În ceea ce privește principiile PVD, wolfram (W) poate fi depus folosind diverse metode, cum ar fi pulverizarea cu magnetron, placarea cu ioni multi-arc, HiPIMS sau depunerea asistată cu-razele de ioni-. Întrebarea adevărată este: care este aplicația prevăzută pentru wolfram? Doriți să creați un strat de wolfram pur, carbură de tungsten (WC), un dopant minor într-o acoperire W-DLC sau un strat de tranziție cu-încărcare-înaltă?
Metoda cea mai potrivită variază în funcție de obiectiv.
Cel mai mare avantaj al pulverizării cu magnetron pentru W este „controlul ușor”
Ținta W este o țintă conductivă și poate fi utilizată pentru pulverizarea cu magnetron. Ionii de Ar bombardează ținta W, elimină atomii de W și apoi îi depun pe suprafața piesei de prelucrat.
Avantajele utilizării pulverizării cu magnetron pentru a depune wolfram (W) sunt clare: mai puține particule, o suprafață netedă a filmului și o compoziție ușor de controlat. Această metodă este deosebit de potrivită-pentru acoperirile W-DLC, unde este necesar un control precis asupra conținutului de wolfram.
În W-DLC, tungstenul nu este, în general, componenta funcțională principală. Rețeaua de carbon este cea care oferă de fapt proprietăți de frecare redusă-; wolframul servește la reglarea tensiunilor interne, la îmbunătățirea capacității de încărcare-și la îmbunătățirea stabilității peliculelor mai groase. Cu toate acestea, adăugarea de prea mult tungsten perturbă rețeaua de carbon cu frecare redusă-caracteristică a DLC.
Prin urmare, W-DLC se teme cel mai mult ca conținutul W să scape de sub control.
Aici constă beneficiul pulverizării cu magnetron. Puteți aduce încet conținutul W în fereastra țintă ajustând puterea țintă W, debitul sursei de carbon, tensiunea de polarizare și presiunea aerului. De exemplu, dacă comparați W scăzut, W mediu și W ridicat, tendințele de frecare, duritate și stres pot fi văzute clar.
Prin urmare, pulverizarea cu magnetron este o cale foarte comună și stabilă pentru dopajul fin W, stratul de tranziție W-C și stratul principal W{-DLC.
Placarea cu ioni multi-arc poate fi utilizată pentru wolfram (W), dar prezintă provocări mai mari.
Nu este imposibil să procesați wolfram utilizând placarea cu ioni multi-arc.
Punctele arcului din procesele cu arc catodic posedă energie extrem de mare; teoretic, pot vaporiza o gamă largă de metale cu punct de topire înalt--, inclusiv metale refractare precum W, Mo și Ta. Faptul că wolfram are un punct de topire ridicat nu înseamnă că nu poate fi vaporizat de punctul arcului.
Cu toate acestea, doar pentru că este posibil nu înseamnă că este ușor de realizat.
Tungstenul (W) este un material caracterizat printr-un punct de topire ridicat și duritate ridicată; în consecință, procese precum prelucrarea țintei, strângerea, răcirea și menținerea stabilității la aprinderea arcului sunt mai dificile decât în cazul țintelor standard din titan (Ti) sau crom (Cr).
Când utilizați depunerea cu mai multe-arc pentru wolfram, trebuie acordată o atenție deosebită mișcării punctelor de arc, ablației suprafeței țintei, supraîncălzirii localizate, formării de particule și rugozității suprafeței filmului.
Caracteristicile multi-arcului sunt rata mare de ionizare a metalelor, energie puternică de depunere și forță bună de legătură, dar este, de asemenea, ușor să aduceți picături și particule mari.
Pentru țintele de arc convenționale, cum ar fi Ti și Cr, particulele sunt deja o problemă comună în arcurile multiple. Dacă este înlocuit cu un material cu punct de topire ridicat, cum ar fi W, starea punctului de arc și ablația suprafeței țintă nu sunt bine controlate, iar defectele suprafeței filmului pot fi, de asemenea, evidente.
Prin urmare, în timp ce tehnologia multi-arc poate fi utilizată pentru a depune wolfram (W), este mai potrivită pentru aplicații care necesită bombardare intensă cu ioni metalici, aderență ridicată și întărirea straturilor de tranziție sau-portante; nu este neapărat ideal pentru producerea straturilor de suprafață W-DLC extrem de rafinate care necesită niveluri scăzute de particule și control precis asupra conținutului de tungsten.
De ce mai mulți oameni preferă pulverizarea cu magnetron atunci când produc W-DLC?
Deoarece cheia pentru W-DLC nu constă doar în „încorporarea wolframului”, ci în determinarea cât să adăugați, unde să îl distribuiți și dacă adăugarea perturbă rețeaua de carbon.
Folosind o țintă de magnetron-tungsten (W) pulverizat împreună cu o sursă de carbon-cum ar fi o țintă de grafit, acetilenă, metan sau altă plasmă de carbon-, este relativ ușor să se mențină un conținut scăzut de wolfram, permițându-i să se disperseze în matricea DLC sub formă de structuri W{-C{4} fine sau nanocarburi.
În acest fel, wolframul servește la îmbunătățirea-capacitatea portantă și la reducerea stresului, în timp ce rețeaua de carbon rămâne continuă, asigurând păstrarea proprietăților de-frecare scăzută.
Când utilizați o sursă de wolfram (W) într-un proces cu mai multe-arc, fluxul de ioni metalici de tungsten poate fi destul de intens, ceea ce face ușor ca conținutul local de wolfram să devină excesiv de mare.
Nivelurile ridicate de wolfram tind să promoveze formarea unor cantități semnificative de faze WC sau W₂C, blocând eficient carbonul în structurile de carbură. În consecință, stratul rezultat poate ajunge ca un strat dur compozit-conținând tungsten, mai degrabă decât o acoperire DLC cu frecare redusă-.
Cu alte cuvinte, deși este cu siguranță posibilă utilizarea unei surse de wolfram în depunerea cu mai multe-arc, fereastra pentru controlul conținutului de tungsten este mai îngustă și mai dificil de gestionat; în plus, trebuie acordată o atenție deosebită particulelor de suprafață și continuității rețelei de carbon.
Unde este mai bine plasat arcul multi-W?
Dacă este W-DLC, prefer să înțeleg multi-arc W ca un instrument pentru „stratul de îmbunătățire” sau „strat de tranziție”, decât să îl folosesc direct pentru a crea un întreg strat de DLC cu conținut W-înalt.
De exemplu, aproape de substrat, un strat de tranziție W sau WC poate fi utilizat pentru a îmbunătăți încărcătura-portanta și lipirea; un gradient W-C poate fi realizat în mijloc pentru a permite o tranziție treptată de la metal la carbon; cea mai mare suprafață menține încă DLC bogat-carbon pentru a asigura frecare scăzută și anti-aderență.
Acest design este mai rațional decât utilizarea unui strat monolit de wolfram (W).
Dacă obiectivul nu este un DLC cu frecare redusă-ci mai degrabă un strat de-duritate,-rezistent la uzură-W, WC sau W-C, abordarea cu arc multiplu este, de asemenea, valoroasă. Acest lucru se datorează faptului că depunerea cu arc multi-generează ioni metalici de-energie mare, rezultând acoperiri dense cu aderență puternică-ideale pentru crearea de straturi robuste,-rezistente la uzură.
Cu toate acestea, dacă clientul necesită o suprafață excepțional de netedă, particule minime și un coeficient de frecare scăzut, ar trebui să fiți precauți atunci când vă bazați numai pe depunerea cu mai multe-arcuri pentru wolfram.
Dacă produceți acoperiri W-DLC-în special acolo unde se pune accent pe frecare scăzută, proprietăți anti-lipire, componente de alunecare sau suprafețe netede ale mucegaiului-acordați prioritate utilizării pulverizării cu magnetron sau HiPIMS pentru a depune componenta de wolfram (W), combinată cu o sursă de carbon pentru depunere. Această abordare permite un control mai bun asupra conținutului de tungsten, are ca rezultat o suprafață de acoperire mai fină și facilitează conservarea structurii rețelei de carbon.
Dacă trebuie să produceți un strat de tranziție W-C care este mai gros, oferă o capacitate portantă mai mare-și necesită o aderență puternică, puteți lua în considerare utilizarea unei surse W cu mai multe-arc sau o sursă hibridă care combină pulverizarea cu arc multi-și magnetron.
Dacă doriți să produceți straturi pure de tip W sau WC-rezistente la uzură-, metoda cu mai multe-arc este, de asemenea, o opțiune, deși trebuie să fiți pregătit să faceți față provocărilor precum particulele, stresul intern, ablația suprafeței țintă și rugozitatea suprafeței.
Prin urmare, concluzia este simplă:
Acoperirile de tungsten (W) pot fi produse nu numai prin pulverizare cu magnetron, ci și prin placare cu ioni multi-arc.
Cu toate acestea, pulverizarea cu magnetron este mai potrivită pentru a controla cu precizie conținutul de wolfram și pentru a obține o suprafață cu particule minime, în timp ce placarea cu arc multi-arc este superioară pentru a crea straturi de tranziție W sau W{-C caracterizate prin ionizare ridicată, aderență puternică și capacitate de încărcare-înaltă. Abordarea optimă implică adesea o strategie hibridă, mai degrabă decât alegerea unei metode în detrimentul celeilalte: folosirea unui strat de wolfram la bază pentru a îmbunătăți capacitatea portantă-încărcăturii, păstrând în același timp un strat de carbon DLC cu frecare redusă-la suprafață.
