1.5.2 Параметри режиму напилення та їх вплив на ефективність процесу
Найбільш впливає на ефективність процесу питома потужність дугового процесу, потенціал зміщення, який подається на виріб, та індукція магнітного поля.
Ці параметри в основному визначають середню енергію іонів, густину потоку енергії плазмового струменя, густину потоку іонів та інші показники.
З підвищенням питомої потужності дуги збільшується швидкість розпилення катода і продуктивність напилення. При цьому покращуються показники параметрів потоку частинок.
Питома потужність дуги регулюється двома параметрами: силою струму дуги та площею розпилюваного катода. Напруга дугового розряду змінюється мало і становить (30 - 40) В. При наперед заданих розмірах площі матеріалу, що підлягає розпиленню основним енергетичним параметром є сила струму дуги.
Сучасні установки дозволяють проводити процес при силі струму (20 - 1000) А. Найчастіше сила струму становить від 100 А до 300 А при густині (від 1 до 20) А/см2. При збільшенні густини струму різко зростає у паровому потоці кількість конденсованої фази.
Індукція магнітного поля найбільш впливає на густину потоку іонізованих частинок. Найчастіше величина індукції знаходиться межах (від 0 до 4,5) мТл.
На рисунку 1.15 показана якісна залежність впливу величини струму дуги та індукції магнітного поля котушки на густину струму іонів у напилюваному потоці.
Величина потенціалу зміщення найбільш впливає на швидкість іонного травлення вихідної поверхні напилення та швидкість конденсації.
Для вибухового розпилення катодною дугою низького тиску використовують матеріал у вигляді дисків діаметром від 50 мм до 100 мм та товщиною від 15 мм до 20 мм, стержнів та інших форм. Звичайно площа поверхні, яка розпилюється, становить (20 - 30) см3 і більше. Це відповідає густині струму (від 5 до 20) А/см2.
При ерозії катода на поверхні диска утворюються чашкоподібні заглиблення. Стабільність процесу залежить від температури розпилюваного матеріалу. Підвищення температури порушує кінетику переміщення катодних плям, підвищує кількість конденсованої фази в потоці.
Для усунення впливу температурного фактору матеріал катода інтенсивно охолоджується водою.
Ig,
max
Ig,
min
В,
мТл
Рисунок 1.15 – Якісна залежність густини іонного струму
від індукції магнітного поля та струму дуги.
Для стабілізації дугового розряду тиск у камері підтримується на рівні від 10-1 Па до 10-2 Па. Дистанція напилення знаходиться в межах від 200 мм до 350 мм.
На стабільність процесу, окрім вказаних технологічних параметрів, впливає конструкція та розміри анодного вузла та конструкція магнітної системи стабілізації катодної плями на торці розпилюваного матеріалу та системи магнітного прискорювача.
Недостатня площа анода та слабке охолодження призводять до його швидкого руйнування. Важливим є відстань від анода до катода. Вона знаходиться в межах від 50 мм до 100 мм. Збільшення відстані призводить до підвищення ступеня іонізації пари, але зменшує продуктивність напилення.
Блукання катодної плями ззовні торця електрода негативно впливає на можливість керування потоку частинок. Конструкція магнітного прискорювача та параметри його роботи дуже впливають на формування потоку частинок та їх енергію.