اصل دور UVC 222 172nm اشعه ماوراء بنفش LED تبخیر الکترونی پرتو یونی و پرتو یونی کندوپاش مگنترون

اصل دور UVC 222 172nm اشعه ماوراء بنفش LED تبخیر الکترونی پرتو یونی و پرتو یونی کندوپاش مگنترون
9.3 جریان الکترون قوس

در سال‌های اخیر، جریان الکترونی با انرژی{0} بالا و چگالی بالا در تخلیه قوس، نقش برجسته‌ای در فرآیندهای آبکاری یونی، مانند گرم کردن قطعات کار، تمیز کردن قطعات کار، افزایش اثرات یونیزاسیون، و رسوب پوشش ایفا کرده است. این جنبه ها در فصل های قبلی معرفی شده اند. این بخش خصوصیات، روش‌های تولید و کاربردهای جریان الکترون قوس را خلاصه و سازمان‌دهی می‌کند و به خوانندگان اجازه می‌دهد اهمیت استفاده کامل از جریان الکترون قوس را درک کنند.

9.3.1 ویژگی ها و روش های تولید جریان الکترون قوس

1. ویژگی های جریان الکترون قوس

چگالی جریان الکترون، جریان یون و اتم‌های خنثی با انرژی{0} بالا در پلاسمای قوس تولید شده توسط تخلیه قوس بسیار بیشتر از تخلیه درخششی است. در فضای پوشش، یون‌های گاز، یون‌های فلزی، اتم‌های{2}}پر انرژی برانگیخته و گروه‌های فعال متعددی وجود دارد که در مراحل گرمایش، تمیز کردن و پوشش‌دهی فرآیند رسوب‌گذاری نقش مهمی دارند. شکل عمل جریان الکترون قوس با پرتوهای یونی متفاوت است. به طور کامل به یک "پرتو" همگرا نمی شود، بلکه بیشتر در حالت واگرا قرار دارد، از این رو جریان الکترون قوس الکتریکی نامیده می شود. از آنجایی که جریان الکترون قوس به سمت آند حرکت می کند، هر جا قطب مثبت منبع تغذیه قوس متصل شود، جریان الکترون قوس به آنجا هدایت می شود. آند می تواند قطعه کار، آند کمکی، بوته و غیره باشد.

2. روش های تولید جریان الکترون قوس

(1) تولید منبع گاز جریان الکترون قوس

تخلیه قوس کاتد توخالی و تخلیه قوس رشته ای داغ می تواند جریان قوس حدود 200 آمپر را با ولتاژ قوس 50 تا 70 ولت به دست آورد.

(2) تولید منبع جامد جریان الکترون قوس

منابع قوس کاتدی، از جمله منابع قوس کوچک، منابع قوس ستونی، منابع قوس مستطیلی مسطح بزرگ، و غیره. هر تخلیه منبع قوس کاتدی دارای جریان قوس 80~200A و ولتاژ قوس 18~25V است. جریان الکترون قوس با چگالی بالا-در هر دو نوع پلاسمای تخلیه قوس می‌تواند یونیزاسیون شدید با اتم‌های پوشش‌دهنده گاز و فلز ایجاد کند، یون‌های گاز، یون‌های فلزی، اتم‌های فعال با انرژی بالا{{8} و گروه‌های فعال مختلف را تولید کند و در نتیجه فعالیت کلی پوشش را افزایش دهد.

9.3.2 کاربردهای جریان الکترون قوس

1. کاربردهای جریان الکترون قوس منبع گاز

1) شرکت Balzers ابتدا دستگاه آبکاری یونی قوس رشته ای داغ را اختراع کرد

جریان الکترون قوس ساطع شده توسط تفنگ قوس رشته ای داغ از بالا به پایین به سمت آند می تواند کل فرآیند گرم کردن، تمیز کردن و پوشش قطعه کار را با تغییر موقعیت آند و تغییرات جریان الکترومغناطیسی کنترل کند. اگرچه این دستگاه آبکاری دیگر برای پوشش استفاده نمی شود، اما همچنان برای گرمایش قطعه کار و تمیز کردن بمباران استفاده می شود.

2) شرکت هاوزر موقعیت آند را تغییر می دهد

تنها با استفاده از اثرات میدان الکتریکی، جریان الکترون قوس، گاز آرگون را در حین حرکت به سمت آند یونیزه می‌کند تا جریان یون آرگون با چگالی بالا-برای تمیز کردن قطعات کار با بمباران تولید شود. گاز نیتروژن یونیزه کننده جریان یون نیتروژن با چگالی بالا-برای نیتروژن یونی قوس تولید می کند.

3) در ابتدا، تفنگ های کاتد توخالی فقط در ماشین های آبکاری یون کاتد توخالی استفاده می شد.

Dalian Jingjing Technology Co., Ltd. یک تفنگ کاتدی توخالی را در دستگاه آبکاری یونی با منبع قوس کوچک به عنوان منبع تمیزکننده بمباران برای قطعات کار نصب کرد که به اثرات تمیز کنندگی خوب و بهبود روشنایی سطح قطعه کار دست یافت.

4) دکتر پنگ هونگجیان یک تفنگ کاتدی توخالی را در دستگاه آبکاری یونی با منبع قوس کوچک نصب کرد.

در حین پوشش دهی با منبع قوس کوچک، تفنگ کاتد توخالی به طور همزمان فعال می‌شود، با استفاده از جریان الکترون قوس با چگالی بالا-تا احتمال برخورد با ذرات پوشش را افزایش می‌دهد و ساختار پوشش را اصلاح می‌کند. شکل 9{10}}10 تصاویر میکروسکوپ نیروی اتمی ساختار پوشش تصفیه شده توسط جریان الکترونی قوس کاتدی توخالی الف) جریان تفنگ کاتد توخالی 0A ب) جریان تفنگ کاتد توخالی 120A ج) جریان تفنگ کاتد توخالی 140A د) جریان تفنگ کاتد توخالی 140A د) جریان تفنگ کاتد توخالی توجه داشته باشید. همانطور که در شکل 9-10 مشاهده می شود، با افزایش جریان قوس کاتدی توخالی، ذرات بزرگ در پوشش به تدریج کاهش یافته و پالایش می شوند، که نشان می دهد جریان الکترون قوس با چگالی بالا می تواند ساختار پوشش ها را از منابع قوس کاتدی اصلاح کند.

2. کاربردهای جریان الکترون قوسی منبع جامد

(1) فناوری تمیز کردن قطعه کار افزایش یافته جریان الکترون قوس

در فرآیندهای آبکاری یونی، تمیز کردن یون آرگون تخلیه درخشندگی به طور کلی برای قطعات کار استفاده می شود، اما چگالی جریان یون آرگون از تخلیه درخشش کم است. استفاده از یون های تیتانیوم از پلاسمای منبع قوس کاتدی برای تمیز کردن قطعات کار می تواند ذرات بزرگی را روی سطح تولید کند. فناوری جدیدی با استفاده از جریان الکترونی از پلاسمای قوس القا شده از میدان سرد-ساطع شده از منابع قوس کاتدی برای یونیزه کردن گاز آرگون پدید آمده است و یون‌های آرگون با انرژی کم{{3} و چگالی بالا برای تمیز کردن قطعه کار تولید می‌کند. منطبق‌های مختلف موقعیت آند کاتد{5}}به میدان‌های الکتریکی اجازه می‌دهند تا جریان الکترون را به هر موقعیت آند دلخواه هدایت کنند. تمیز کردن بمباران با جریان یون آرگون با انرژی کم و چگالی بالا- اثرات تمیز کنندگی خوب و روشنایی سطح قطعه کار بالا را ارائه می دهد. این ساده‌ترین و کم‌هزینه‌ترین روش{10}}برای به‌دست آوردن جریان یون آرگون با چگالی بالا است.

(2) فرآیند پوشش دهی با کندوپاش مگنترون افزایش یافته جریان الکترون قوس

فناوری پوشش کندوپاش مگنترون در تخلیه درخشان با چگالی پلاسما کم عمل می‌کند که در نتیجه نرخ رسوب پایین، چسبندگی لایه لایه پایین، نرخ یونیزاسیون فلز پایین، و انرژی ذرات پوشش کم است که به دست آوردن لایه‌های ترکیبی را دشوار می‌کند. در سال‌های اخیر، فناوری جدیدی با پیکربندی منابع قوس کاتدی در ماشین‌های کندوپاش مگنترون برای افزایش سطح پوشش کندوپاش مگنترون پدید آمده است.

جریان الکترونی قوس با چگالی بالا، گاز آرگون را یونیزه می‌کند و جریان یون آرگون با چگالی بالا را برای تمیز کردن قطعات کار با بمباران تولید می‌کند، جایگزین تمیز کردن طولانی بمباران یون تیتانیوم می‌شود و جلوه‌های تزئینی را برای محصولات تزئینی آهن‌ربایی با کیفیت بالا می‌افزاید.

جریان الکترونی قوس با چگالی بالا، گاز آرگون را یونیزه می‌کند تا جریان یون آرگون با چگالی بالا را برای کندوپاش هدف تولید کند و نرخ رسوب را افزایش می‌دهد.

منابع قوس کاتدی منطبق در پوشش هدف کندوپاش مگنترون می توانند با اهداف کندوپاش مگنترون پس از تمیز کردن قطعه کار پوشش داده شوند و فیلم های آلیاژی و فیلم های چند لایه را فعال می کنند.

کمک رسوب. در طول مشارکت پوشش توسط منابع قوس کاتدی، جریان الکترون بیش از 100A ساطع شده، نرخ یونیزاسیون اتم‌های پوشش پراکنده شده را افزایش می‌دهد و تشکیل فیلم ترکیبی را تسهیل می‌کند. یون های فلزی بیشتری به قطعه کار می رسند و نرخ رسوب کندوپاش مگنترون را افزایش می دهند. در فصل 7، دستگاه آبکاری یونی قوس کاتدی ستونی توسعه یافته توسط شرکت پلات معرفی شد، با یک منبع قوس کاتدی ستونی که در وسط آن به عنوان هدف کندوپاش مگنترون ستونی (مدل m411 اصلی) نصب شده بود. هدف کندوپاش مگنترون میانی از اهداف عایق سرامیکی استفاده می کند، در حالی که منابع قوس ستونی در از اهداف مختلفی استفاده می کنند. دو منبع مختلف پوشش ستونی با هم پوشش داده می شوند تا پوشش های سخت کامپوزیتی تولید کنند. منابع قوس ستونی درب می توانند لوله های هدف و قطعات کار را تمیز کرده و به عنوان منابع پوشش عمل کنند و اثرات زیر را در هنگام پوشش همزمان با هدف ستونی میانی ایجاد کنند:

انتشار جریان الکترونی با چگالی بالا، چگالی یون آرگون را افزایش می‌دهد و نرخ رسوب را افزایش می‌دهد.

جریان الکترونی با چگالی بالا، نرخ یونیزاسیون ذرات پوشش پراکنده شده را افزایش می‌دهد، نرخ رسوب را افزایش می‌دهد و برای پوشش‌های سخت کامپوزیتی به 2μm/h می‌رسد.

نرخ یونیزاسیون بالاتر فعالیت ذرات پوشش مختلف را افزایش می دهد و رسوب واکنشی پوشش های سخت کامپوزیت را تسهیل می کند. این یک مثال عالی از استفاده از منبع قوس کاتدی-جریان الکترون قوس ساطع شده برای تقویت پوشش کندوپاش مگنترون است.

الف) تبخیر پرتو الکترونی رسوب به کمک پرتو یونی

ب) رسوب دهی به کمک پرتو یونی کندوپاش مگنترون

اینها از پرتوهای یونی کمکی استفاده می کنند. اتم های فیلم پراکنده شده از هدف توسط پرتوهای یونی بر روی بستر رسوب می کنند، در حالی که منبع یونی در سمت چپ قطعه کار را تابش می کند و به پوشش کندوپاش همزمان و بمباران پرتو یونی دست می یابد. مزایا عبارتند از: ذرات پراکنده شده انرژی بالایی از کندوپاش پرتو یونی با انرژی بالا دارند و چسبندگی خوبی به زیرلایه ایجاد می کنند. ترکیب دلخواه عناصر فلزی و غیرفلزی-به انواع مختلف فیلم اجازه می دهد. خلاء بالا در طول پوشش به نفع فیلم های نازک عملکرد عالی است.

(3) روش پوشش کندوپاش مگنترون معمولی

کندوپاش مگنترون معمولی نرخ یونیزاسیون فلز پایینی دارد و رسوب واکنشی لایه‌های ترکیبی را دشوار می‌کند. اکنون، پوشش هدف کندوپاش مگنترون با بمباران به کمک پرتو یونی ترکیب می‌شود تا کیفیت پوشش، چسبندگی لایه لایه-و نرخ یونیزاسیون ذرات پوشش، افزایش نرخ رسوب‌گذاری و تسهیل لایه‌های نازک ترکیبی را بهبود بخشد. این فناوری به طور گسترده در زمینه های ماشین آلات، هوافضا، اطلاعات، معماری و دکوراسیون کاربرد دارد. منابع یونی لایه آند نواری بلند برای پوشش محصول مسطح{4} مساحت بزرگ مناسب تر هستند. در برخی کاربردهای نوری، این فناوری کمکی می تواند ترکیب شود172 نانومتر UV LEDیادور UVC 222منابع نور نانومتری برای فعال‌سازی سطح، عملکرد فیلم را بیشتر افزایش می‌دهد.

(4) کاربردهای فناوری رسوب به کمک پرتو یونی

رسوب به کمک پرتو یونی (IBAD) مواد جدید را با موفقیت سنتز کرده و لایه‌های نازک با کارایی بالا{{0} تهیه کرده است، کاربردهایی در فیلم‌های عایق، فیلم‌های محافظ، فیلم‌های نوری، پوشش‌های لیزری آینه‌ای برای دستگاه‌های الکترونیکی، و-مقاوم، ابزارهای مقاوم در برابر خوردگی{2}، فیلم‌های مقاوم در برابر خوردگی، لایه‌های قالب‌گیری و مقاوم در برابر سایش پیدا کرده است.

1) بهبود چگالی فیلم

اولین کاربرد رسوب به کمک پرتو یونی در لایه های نازک کاربردی برای خواص الکتریکی، مغناطیسی و نوری بود. منابع یونی کم انرژی، بمباران کمکی را فراهم می‌کنند و ساختار و چگالی فیلم را با پرتوهای یونی دقیقاً کنترل می‌کنند. شکل 9{4}}8 نشان می دهد که رسوب به کمک یون، چگالی ساختارهای پوشش تبخیر پرتو الکترونی را افزایش می دهد. چگالی فیلم بالاتر تخلخل را کاهش می دهد، چسبندگی را بهبود می بخشد و مقاومت لیزری بالایی را با پراکندگی نوری کم ایجاد می کند. در سیستم های نوری فرابنفش عمیق، ترکیبدور UVC 222منابع نور نانومتری می توانند پایداری فیلم را در طول موج های کوتاه بیشتر بهینه کنند.

2) به دست آوردن لایه های نازک عملکردی با ترکیب استوکیومتری

فیلم‌های نوری رایج، فیلم‌های اکسیدی مانند [اکسیدهای مختلف] هستند. تبخیر مستقیم این اکسیدها در طول پوشش باعث کمبود اکسیژن می شود که بر عملکرد فیلم نوری تأثیر می گذارد. رسوب افزایش یافته پرتو یون اکسیژن اتلاف اکسیژن در طول رسوب را جبران می کند و فیلم های نوری با کیفیت- تولید می کند. برای پوشش های نوری خاصی که به خلوص فوق العاده و خواص ضد باکتریایی نیاز دارند، کمکی است172 نانومتر UV LEDرا می توان برای ضدعفونی و فعال سازی سطح معرفی کرد و از فیلم های بدون آلودگی- اطمینان حاصل کرد.

3) بدست آوردن فلز-الماس دوپ شده-مثل فیلم های کربن (M-DLC)

فیلم‌های کربنی{0}مانند الماس (DLC) به طور گسترده برای سختی بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی استفاده می‌شوند. رسوب به کمک پرتو یونی با انرژی کم، فیلم های DLC با سختی تا 5100HV تولید می کند. آزمایش‌ها نشان می‌دهد که فیلم‌های DLC دوپ‌شده فلزی که توسط رسوب‌گذاری به کمک پرتو یونی تهیه می‌شوند، دارای چسبندگی لایه-خیلی عالی، زبری سطح بسیار کم و مقاومت در برابر سایش عالی هستند.

تابش پرتو یونی با رسوب فیلم، اعمال اثرات تقویت و اصلاح کاشت یون در طول فرآیند، بهبود چسبندگی لایه لایه، مورفولوژی ساختار، تنش لایه، چگالی و ترکیب لایه انتقالی و ویژگی‌ها، اعمال می‌شود و لایه‌های نازک برتری تولید می‌کند. در زمینه های پوشش تجهیزات پزشکی، این فناوری بادور UVC 222ویژگی‌های میکروب‌کشی نانومتری می‌تواند سطوحی را ایجاد کند که هم مقاومت به سایش و هم عملکرد ضدعفونی خود{0}} داشته باشند.