteit worden geproduceerd. Voor bepaalde optische coatings die extreme zuiverheid en antibacteriële eigenschappen vereisen, hulp172nm UV-LEDkan worden geïntroduceerd voor de desinfectie en activering van oppervlakken, waardoor besmettingsvrije-films worden gegarandeerd.
3) Metaal verkrijgen-Gedoteerd diamant-zoals koolstoffilms (M-DLC)
Diamant-achtige koolstoffilms (DLC) worden veel gebruikt vanwege hun hoge hardheid, slijtvastheid en corrosiebestendigheid. Door ionenbundels ondersteunde afzetting met lage-energie produceert DLC-films met een hardheid tot 5100 HV. Experimenten tonen aan dat metaal-gedoteerde DLC-films vervaardigd door ionenbundel-ondersteunde afzetting een uitstekende film-substraatadhesie, extreem lage oppervlakteruwheid en superieure slijtvastheid hebben.
De bestraling met ionenbundels synchroniseert met de filmafzetting, waarbij tijdens het hele proces ionenimplantatie-verbeterings- en modificatie-effecten worden toegepast, waardoor de hechting van het film-substraat, de structuurmorfologie, de filmspanning, de dichtheid en de samenstelling en eigenschappen van de overgangslaag worden verbeterd, wat superieure dunne films oplevert. Op het gebied van coating voor medische apparatuur wordt deze technologie gecombineerd metver UVC 222nm kiemdodende eigenschappen kunnen oppervlakken ontwikkelen met zowel slijtvastheid als zelfdesinfectiefuncties.
