مقدمه
مورفولوژی یک پوشش بطور عمده به فناوری بکار گرفته شده بستگی دارد. بطور کلی روشهایی که در آن پوشش از فاز بخار رسوب داده میشوند. را میتوان دو گروه اصلی تقسیم کرد روش رسوب شیمیایی بخار CVD و روش رسوب فیزیکی PVD بعلاوه از روشهایی به نام روشهای کمکی یا تحریک شده نیز استفاده میشود. بعنوان مثال روش کمکی پلاسمای رسوب شیمیایی بخار PA-CVD یا فرآیندهای دما توسط مانند روش دما متوسط CVD که با MT-CVD نمایش داده میشود نیز گسترش پیدا کرده است. همانطور که در شکل 5.1 نشان داده شده است بعنوان مثال به روشهای فوق مواردی مثل پرایدهای نسوز، کارمیدها، نیتریدها ،اکسیدها وترکیب های مختلفی از این گونه پوششها را میتوان رسوب داد.
5.2 روشهای رسوب شیمیایی بخار
5.2.1 طبقه بندی فناوریهای CVD
در روش رسوب شیمیایی بخار واکنش کننده ها بصورت گاز تامین شده و واکنشهای شیمیایی در اثر گرما در سطح زیر لایه گرم شده انجام میشوند. در روشهای CVD معمولا فرآیند در درجه ر600 تا 1100 درجه سانتیگراد انجام میشود هزینه فرآیندهایی که در درجه وارستای پایین تر نیز کار می کنند بکار گرفته شده است. در جدول 5.1 میتوان روشهایی از CVD که بیشتر در صنعت ارز برش بکار می رود را ملاحظه کرد.
In به شکل سنتی خود فناوری CVD بدون فرآیندهای کمکی در فشار محیط مثل پوشش دهی در فشار محیط APCVD ,CVD یا در فشار پایین مثل پوشش دهی به فشار کم CVD استفاده میشود. از فناوری APCVD که به پوشش دهی با دمای بالای (HT-CVD) CVD نیز معروف است بعنوان پرمصرف ترین روش پوشش میتوان نام برد.
در روش کلاسیک پوشش دهی CVD که از سال 1969 در صنعت بکارگرفته شد از در یک لحظه ای حفاظت شده از اتمسفر محیط،تحت گاز هیدروژن فشار 1 اتمسفر یا کمتر تا 1000C گرم میشود. همچنین ترکیبات تبخیر شدنی به اتمسفر هیدروژن اضافه میشوند. تا بتوان ترکیبات فلی وغیرفلزی را رسوب داد. یک جنبه مشترک تمام فناوریهای CVD افزودن عنصر مورد نظر در پوشش به شکل یک هالوژن مثل Tic4 در ورد لایه های Ti(cN) یا TiN ,Tic یا مخلوطی از هالوژنها مثل Ticl4 +Bcl3 در مورد لبه های TiB2 میتوان نام برد.
5.2.2 روش تحت فشار اتمسفر رسوب شیمیایی بخار (APCVD)
وسایل بکار گرفته شده برای رسوب دهی لایه TiN به روش CVD در شکل 5.2 ارائه شده است در این روش یک محفظه واکنش گرم شده و وسایل انتقال گاز مورد نیاز است. در بیشتر موارد زیر لایه به روش هرفت یا تشعشعی ازداخل محفظه پوشش دهی گرم میشود. فرآیند با تغییر دادن درجه حرارت قطعات تحت پوشش ترکیب شیمیایی و فشار گانه ها کنترل میشود. همانطور که قبلا اشاره شد واکنشهای هالیه فلزات مثلا با هیدروژن ،نیتروژن یا متان. بکار گرفته میشود تا بتوان پوششهایی مثل انواع نیترید ها یا کاربیدهای فلزات را ایجاد کرد.
بعنوان مثال واکنشهای ذیل برای ایجاد پوششهای به ترتیب نیترید نتیتانیوم وکاربید تیتانیوم بکار گرفته میشود:
(1)
(2)
لایه اکسید آمونیومو را میتوان با واکنش ذیل ایجاد کرد.
(3)
With با مخلوطهایی از هالیه فلزات، هیدروژن ،اکسیژن، نیتروژن ،هیدروکربنها و ترکیبات بر، پوششهای مختلفی از نیترید، کاربید و براید فلزات را میتوان به روش CVD ایجاد کرد. در حال حاضر متداولترین پوشش های ایجاد شده به روش هستند (شکل 5.3) لایه های ایجاد شده به روش CVD ساختار میکروسکوپی ستونی دارند هر چند رسوبات اولیه گاهی به شکل هم محور هستند.
بطور خاص اندازه دانه وساختار میکروسکوپی اولیه به شدت به شرایط اعمال شده در فرآیند بستگی دارد.
چون فرایند در درجه حرارتهای بالا انجام میشود بین پوشش زیر لایه به میزان قابل توجهی نفوذ صورت می گیرد. بنابراین پوششهای CVD معمولا چسبندگی بین پوشش و زیر لایه را به شدت بهبود می بخشد. در رسوب دهی Tic کربن کاربیدهای زیر لایه باتیتانیوم طی واکنشی تولید Tic می کنند.در اثر کربن زدایی از سطح باعث میشود که ناز ترد اما تولید شود و آن نیز به نوبه خود با تخلخهای بسیار در زیر لایه در مرز پوشش –زیرلایه همراه است که در شکل 5.3. نشان داده شده است.
5.2.3 فرایند درجه حرارتهای متوسط (MT- CVD) CVD
اثبات شده که استحکام پارگی در سطح مقطع (TRS) در کاربیدهای 300% یا بیش از آن کاهش می یابد. مشکل ضعیف شدن لبه برش را میتوان با استفاده از فرآیندهای درجه حرارت متوسط رفع کرد یا honing لبه های از در قبل از فرآیند رسوب دهی CVD تا حدودی کاهش داد.
The با انتخاب مناسب واکنشگرهای گازی یا فشارهای کمتر باعث میشود که بتوان در درجه حرارتهای پایین تر رسوب دهی کرد. در موراول هنگام ایجاد لایه Tic هیدروکربن بنزن را میتوان بجای متان جایگزین کرد برای ایجاد لایه Ti(C,N) بجای CH4 میتوان از استولینتریل استفاده کرد. فرایند موسوم به رسوب شیمیایی بخار در درجه حرارت متوسط (MT- CVD) در درجه حرارتهای بین دماهای فرایند های HT-CVD ودمای فرایندهای PVD فرایند انجام میشود. در حقیقت این فرایند در درجه حرارتهای بین 750 تا 900 درجه سانتیگراد (بطور متوسط 850c) انجام میشود. درجه حرارتهای کمتر رسوب دهی باعث کاهش تنشهای رس ماند وبهبود چقرگی در لبه ها میشود. ابزار پوشش داده شده به روشMT-CVD در مقایسه با فرایند CVD در درجه حرارتهای بالا مقابل شوکهای حرارتی واز بین رفتن لبه ها مقاومت بیشتری از خود نشان می دهد. این اثرات مفید باعث بهبود کارایی coated inserts در عملیات برشکاری منقطع میشود . در این تقسیم بندی TicN پوشش برتر (ترجمه leading) است.بعلاوه برای دستیابی به فناوری CVD با دقت های بیشتر (fine –trining) از ترکیبی از MT-CVD, CVD میتوان استفاده کرد.بعنوان مثال با ترکیب یاز MT-CVD برای ایجاد لایه TiCN با حداقل مقدار فاز و ایجاد لایه با استفاده از CVD که بتوان ابزار پوش داده شده ای را برای ظرفیتهای باربرداری زیاد ایجاد کرد خصوصا برای بار برداری شدید خشن کاری مناسب است.
In در مورد د وم با کاهش فشار تا حد 1تا5 کیلوپاسکال منجر به فرآیند فشار پایین (Lp- CVD) CVD خواهد شد.
Fig شکل 5.4 مقاومتهای اساسی در ساختار میکروسکوپی از زیر لایه در اثر تکنیکهای رسوب دهی مختلف را نشان می دهد. در یک فرایند خاص CVD مرسوم به تکنولوژی چند لایه ای (Ml- CVD) CVD که اخرا توسط [s)widia Valemta ابداع شده طی آن بش از 200لایه بسیار بسیار نازک روی یک (insert) ایجاد می‌گردد.
The بیشترین مزیت پوشش ML-CVD آن است که بطور موثر در مقابل انتشار ترکهای میکروسکوپی در ساختار پوشش مقاومت میکند. پوششهای ML- CVD دارای سطوحی بسیار نرم بودکه که اصطکاک وحرارت ایجاد شده در اثر جداشدن براده در سطح تیغچه را حداقل میکند. تمایل وجود دارد که تیغچه های پوشش داده شده با ML- CVD از جنس را جایگزین پوششهای متداول کرد. هم چنین فرایندهای پوشش دهی لایه های معروف به MTML-CVD (فرایندهای متوسط ML- CVD) هم چنین توسعه یافته اند. [5]
5.2.4 روش کمکی پلاسما (ACVD) CVD
Fither برای کاهش بیشتر درجه حرارت میتوان از فعال کردن الکترونی محیط گازی با استفاده از تخلیه (glow) استفاده کرد که این عمل با جریانهای با فرکانس بالا یا با اعمال تکنولوژی لیزر (LCVD) یا اشعه الکترونی (EA CVD) از یک محیط گازی مناسب انجام میشود. در فرایند کمکی پلاسما (PACVD) CVD که در آن یک تخلیه الکتریکی در گاز فشار پایین صورت می گرید تا سینک واکنشهای CVD تشدید شود. این فرایند یکی از پرمصرف ترین روشهای رسوب دهی( ترکیب شده) محسوب میشود. این فرایند ترکیبی از درجه حرارتهای متوسط رسوب دهی(حدود 600c) وایجاد پوششی با ضخامت مناسب ویکنواخت بدون هیچگونه نیاز به دوران ابزرا در حین فرایند پوشش دهی را ایجاد میکند. در فرایند متداول CVD انرژی حرارتی واکنش شیمیایی را فعال میکند واین باعث تشکیل پوشش سخت خواهد شد.درروش کمکی پلاسمای CVD فعال شدن در درجه حرارتهای پایین تر با انرژی ذرات ایجاد شده در اثر پلاسما بعنوان مثال تخلیه گاز آرگون جبران میشود.
در این روش از منبع انرژی با جریان مستقیم وجریان با امواج رادیویی برای رسوب دهی پوششهای هادی حرارت مثل Tic,TiN) وپوششهای عایق حرارت میتوان استفاده کرد.
Figur 5.5 شکل 5.5 بطور شماتیک فرایند PACVD را که در آن از کوره تخلیه glow با استفاده از لوله کوارتز که بوسیله ژنراتور ولتاژ بالا (که میتوان به دلخواه از جریان منقطع با فرکانس رادیویی یا میکرویو استفاده کرد که بوسیله یک میکروپروسسور کنترل میشود را نشان می دهد.سیستم خلاء کوره تخلیه glow به یک پمپ خلا مجهز است که بتوان فشار داده محفظه کاری بین با جریان های مورد نیاز گازهای واکنش کننده بین 1-13mpa تنظیم کرد وبتوان پس از پایان فرایندهای با هوا محفظه را با هوا پر کرد. تکنیک PACVD که در بالا تشریح شد را میتوان در محدوده دمایی بین 670 تا 870 درجه کلوین برای مخلوطی از گازهای شامل برای ایجاد یک لایه یا لایه هایی با ترکیبات مختلف هر یک شامل Ti(C,N) ,Tic,TiN ایجاد کرد. میتوان بعنوان زیر لایه از فولادهای ابزار، فولادهای HSS وکاربیدهای سمانته استفاده کرد. باید توجه کرد که برای استفاده از فولادهای HSS بعنوان زیر لایه باید عملیات حرارتی مناسب را قبل از عملیات پوشش دهی انجام داد.
A broader هنگام استفاده از اتمسفرهای گازی حاوی ترکیبات آلی فلزی با روش PACVD بجز به تخلیه Slow بدون عملیات قبلی میتوان به کاربردهای وسیعتری دست یافت. بعنوان مثال با این فرایند میتوان لایه های چند جزیی از ولایه های مرکبی مثل تیتانیوم اکسی نیترید Ti(NCO) که بروی آن لایه های از نیترید تیتانیوم قراردارد را ایجاد کرد مثل Ti(NCO)+TiN [2]
5.2.5 رسوب دهی فیلمهایی از الماس
The روش کمکی پلاسمای CVDبعنوان یکی از روشهای متداول برای رسوب دهی فیلمی از الماس نازک روی قطعات مطرح است. از این روشها تجزیه گازهای جاری کربن در حضور هیدروژن واغلب اکسیژن صورت می گیرد.
بعنوان مثال مخلوطی از گازهای متان، هیدروژن و دی اکسید کرین ممکن است استفاده شود.
The most آخرین توسعه در ایجاد پوشش های سخت ایجاد فیلمهای الماس در فشارهای کم با استفاده از تجزیه گازهای کربن دار در حضور یونهای هیدروژن است این فرایند جایگزین فرایند تولید الماس مصنوعی لایه wc-co لحیم کاری سخت میشود [4,8] مع ذلک این ابزارهای در گران بودن فرایند HP-HT و عملیات صیقل کاری با الماس و پولیش کردن نسبتا گران هستند. در مقابل با پوشش دهی ابزار ممانعه با الماس به روش کم فشار CVD دیگر هیچ ضرورتر به پرداخت سطح پوشش داده شده وجود ندارد.
Microware فرایند CVD با استفاده از میکرویو، فیلمان گرم، احتراق مصنوعی، وقوس پلاسما تعدادی از روشهای هستندکه بصورت مستقل یا ترکیبی برای ایجاد پوششهای الماس بر روی ابزارهای برش بکار گرفته میشوند. [8] در مورد سیستمهای متداول میکرویو،فیلم الماس به روش CVD بر روی زیر لایه ای در دمایی حدود 900c که نزدیک دمای گاز ترکیب شده است اعمال می‌گردد. دراین روش مخلوطی گازی از حاوی 1تا5 درصد اتمی مثال در هیدروژن بصورت شیمیایی تحریک شده تا رادیکالهای هیدروژن وهیدروکربن ایجاد شود. همانطوریکه اشاره شد در بیشتر سیستمها تحریک با استفاده از تشعشع میکرویو ایجاد می‌گردد. معمولا از فشارهایی مارن (20تا 100 torr) برحسب طراحی توان راکتور( و نرخ رسوب دهی برای ابزار بین 1/0 تا 10 استفاده میشود. [9] با این روش تولید الماس مصنوعی برای کاربردهای ابزار برش میتوان ترکیبی از بلورهای کوچک الماس( معمولا به قطرهای بین 1تا10 میکرومتر) دست یافت. که هر یک از بلورهای تولید شده در این روش مثل یک الماس طبیعی والماس تولید شده به روش مصنوعی در فشار بالا میباشد.
The مهمترین عامل در موفقیت آمیز بودن ایجاد پوشش الماس بر روی ابزار برش در فرایندهای متداول میزان چسندگی فیلم زیر لایه است. این مسئله در اثر تفاوتهای قابل توجه در خصوصیات این لایه با زیر لایه مثل ضریب انبساط حرارتی.مدرن الاستیک ، خواص شیمیایی و ساختار اتمی متفاوت بین الماس و کاربیدهای ممانته میباشد.
As همانطوریکه komandri , Malika گزارش کرده اند [8] میتوان الماس را با چسبندگی قوی بوسیله میکرویو با استفاده از CVD روی زیر لایه ابزار کاربید ممانته تنگستن حاوی کبالت کم (%3) وکبالت زیاد (6نت 12%) ایجاد کرد. هم چنین با عملیات قبلی Morakami بعلاوه عملیات اولتراسونیک با استفاده از سوسپانسیون الماس برای داشتن کبالت سطحی از روی کاربیدهای تنگستن ممانته تیغچه ها دریافت که برای بهبود کیفی وچسبندگی پوششهای الماس بر روی زیر لایه wc-co بسیار تعیین کننده است. به ویژه دیده شده تنشهای پس ماند اثر مهمی بر کآرایی ابزار های برش دارد. کاربیدهای دریل (6%-94%wc) که با فیلمی از الماس که راکتوری به روش فیلمان داغ CVD پوشش داده شده است وجود تنشهای فشاری در فیلم و در مرز بین فیلم و زیر لایه به روش اسیکترویسکی Raman تشخیص داده شد. همانطوریکه Uh/mann همکاران گزارش کرده اند [12] هر دو کلاس زیر لا یه k10-iso و زیر لایه های سرامیکی با لایه های از الماس به ضخامت فرایند HF CVD پوشش داده شده اند. طبق شکل 4.5 باید توجه کرد که فیلم الماس CVD بطور متوسط حدود 30% بیش از تیغچه های لحیم کاری سخت شده PCD از خود نشان می دهند. مع ذالک ابزارهای پوشش داده شده با الماس مخصوصا آنهایی ک با فیلم های ضخیم تر و پوشش داده میشوند. را نباید در عملیات برشکاری منقطع استفاده کرد زیرا اینها نسبت به ابزار PCD مقاومت کمتری در مقابل شکست از خود نشان می دهند. شکل 56(a) تصویری SEM از یک لبه برش تیز از یک ابزار پوشش داده شد با الماس به روش CVD هنگامیکه پوشش نازکی معادل روی آن ایجاد شده را نشان می دهد. شکل را نشان می دهد.
5.6(c ) هنگامیکه ضخامت پوشش الماس معادل است.در این شکل دیده میشود که چگونه شکل هندسی آن بطور قوی تری تغییر یافته است.
5.3 تکنیکهای رسوب فیزیکی بخار
5.3.1 جنبه های عمومی وکاربردها
در دهه 1980 روش رسوب فیزیکی بخار (PVD) بعنوان یک فرایند اقتصادی برای ایجاد پوششهای TiN روی ابزار کاربید ممانته مطرح شد. در مقایسه با CVD ،فرایند PVD در درجه حرارتهای نسبتا پایین رسوب دهی معمولا بین 200 تا C 500 بکار گرفته میشود. رسوب دهی در دماهای پایین از تشکیل فاز جلوگیری میکند و پوششهای عاری از ترک با دانه هایی ریزتر را ایجاد میکند. نتیجتا نیازی به (تیز کردن hone) لبه های ابزار قبل از فرایند پوشش دهی وجود ندارد. پوششهای PVD مزایای بسیاری از قبیل عملیات ماشین کاری و یا مواد مورد ماشینکاری نسبت به فرایند CVD داراست.
با این روش پوششهایی به ضخامتهای کمتر از میتوان ایجاد کرد معمولا بین 2تا5 پوششها نرم بوده لذا در حین عملیات ماشینکاری حرارت کمتری در اثر اصطکاک ایجاد میشود. همانطوریکه در شکل 5.7 دیده میشود پوششهای PVD را میتوان بصورت یکنواخت روی لبه های تیز ابزار برش ایجاد کرد. لبه های برش تیز وقوی جز به ملزومات اولیه در فرایندهای ماشینکاری ، سوراخکاری.ایجاد دنده پیچ، وقطع کردن بوده واز ایجاد BUE جلوگیری کرده وهنگام برش فولادهای کم کربن از تولید براده های طویل جلوگیری کند. هم چنین ابزار پوشش داده شده با روش PVD رامی توان برای ماشینکاری محدوده وسیعی از مواد با قابلیت ماشینکاری به مثل تیتانیوم آلیاژهای پایه ومورد غیرآهنی را ماشینکاری کرد. مخصوصا لبه های نیز نیروهای برش را تقلیل می دهند بنابراین از اینگونه ابزار میتوان بصورت موثر در ماشینکاری قطعات با دیواره های نازک استفاده کرد. امروزه تکنیکهای PVDبرای رسوب دهی لایه های بکار گرفته میشود. با توجه به خاصیت عایق حرارتی عالی TiAlN ازین پوشش برای محافظت زیر لایه در مقابل سایش نفوذی استفاده میشود.
It دیده شده که پوشش دی برات تیتانیوم (TiB2) که از TiALN, PVD-TiN سخت تر است میتواند در مقابل ترکیب شدن شیمیایی با مواد غیرآهنی مقاومت کند یعنی آلیاژهای هیپویوتکنیک آلومینیوم ونیزیم تشکیل نشود. [13] در ژاپن نسل کاملا جدیدی از ممانته های برای کاربردهای خاص ابداع شده اند که باید تنها از PVD-TiAlN یا چند لایه های TiCN وفیلمهای فوق شبکه های TiN-AlN گسترش یافته اند. [14]
آخرین گسترش از تکنولوژی PVD ایجاد پوشش های نرم Mosاست همچنین پتانسیل زیادی برای ایجاد ترکیبات سخت و نرم با این روش وجود دارد که در آن اولین لایه سخت به روش PVD از TiN یا TiAlN مقاومت در مقابل سایش و حرارت را ایجادمی کند ولایه روش از جنس Mos2 نرم بوده که اصطکاک را کاهش داده وامکان کنترل براده را ایجاد میکند.مشابها مواد مرکب TiAlN با لایه روشن wc/c برای کاهش اثرات برش اولیه وبهبود جریان براده ها طراحی شده اند. باید توجه داشت که بسیاری از پرسشهای اقتصادی PVD ساختاری چند لایه ای داشته وپوششهای آنها خواص ترکیبی از هریک از پوششها را داراست. هم چنین بعضی خصوصیات اضافی ممکن است در مورد پوششهای فوق شبکه ای مثل TiN/AlN ,TiN/NlN نیز ایجاد شوند.
In the در مورد فرایندهای که موسوم به PVD هستند مواد پوشش از حالت اتمی مولکولی یا یونی به سطح تحت پوشش هدایت شده و این مواد بصورت فیزیکی نه شیمیایی از منابع جامد مایع یا گازی شکل تامین میشوند. [3] بطور کلی پوشش در شرایط خلاء از فلویی از اتمهای خنثی یا یونیزه شدن روی سطح کاندنس شده در حالیکه اجزا فلزی از صنایع مختلفی شامل تبخیر اشعه الکترونی به mggnetron spottring و تبخیر قوس الکتریکی تامین می گردند.قبل از عملیات رسوب دهی محفظه پوشش تحت خلاء شدیدی در حدود تا 3/1 پاسکال (معادل torr) قرار می گیرد. میتوان تمام روشهای متفاوت PVDبرای پوشش بخار فلزات بر روی زیر لایه را به سه گروه اصلی تقسیم کرد. تبخیر Spoting و پوشش دهی یونی .[2,16] طبق نظر [32]sproul در حال حاضر ها روش برای ایجاد پوششهای سخت بکار می روند که عبارتند از به تبخیر با ولتاژ کم اشعه الکترونی رسوب دهی قوسی کاتدی magnetron spotting بالانس و جدیدترین آنها magnetron spotteing غیربالانس است. اخیرا منابع اشعه الکترونی کاتدی یا سوراخ داغ نیز در حال گسترش است تفاوتهای این چهار نوع از تکنیکهای رسوب دهی به نحوه تبخیر مواد منبع به نحوه ایجاد پلاسما و به تعداد ونوع یونها الکترونها وگازهای اتمی تشکیل دهنده پلاسما مربوط میشود.
5.3.2 تکنیکهای تبخیر
ساده ترین فرایند PVD تبخیر است(شکل 5.3a) که طی آن پوشش در اثر تبخیر گرمایی فلز غیریونی یا در حد بسیار کمی یونیزه شده از یک منبع مذاب که اغلب به وسیله اشعه الکترونی یا قوس الکتریک گرم شده تامین می‌گردد. شکل 5.8 شماتیک یک سیستم رسوب دهی را که در آن برای تبخیر از قوس الکتریک برای ایجاد پوشش فیلم استفاده شده را نشان می دهد.[17]
The suسیستم نشان داده شده در شکل 5.8(b) به یک کاتد تیتاینوی بزرگ (خلوص 99.8%) که بصورت افقی روی دیواره ای از فولاد زنگ نزن محفظه تحت خلاء قرار گرفته مجهز است زیرا لایه (تیغچه ) روی یک فیکسچر دوران کننه با نیروی مغناطیس دائم قرار می گیرد. کمترین فاصله بین زیر لایه سطح کاتد بزرگترین حد خود یعنی در 13 سانتیمتری قرار می گیرد. قبل از قراردادن تیغچه روی فیکسچر مغناطیسی زیر لایه را باید با استفاده از روش اولتراسونیک از هر گونه چربی زدود. باید کامپیوتر کل داده های فرایند کنترل میشود و درجه حرارت روی زیر لایه با استفاده از پیروستر مادون قرمز اندازه گیری میشود. در حین اولین مرحله (یعنی spotteing) زیر لایه بوسیله یونهای Ti بمباران میشود. این بمباران بوسیله تیتانیوم بوسیله تخلیه قوس الکتریکی بر روی سطح کاتد تیتانیومی که با جریان مستقیم DC وشتاب یافته بوسیله زیرا لایه منفی bias در اتمسفر گاز آرگون انجام میشود. در نتیجه منطقه ای معروف یونیزه شدن ایجاد می‌گردد. بعد از این مرحله جریان گاز Ar با N2 خالص عرض شده و لایه ای ضخیم از TiN رسوب میکند. فرایند رسوب دهی در جریان تخلیه مناسب (300 آمپر)و زیر لایه bias (400 ولتی) و هنگامیکه مخلوطی از جریان گازهای CH4بجای جریان N2 عوض میشود ایجاد می‌گردد. در صورتیکه مقدار کربن بیشتر شود. پوشش مستقل از ترکیب شیمیایی آن رنگی خاکستری خواهد داشت.
There برای رسوب دهی پوششهای چند جزئی سه متغیر اصلی در فرایند وجود دارد. [34] همانگونه که در شکل 5.9 دیده میشود فیلم را میتوان با تسخیر هم زمان مواد کاغذی متفاوت یا به روش دیگر با استفاده از کاتدهایی با تعدادی عناصر آلیاژی ایجاد کرد. سومین متغیر دراین فرایندرسوب دهی به همراه واکنش با استفاده از مخلوطی گازها است که طی آن مقداری متالوید تشکیل میشود مثل کربن، نیتروژن واکسیژن در فیلم در این صورت فرایندی با کنترل بسیار دقیق مورد نیاز است زیرا متغیرهای غیر مستقیم فرایند باعث تشکیل طیف وسیعی از هم کنشها خواهد شد به شکل 5.10 توجه کنید.
Electron
روش اشعه الکترونی رسوب فیزیکی بخار (EBPVD) به منظور ذوب کردن مواد پوشش ساخته شده از فلزات آلیاژها یا سرامیکها تخبیر آنها در خلاء و رسوب دهی آنها روی یک قطعه یا جز است.
که در شکل 5.11 نشان داده شده است. رسوب دهنده به 6 تفنگ الکترونی یونی مجهز است هر یک از اینها توانی معادل 45kw دارند لذا پوشش با توان کلی معادل 270kw رسوب داده میشود. تکنولوژی EB-PVD براساس تکنولوژی ابداع شده در انسیتو جوشکاری آکادمی علوم اوکراین توسعه یافته است.
5.3.3 تکنیکهای Spottering
در S انرژی لازم برای انتقال مواد از منبع به طرف زیر لایه از طریق گازهای یونی سنگین پرانرژی تامین می‌گردد. این فرایند بطور شماتیک در شکل 5.12 ارائه شده است یونهای مثبت در اثر تخلیه slow در یک گاز فشار پایین (معمولا در 0.1 تا 10 پاسکال) تشکیل شده و با انرژی معادل چند KeV به مواد منبع جامد که دارای قطب منفی هستند برخورد میکند.
این بمباران یونی باعث که اتمها از هدف S شده وسپس در فاصله کمی دورتر به زیر ل ایه برخورد کنند. اگر از یک منبع جریان مستقیم استفاده شود پوشش فقط حاوی مورد هادی خواهد بد ولی با استفاده ازمنبع با امواج با فرکانس رادیویی این محدودیت نیز از بین می رود.
In addبعلاوه معمولا از یک منبع M برای افزایش راندمان یونیزاسیون استفاده میشود. در تمام واحدهای باعث تمرکز تخلیه glow بر روی سطح هدف تحت S مجهز به خنک کاری با آب میشود. این هدف می تواند از یک یا چند ماده تشکیل شده باشد تخلیه الکتریکی در مخلوطی از گازهای خنثی وواکنش که بطور دائم به محفظه تزریق میشود انجام می گیرد.
The surfa سطح تحت پوش دهی معمولا با ولتاژ بالایی حدود 500v قطبی است که این باعث تمیز شدن سطح قبل از عملیات رسوب دهی شده و متضمن تامین یونهای بر انرژی در حین فرایند رسوب دهی خواهدبود. تکنیکM.S یکی از متداولترین روشهای رسوب دهی بوده وحدود 25% تمام کاربردهای را شامل میشود. این بدین علت است که با این فرایند میتوان عملا تمام مورد با نقاط ذوب مختلف را تبخیر کرد که میتوان از نام برد. همچنین با استفاده مناسب از مخلوط های گازی واکنشگری مثل احتمال بیشتری برای تشکیل فیلمهای نازک بوجود می آید. چسبندگی بیشتر در درجه حرارتهای پایین تر رسوب گذاری در اثر انرژی بالای یونها ونرخ رسوب گذاری بیشتری در محدوده 3تا10 نیز مشاهده شده است. [7] در مقام مقایسه سیستمهای دیودی بطور معمول نرخ رشدی معادل 1تا 100 دارا هستند.
One of یکی از اصلاحاتی که در تکنیک M.S ایجاد شده معروف به میدان بسته غیربالانس MS پوشش یونی (CFUBMSIP) است که یک فرآیند استاندارد اعمال شده برای رسوب دهی مرکب ( با تیتانیوم کم وزیاد) ابداعی توسط کمپانی Tear coatings Ltd [25]. تجهیزات آن در شکل 5.14 ارائه شده است . دراین تکنیک 3 هدف یک هدف Ti در یک میدان بسته بکار گرفته شده است. میدان مغناطیسی غیربالانس M باعث افزایش شدت بمباران فیلم در حال رشد بوسیله یونهای پرانرژی شده که در نتیجه آن ساختار متراکم شده و چسبندگی آن بهبود می یابد. در حین عملیات رسوب دهی زیر لایه بین هدف ها دوران میکند. در ابتدا لایه نازکی از تیتانیوم تشکیل میشود با دوران زیر لایه در مقابل هدف ها پوشش از مخلوط وتیتانیوم ایجاد می‌گردد. این لایه حاوی مخلوطی از ساختار چند لایه ای به ضخامت 200nm است. در حین عملیات رسوب گذاری درجه حرارت کمتر از 100c است.
As همانطوریکه در مرجع {26] گزارش شده است از روش S یونی میتوان برای تولید پوششهای چند عنصری منحصر بفرد معروف به Laser-cout 964 رنگین کمان استفاده کرد. این پوششها حاوی مواد مختلفی است و برخلاف تکنولوژی چند لایه ای حاوی لایه های مجزا نیست. در عوض هشت عنصر مختلف باهم ترکیب شده تا یک پوشش فوق العاده نازک را ایجاد کنند. در ابتدا عناصر گازی در محفظه ای تحت خلاء از (454c )850F تزریق میشود. تخلیه الکتریکی باعث میشود گازها منفجر شده سپس لایه نازک به رنگ رنگین کمان روی انتهای غلطکها (endmills) در پلها، قلاویزها، و هر نوع ابزاری که در آنها اصطکاک و سایش شدید صورت می گیرد رسوب میکند.فیلم رسوب گذاری شده به شدت سخت است. ومنحنی آن معادن 90تا92 راکول cخواهد بود.
5.3.4 پوشش دهی یونی و تکنیکهای مخلوط
سومین فرایند PVD مهم پوشش دهی یونی است که در این فرایند اتمها یا مولکولهای مواد پوشش از یک منبع داغ تبخیر شده و داخل یک تخلیه glow شده که معمولا حاوی آرگون در فشار 0.1 تا 10 پاسکال است.[3] منبع بخار ممکن است بصورت مقاومتی یا باید اشعه الکترونی گرم شود یا ممکن است برخورد قوس الکتریک به یک منبع جامد تامین میشود. انرژی بالای اتمها در سطح زیر لایه به همراه تفرق ناشی از برخورد یونهای آرگون باعث ایجاد یک پوشش یکنواخت چسبندگی خوب در حین مخلوط شدن در مرز می‌گردد. نرخ رسوب گذاری برای فلزات با این روش به چند می رسد.
In practice همانطوریکه در شکل 5.15 ملاحظه میشود در عمل ترکیبی از سه روش گفته شده بکار گرفته میشود در تجهیزات نشان داده شده درشکل 5
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 47 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله رسوب دهی لایه های نازک سخت و یا نرم
