Princip dalekog uvc 222 172nm UV LED snopa elektronskih zraka isparavanja jonskog snopa i magnetronskog raspršivanja jonskog snopa
9.3 Protok elektrona luka
Posljednjih godina, visoko{0}}energetski,-lučni tok elektrona velike gustine u lučnom pražnjenju igrao je istaknutu ulogu u procesima ionskog oblaganja, kao što su zagrijavanje radnih predmeta, čišćenje radnih komada, pojačavanje efekata jonizacije i nanošenje premaza. Ovi aspekti su predstavljeni u prethodnim poglavljima. Ovaj odeljak sumira i organizuje karakteristike, metode generisanja i primene strujanja elektrona luka, omogućavajući čitaocima da uvaže važnost potpunog korišćenja toka elektrona luka.
9.3.1 Karakteristike i metode generisanja strujanja elektrona luka
1. Karakteristike strujanja elektrona luka
Gustina protoka elektrona, jonskog toka i visoko{0}}neutralnih atoma u lučnoj plazmi generiranoj lučnim pražnjenjem je mnogo veća od one u svjetlećem pražnjenju. U prostoru za premazivanje nalazi se više jona plina, metalnih jona, pobuđenih visokoenergetskih atoma i raznih aktivnih grupa, koje igraju važnu ulogu u fazama zagrijavanja, čišćenja i oblaganja u procesu taloženja. Oblik djelovanja lučnog toka elektrona razlikuje se od oblika djelovanja jonskih snopa; nije u potpunosti konvergentan u "snop" već uglavnom u divergentnom stanju, pa se stoga naziva strujanje elektrona luka. Budući da se tok elektrona luka kreće prema anodi, gdje god je spojen pozitivni pol napajanja luka, tok elektrona luka će biti usmjeren tamo. Anoda može biti radni komad, pomoćna anoda, lončić itd.
2. Metode za generiranje strujanja elektrona luka
(1) Izvor gasa Generiranje strujanja elektrona luka
Lučno pražnjenje sa šupljom katodom i lučno pražnjenje vrućim filamentom mogu postići struje luka od oko 200A, sa naponom luka od 50~70V.
(2) Generiranje strujanja elektrona luka iz čvrstog izvora
Izvori katodnog luka, uključujući male izvore luka, stubne izvore luka, pravougaone planarne velike izvore luka, itd. Svako pražnjenje izvora katodnog luka ima struju luka od 80~200A i napon luka od 18~25V. Protok elektrona luka velike{6}}niske -e energije u oba tipa plazme lučnog pražnjenja može proizvesti intenzivnu ionizaciju sudara s plinom i atomima metalne prevlake, stvarajući više jona plina, metalnih jona, različitih visoko{8}}aktivnih atoma i aktivnih grupa, čime se povećava ukupna aktivnost prevlake.
9.3.2 Primjena strujanja elektrona luka
1. Primjena strujanja elektrona luka izvora plina
1) Kompanija Balzers je prvo izumila mašinu za ionsko ionsko oblaganje vrućim filamentom
Struja elektrona luka koju emituje pištolj s vrućim filamentom od vrha do dna prema anodi može kontrolirati cijeli proces zagrijavanja, čišćenja i oblaganja radnog komada promjenom položaja anode i varijacija elektromagnetne struje. Iako se ova mašina za oblaganje više ne koristi za premazivanje, još uvijek se koristi za zagrijavanje predmeta i čišćenje bombardiranjem.
2) Kompanija Hauzer mijenja poziciju anode
Koristeći samo efekte električnog polja, tok elektrona luka jonizuje gas argona tokom kretanja prema anodi da bi proizveo tok jona argona visoke{0}}gustine za bombardovanje radnih komada; Jonizirajući plin azota proizvodi tok azotnih jona velike-gustine za alučno ionsko nitriranje.
3) U početku su se pištolji sa šupljom katodom koristili samo u mašinama za ionsko oblaganje sa šupljom katodom
Dalian Jingjing Technology Co., Ltd. je instalirao pištolj sa šupljom katodom u malu mašinu za ionsko oblaganje sa izvorom luka kao izvor bombardovanja za čišćenje radnih komada, postižući dobre efekte čišćenja i poboljšavajući svjetlinu površine obratka.
4) Dr. Peng Hongjian ugradio je pištolj sa šupljom katodom u mašinu za ionsko oblaganje malog luka
Dok se premazuje malim izvorom luka, pištolj sa šupljom katodom se aktivira istovremeno, koristeći tok elektrona luka velike-gustine kako bi se povećala vjerovatnoća sudara sa česticama premaza, rafinirajući strukturu premaza. Slika 9-10 Mikroskopom atomske sile slike strukture prevlake rafinirane strujom elektrona šuplje katode a) Struja pištolja šuplje katode 0A b) Struja pištolja šuplje katode 120A c) Struja pištolja šuplje katode 140A d) Ovu sliku daje Dr. Kao što se vidi na slici 9-10, sa povećanjem struje luka šuplje katode, velike čestice u premazu se postepeno smanjuju i rafiniraju, što ukazuje da strujanje elektrona luka velike gustine može poboljšati strukturu prevlaka iz izvora katodnog luka.
2. Primjena strujanja elektrona luka iz čvrstog izvora
(1) Tehnologija čišćenja radnog komada sa poboljšanim protokom elektrona
U procesima ionskog prevlačenja, čišćenje argonskim jonima usijanim pražnjenjem općenito se koristi za radne komade, ali je gustina protoka jona argona iz usijanog pražnjenja niska; korištenje titanovih jona iz plazme izvora katodnog luka za čišćenje radnih komada može proizvesti velike čestice na površini. Pojavila se nova tehnologija koja koristi protok elektrona iz plazme luka-indukovanog hladnim poljem koju emituju izvori katodnog luka za jonizaciju gasa argona, proizvodeći nisko{2}}energetske,-jone argona visoke gustine za čišćenje obratka. Različita podudaranja položaja katode{5}}anode omogućavaju električnim poljima da pokrenu protok elektrona do bilo kojeg željenog položaja anode. Bombardiranje sa niskom{7}}energetskim protokom jona argona visoke{8}}gustine pruža dobre efekte čišćenja i visoku svjetlinu površine radnog komada. Ovo je najjednostavniji i najjeftiniji{10}}metod za dobivanje-toka jona argona velike gustine.
(2) Proces nanošenja premaza pomoću magnetnog raspršivanja sa poboljšanim protokom elektrona
Tehnologija premazivanja magnetnim raspršivanjem radi u svjetlećem pražnjenju sa niskom gustinom plazme, što rezultira niskim stopama taloženja, niskom adhezijom filma-supstrata, niskom stopom jonizacije metala i niskom energijom čestica premaza, što otežava dobivanje složenih filmova. Poslednjih godina pojavila se nova tehnologija konfigurisanjem izvora katodnog luka u mašinama za magnetronsko raspršivanje kako bi se poboljšao nivo prevlake magnetronskim raspršivanjem.
Protok elektrona u luku velike gustine ionizira plin argona kako bi se proizveo tok jona argona velike gustine za bombardiranje radnih komada, zamjenjujući dugo-korišćeno čišćenje bombardiranjem jonima titanijuma i poboljšavajući dekorativne efekte za vrhunske-dekorativne proizvode premazane magnetronskim premazom.
Protok elektrona luka velike gustine ionizira plin argon kako bi proizveo tok jona argona velike gustine za ciljano raspršivanje, povećavajući stope taloženja.
Usklađeni izvori katodnog luka u prevlaci mete magnetronskog raspršivanja mogu se premazati zajedno sa metama za raspršivanje magnetrona nakon čišćenja radnog komada, omogućavajući filmove od legure i višeslojne filmove.
Potpomognuta depozicija. Tokom učešća u oblaganju od strane izvora katodnog luka, protok elektrona preko 100A emitovanih povećava brzinu jonizacije raspršenih atoma prevlake, olakšavajući formiranje složenog filma; više metalnih jona stiže do radnog predmeta, povećavajući stope taloženja magnetronskim raspršivanjem. U poglavlju 7, predstavljena je mašina za kolonasto katodno ionsko ionsko nanošenje koju je razvila kompanija Platt, sa stubnim izvorom katodnog luka koji je instaliran u sredini kao kolonasta meta za raspršivanje magnetrona (originalni model m411). Srednja magnetronska meta za raspršivanje koristi keramičke izolacione mete, dok izvori stubnog luka na vratima koriste različite mete. Dva različita stubna izvora premaza se oblažu zajedno kako bi proizveli kompozitne tvrde premaze. Izvori stubnog luka vrata mogu očistiti ciljne cijevi i obradke i poslužiti kao izvori premaza, pružajući sljedeće efekte tokom istovremenog premaza sa srednjom stubnom metom:
Emitovanje protoka elektrona visoke{0}}gustine povećava gustinu jona argona, povećavajući stope taloženja.
Visok-tok elektrona visoke gustine povećava brzinu jonizacije raspršenih čestica premaza, povećavajući stope taloženja i postižući 2μm/h za kompozitne tvrde premaze.
Veća brzina jonizacije povećava aktivnost različitih čestica premaza, olakšavajući reaktivno taloženje kompozitnih tvrdih premaza. Ovo je odličan primjer korištenja protoka elektrona luka koje emituje izvor katodnog luka-za poboljšanje prevlake magnetronskim raspršivanjem.
a) Taloženje potpomognuto isparavanjem elektronskim snopom jonskih zraka
b) Taloženje potpomognuto magnetronskim raspršivanjem jonskim snopom
Oni koriste pomoćne snopove jona. Atomi filma koji se raspršuju iz mete snopovima jona talože se na podlogu, dok jonski izvor sa leve strane zrači radni predmet, postižući istovremeno prevlaku raspršivanjem i bombardovanje jonskim snopom. Prednosti uključuju: raspršene čestice imaju visoku energiju od raspršivanja visoko-energetskim snopom jona, obezbjeđujući dobro prianjanje na podlogu; proizvoljne kombinacije metalnih i nemetalnih elemenata omogućavaju različite vrste filmova; visok vakuum tokom nanošenja premaza pogoduje odličnim performansama tankih filmova.
(3) Konvencionalna metoda nanošenja magnetronskog raspršivanja
Konvencionalno magnetronsko raspršivanje ima nisku stopu jonizacije metala, što otežava reaktivno taloženje složenih filmova. Sada je ciljni premaz magnetronskog raspršivanja u kombinaciji s bombardiranjem potpomognutim jonskim snopom kako bi se poboljšao kvalitet premaza, adhezija filma-supstrata i brzina ionizacije čestica premaza, povećavajući stope taloženja i olakšavajući tanke slojeve složenih filmova. Ova tehnologija ima široku primenu u oblastima mašina, vazduhoplovstva, informacija, arhitekture i dekoracije. Izvori jona sa dugim trakama anodnog sloja su prikladniji za oblaganje proizvoda velike površine-. U određenim optičkim aplikacijama, ova potpomognuta tehnologija može se kombinirati172nm UV LEDilidaleko UVC 222nm izvori svjetlosti za površinsku aktivaciju, dodatno poboljšavajući performanse filma.
(4) Primjena tehnologije taloženja potpomognutog ionskim snopom
Taloženje potpomognuto jonskim snopom (IBAD) je uspješno sintetizirao nove materijale i pripremio tanke filmove visokih{0}}performansi, pronalazeći primjenu u izolacijskim folijama, zaštitnim filmovima, optičkim filmovima, laserskim zrcalnim premazima za elektronske uređaje i folijama-otpornim na koroziju-za alate, kalupe i ležajeve.
1) Poboljšanje gustine filma
Najranija primjena taloženja uz pomoć ionskog snopa bila je u funkcionalnim tankim filmovima za električna, magnetska i optička svojstva. Jonski izvori niske{1}}e energije pružaju potpomognuto bombardiranje, precizno kontrolirajući strukturu i gustinu filma pomoću jonskih zraka. Slika 9-8 pokazuje da taloženje potpomognuto jonima povećava gustinu struktura prevlake elektronskim snopom isparavanja. Veća gustoća filma smanjuje poroznost, poboljšava prianjanje i pruža visoku otpornost na oštećenja od lasera uz malo optičko raspršenje. U duboko ultraljubičastim optičkim sistemima, kombinovanjedaleko UVC 222nm izvori svjetlosti mogu dodatno optimizirati stabilnost filma na kratkim talasnim dužinama.
2) Dobivanje funkcionalnih tankih filmova sa stehiometrijskom kompozicijom
Uobičajeni optički filmovi su oksidni filmovi kao što su [razni oksidi]. Direktno isparavanje ovih oksida tokom nanošenja premaza uzrokuje nedostatak kisika, što utiče na performanse optičkog filma. Poboljšano taloženje snopom kisikovih jona kompenzira gubitak kisika tokom taloženja, proizvodeći visoko-kvalitetne optičke filmove. Za određene optičke premaze koji zahtijevaju ekstremnu čistoću i antibakterijska svojstva, pomoćni172nm UV LEDmože se uvesti za površinsku dezinfekciju i aktivaciju, osiguravajući filmove-bez kontaminacije.
3) Dobijanje metala-dopiranih dijamanta-kao karbonske folije (M-DLC)
Dijamantski-ugljični (DLC) filmovi se široko koriste za visoku tvrdoću, otpornost na habanje i otpornost na koroziju. Taloženje uz pomoć niskoenergetskog snopa jona proizvodi DLC filmove tvrdoće do 5100HV. Eksperimenti pokazuju da metalni-dopirani DLC filmovi pripremljeni taloženjem potpomognutim jonskim snopom imaju odličnu adheziju filma-podloge, izuzetno nisku hrapavost površine i vrhunsku otpornost na habanje.
Zračenje jonskim snopom sinhronizuje se sa taloženjem filma, primenom efekata poboljšanja i modifikacije jonske implantacije tokom celog procesa, poboljšavajući adheziju filma-supstrata, morfologiju strukture, stres filma, gustinu i sastav i svojstva prelaznog sloja, dajući superiorne tanke filmove. U oblastima premaza za medicinske uređaje, ova tehnologija je u kombinaciji sadaleko UVC 222nm germicidna svojstva mogu razviti površine sa funkcijama otpornosti na habanje i samo{0}}dezinfekcije.
