העיקרון של far uvc 222 172nm UV LED קרן אלקטרונים אידוי קרן יונים וקרן יונים מגנטרון מקרטעת
9.3 זרימת אלקטרונים קשת
בשנים האחרונות, זרימת האלקטרונים בקשת-הגבוהה וצפיפות-הגבוהה בפריקת קשת מילאה תפקיד בולט בתהליכי ציפוי יונים, כגון חימום חלקי עבודה, ניקוי חלקי עבודה, שיפור השפעות היינון ותצהיר ציפוי. היבטים אלה הוצגו בפרקים קודמים. חלק זה מסכם ומארגן את המאפיינים, שיטות היצירה והיישומים של זרימת אלקטרונים בקשת, ומאפשר לקוראים להעריך את החשיבות של ניצול מלא של זרימת אלקטרונים בקשת.
9.3.1 מאפיינים ושיטות יצירה של זרימת אלקטרוני קשת
1. מאפיינים של זרימת אלקטרונים קשת
הצפיפות של זרימת אלקטרונים, זרימת יונים ואטומים ניטרליים-באנרגיה גבוהה בפלזמת הקשת שנוצרת על ידי פריקת קשת גבוהה בהרבה מזו שבפריקת זוהר. בחלל הציפוי יש יותר יוני גזים, יוני מתכת, אטומים בעלי אנרגיה גבוהה- וקבוצות פעילות שונות, הממלאים תפקידים חשובים בשלבי החימום, הניקוי והציפוי של תהליך השקיעה. צורת הפעולה של זרימת אלקטרונים בקשת שונה מזו של קרני יונים; היא לא מתכנסת לגמרי ל"קרן" אלא בעיקר במצב מתפצל, ולכן היא נקראת זרימת אלקטרונים בקשת. מכיוון שזרימת אלקטרונים בקשת נעה לכיוון האנודה, בכל מקום שבו מחובר הקוטב החיובי של ספק הכוח לקשת, זרימת האלקטרונים בקשת תופנה לשם. האנודה יכולה להיות חומר העבודה, אנודה עזר, כור היתוך וכו'.
2. שיטות ליצירת זרימת אלקטרונים קשת
(1) יצירת מקור גז של זרימת אלקטרונים קשת
פריקת קשת קתודה חלולה ופריקת קשת נימה חמה יכולים להשיג זרמי קשת של סביב 200A, עם מתחי קשת של 50~70V.
(2) יצירת מקור מוצק של זרימת אלקטרונים קשת
מקורות קשת קתודיים, לרבות מקורות קשת קטנה, מקורות קשת עמודים, מקורות קשת גדולים מלבניים מישוריים וכו'. לכל פריקת מקור קשת קתודית יש זרם קשת של 80~200A ומתח קשת של 18~25V. זרימת האלקטרונים בקשת-בצפיפות-הגבוהה,-נמוכה בשני סוגי הפלזמה של פריקת קשת יכולה לייצר יינון התנגשות אינטנסיבי עם גז ואטומי ציפוי מתכת, להניב יותר יוני גזים, יוני מתכת, אטומים פעילים שונים באנרגיה- גבוהה וקבוצות פעילות, ובכך להגדיל את הפעילות הכוללת של יוני הציפוי.
9.3.2 יישומים של זרימת אלקטרונים קשת
1. יישומים של זרימת אלקטרונים קשת מקור גז
1) חברת Balzers המציאה תחילה את מכונת ציפוי יון קשת נימה חמה
זרימת האלקטרונים בקשת הנפלטת על ידי אקדח קשת נימה חמה מלמעלה למטה לכיוון האנודה יכולה לשלוט על כל תהליך החימום, הניקוי והציפוי של חלק העבודה על ידי שינוי מיקום האנודה וריאציות הזרם האלקטרומגנטי. למרות שמכונת ציפוי זו אינה משמשת עוד לציפוי, היא עדיין משמשת לחימום חלקי עבודה וניקוי הפצצות.
2) חברת Hauzer משנה את עמדת האנודה
באמצעות השפעות של שדה חשמלי בלבד, זרימת האלקטרונים בקשת מיינן גז ארגון במהלך תנועה לכיוון האנודה כדי לייצר זרימת יוני ארגון בצפיפות- גבוהה לניקוי הפצצות של חלקי עבודה; גז חנקן מיינן מייצר זרימת יוני חנקן בצפיפות- גבוהה עבור חנקת יוני קשת.
3) בתחילה, רובי קתודה חלולים שימשו רק במכונות ציפוי יון קתודה חלולה
Dalian Jingjing Technology Co., Ltd התקינה אקדח קתודה חלול במכונת ציפוי יונים של מקור קשת קטן כמקור לניקוי הפצצות עבור חלקי עבודה, השגת השפעות ניקוי טובות ושיפור בהירות משטח העבודה.
4) ד"ר פנג הונגג'יאן התקין אקדח קתודה חלול במכונת ציפוי יונים של מקור קשת קטנה
בזמן ציפוי במקור הקשת הקטנה, אקדח הקתודה החלול מופעל בו-זמנית, תוך שימוש בזרימת אלקטרונים בקשת בצפיפות- גבוהה כדי להגדיל את הסתברות ההתנגשות עם חלקיקי הציפוי, ולשפר את מבנה הציפוי. איור 9-10 תמונות מיקרוסקופ כוח אטומי של מבנה ציפוי מעודן על ידי זרימת אלקטרונים קשת קתודה חלולה א) זרם אקדח קתודה חלול 0A ב) זרם אקדח קתודה חלול 120A ג) זרם אקדח קתודה חלול 140A ד) זרם אקדח קתודה חלול 160A הערה: נתון זה סופק על ידי Dr. Pen Honggjian. כפי שניתן לראות באיור 9-10, עם הגדלת זרם הקשת הקתודית החלולה, חלקיקים גדולים בציפוי יורדים ומתעדנים בהדרגה, מה שמעיד על כך שזרימת אלקטרונים בקשת בצפיפות גבוהה יכולה לחדד את המבנה של ציפויים ממקורות קשת קתודיים.
2. יישומים של זרימת אלקטרונים קשת מקור מוצק
(1) טכנולוגיית ניקוי חלקי עבודה משופרים בזרימת אלקטרונים קשת
בתהליכי ציפוי יונים, ניקוי יוני ארגון עם פריקת זוהר משמש בדרך כלל עבור חלקי עבודה, אך צפיפות זרימת יוני הארגון מפריקת זוהר נמוכה; שימוש ביוני טיטניום מפלסמה מקור קשת קתודית לניקוי חלקי עבודה יכול לייצר חלקיקים גדולים על פני השטח. טכנולוגיה חדשה הופיעה תוך שימוש בזרימת אלקטרונים מפלסמת קשת המושרה בשדה- הנפלטת ממקורות קשת קתודיים כדי ליינן גז ארגון, לייצור יוני ארגון באנרגיה נמוכה- ובצפיפות- גבוהה לניקוי חלקי העבודה. התאמות שונות של מיקום האנודה- מאפשרות לשדות חשמליים להניע את זרימת האלקטרונים לכל מיקום אנודה רצוי. ניקוי הפצצות עם זרימת יוני ארגון-נמוכה וצפיפות-גבוהה מספק השפעות ניקוי טובות ובהירות גבוהה של משטח העבודה. זוהי השיטה הפשוטה והנמוכה ביותר-להשגת זרימת יוני ארגון בצפיפות- גבוהה.
(2) תהליך ציפוי מגנטירון משופר בזרימת אלקטרונים קשת
טכנולוגיית ציפוי מקרטעת Magnetron פועלת בפריקת זוהר עם צפיפות פלזמה נמוכה, וכתוצאה מכך קצבי שקיעה נמוכים, הידבקות מצע נמוכה של סרט-, קצב יינון נמוך של מתכת ואנרגיה נמוכה של חלקיקי ציפוי, מה שמקשה על השגת סרטים מורכבים. בשנים האחרונות, צמחה טכנולוגיה חדשה על ידי הגדרת מקורות קשת קתודיים במכונות התזת מגנטרון כדי לשפר את רמת ציפוי הקזת המגנטרון.
זרימת אלקטרונים בקשת-בצפיפות גבוהה מיינן גז ארגון כדי לייצר זרימת יוני ארגון-בצפיפות גבוהה לניקוי הפצצות של חלקי עבודה, החלפת ניקוי הפצצת יוני טיטניום בשימוש-ארוך ושיפור אפקטים דקורטיביים עבור מוצרים דקורטיביים-גבוהים המצופים בהתזת מגנטרון.
זרימת אלקטרונים קשת בצפיפות גבוהה-מיוננת גז ארגון כדי לייצר זרימת יוני ארגון בצפיפות- גבוהה לקפיצת מטרה, מה שמגדיל את קצבי השקיעה.
מקורות קשת קתודיים מותאמים בציפוי מטרות מקרטעת מגנטרון יכולים לצבוע יחד עם מטרות קיזור מגנטרון לאחר ניקוי חלקי העבודה, מה שמאפשר סרטי סגסוגת וסרטים רב-שכבתיים.
הפקדה בסיוע. במהלך השתתפות בציפוי על ידי מקורות קשת קתודיים, זרימת אלקטרונים מעל 100A הנפלטת מגבירה את קצב היינון של אטומי הציפוי המקרטעים, ומקלה על יצירת סרט תרכובת; יותר יוני מתכת מגיעים לחומר העבודה, ומגדילים את שיעורי השקיעה של מקרטעת מגנוטרונים. בפרק 7 הוצגה מכונת ציפוי יונים קתודית קשת עמודית שפותחה על ידי חברת Platt, כאשר מקור קשת עמודי קתודי מותקן באמצע כמטרה מקרטעת מגנטרון עמודה (דגם m411 מקורי). מטרת הקזת המגנטרון האמצעית משתמשת ביעדי בידוד קרמיים, בעוד שמקורות קשת עמודים של דלת משתמשים במטרות שונות. שני מקורות הציפוי העמודים השונים מצפים זה לזה כדי לייצר ציפויים קשיחים מורכבים. מקורות קשת עמודים של דלת יכולים לנקות צינורות מטרה וחלקי עבודה ולשמש כמקורות ציפוי, ולספק את ההשפעות הבאות במהלך ציפוי סימולטני עם המטרה העמודה האמצעית:
פליטת זרימת אלקטרונים בצפיפות גבוהה-ת מגבירה את צפיפות יוני הארגון, ומעלה את קצבי השקיעה.
זרימת אלקטרונים בצפיפות גבוהה-מגדילה את קצב היינון של חלקיקי ציפוי מקרטעים, מעלה את קצבי השקיעה והשגת 2μm/h עבור ציפויים קשים מורכבים.
קצב יינון גבוה יותר משפר את הפעילות של חלקיקי ציפוי שונים, ומקל על שקיעה תגובתית של ציפויים קשים מרוכבים. זוהי דוגמה מצוינת לשימוש בזרימת אלקטרונים בקשת קתודית-שנפלטת כדי לשפר את ציפוי הקזת המגנטרון.
א) אידוי קרן אלקטרונים בסיוע קרן יונים
ב) שקיעת קרן יונים בסיוע מגנטרון
אלה משתמשים באלומות יונים עזר. אטומי סרט המקרטעים מהמטרה על ידי קרני יונים מפקידים על המצע, בעוד שמקור היונים בצד שמאל מקרין את חומר העבודה, משיג ציפוי מקרטעת סימולטני והפצצת אלומת יונים. היתרונות כוללים: לחלקיקים מקרטעים יש אנרגיה גבוהה מקריזת קרן יונים-באנרגיה גבוהה, המספקת הידבקות טובה למצע; שילובים שרירותיים של מתכת ואלמנטים שאינם-מתכתיים מאפשרים סוגי סרטים מגוונים; ואקום גבוה במהלך הציפוי מעדיף סרטים דקים עם ביצועים מצוינים.
(3) שיטת ציפוי מגנטרונים קונבנציונלית
לקמץ מגנטרון קונבנציונלי יש קצב יינון מתכת נמוך, מה שמקשה על שקיעה תגובתית של סרטים מורכבים. כעת, ציפוי מטרות מקרטעת מגנטרון משולב עם הפצצה בעזרת אלומת יונים כדי לשפר את איכות הציפוי, הידבקות המצע של הסרט- וקצב היינון של חלקיקי הציפוי, הגדלת שיעורי השקיעה והקלה על סרטים דקים מורכבים. טכנולוגיה זו מיושמת באופן נרחב בתחומי מכונות, תעופה וחלל, מידע, אדריכלות ודקורציה. מקורות יונים בשכבת האנודה ברצועה ארוכה מתאימים יותר לציפוי מוצר מישורי- גדול. ביישומים אופטיים מסוימים, טכנולוגיה מסייעת זו יכולה להשתלבLED UV 172nmאוֹfar UVC 222מקורות אור ננומטר להפעלת פני השטח, משפרים עוד יותר את ביצועי הסרט.
(4) יישומים של טכנולוגיית שיקוע בעזרת קרן יונים
השקעת קרן יונים (IBAD) סינתזה בהצלחה חומרים חדשים והכינה סרטים דקים-בעלי ביצועים גבוהים, ומצאה יישומים בסרטי בידוד, סרטי הגנה, סרטים אופטיים, ציפוי מראות לייזר למכשירים אלקטרוניים, וסרטים-עמידים בפני שחיקה, עמידים בפני קורוזיה, עבור כלים, תבניות ותבניות.
1) שיפור צפיפות הסרט
היישום המוקדם ביותר של שיקוע בעזרת אלומת יונים היה בסרטים דקים פונקציונליים עבור תכונות חשמליות, מגנטיות ואופטיות. מקורות יונים-נמוכים מספקים הפצצה בסיוע, שליטה מדויקת במבנה הסרט ובצפיפותם באמצעות קרני יונים. איור 9-8 מראה כי השקיעה בעזרת יונים מגבירה את הצפיפות של מבני ציפוי באידוי קרן אלקטרונים. צפיפות סרט גבוהה יותר מפחיתה את הנקבוביות, משפרת את ההידבקות ומספקת עמידות גבוהה לנזקי לייזר עם פיזור אופטי נמוך. במערכות אופטיות אולטרה סגול עמוקות, שילובfar UVC 222מקורות אור ננומטר יכולים לייעל עוד יותר את יציבות הסרט באורכי גל קצרים.
2) השגת סרטים דקים פונקציונליים עם קומפוזיציה סטוכיומטרית
סרטים אופטיים נפוצים הם סרטי תחמוצת כגון [תחמוצות שונות]. אידוי ישיר של תחמוצות אלו במהלך הציפוי גורם למחסור בחמצן, המשפיע על ביצועי הסרט האופטי. שקיעה משופרת של אלומת יוני חמצן מפצה על אובדן חמצן במהלך השקיעה, ומייצר סרטים אופטיים באיכות גבוהה-. עבור ציפויים אופטיים מסוימים הדורשים טוהר קיצוני ותכונות אנטיבקטריאליות, עזרLED UV 172nmניתן להכניס לחיטוי והפעלה של פני השטח, מה שמבטיח סרטים ללא זיהום-.
3) השגת מתכת-יהלום מסוממים-כמו סרטי פחמן (M-DLC)
סרטי יהלום-כמו פחמן (DLC) נמצאים בשימוש נרחב עבור קשיות גבוהה, עמידות בפני שחיקה ועמידות בפני קורוזיה. שקיעה בעזרת קרן יונים-נמוכה מייצרת סרטי DLC עם קשיות של עד 5100HV. ניסויים מראים שלסרטי DLC מסוממים-מתכתיים שהוכנו על ידי שקיעה בסיוע קרן יונים יש הידבקות מעולה של מצע סרט-, חספוס משטח נמוך במיוחד ועמידות בפני שחיקה מעולה.
הקרנת קרן יונים מסתנכרנת עם שקיעת הסרט, מפעילה השפעות שיפור ושינוי של השתלת יונים לאורך התהליך, משפרת את הידבקות המצע של הסרט-, מורפולוגיה של המבנה, מתח הסרט, צפיפות והרכב ותכונות שכבת המעבר, ומניב סרטים דקים מעולים. בתחומי ציפוי מכשור רפואי, טכנולוגיה זו בשילוב עםfar UVC 222תכונות קוטל חיידקים nm יכולות לפתח משטחים בעלי עמידות בפני שחיקה ופונקציות -חיטוי עצמי.
