ในแง่ของหลักการ PVD ทังสเตน (W) สามารถสะสมได้โดยใช้วิธีการต่างๆ เช่น การสะสมของแมกนีตรอน การชุบไอออนแบบหลาย-อาร์ก HiPIMS หรือ-การสะสมลำแสง-ด้วยไอออน คำถามที่แท้จริงคือ วัตถุประสงค์การใช้งานสำหรับทังสเตนคืออะไร คุณต้องการสร้างชั้นทังสเตนบริสุทธิ์ ทังสเตนคาร์ไบด์ (WC) สารเจือปนเล็กน้อยภายในการเคลือบ W-DLC หรือชั้นทรานซิชันที่มี-โหลด-สูง
วิธีการที่เหมาะสมที่สุดจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์
ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของการสปัตเตอร์แมกนีตรอนสำหรับ W คือ "ควบคุมง่าย"
เป้าหมาย W เป็นเป้าหมายที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและสามารถนำไปใช้สำหรับการสปัตเตอร์แมกนีตรอนได้ ไอออนของ Ar โจมตีเป้าหมาย W ทำให้อะตอม W แตกออก จากนั้นจึงสะสมไว้บนพื้นผิวของชิ้นงาน
ข้อดีของการใช้แมกนีตรอนสปัตเตอร์ริ่งในการสะสมทังสเตน (W) มีความชัดเจน: มีอนุภาคน้อยลง พื้นผิวฟิล์มเรียบ และองค์ประกอบที่ควบคุมได้ง่าย วิธีการนี้เหมาะอย่างยิ่ง-สำหรับการเคลือบ W-DLC ซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุมปริมาณทังสเตนอย่างแม่นยำ
ใน W-DLC โดยทั่วไปแล้ว ทังสเตนจะไม่ใช่องค์ประกอบการทำงานหลัก โครงข่ายคาร์บอนคือสิ่งที่ให้คุณสมบัติ-แรงเสียดทานต่ำจริงๆ ทังสเตนทำหน้าที่ปรับความเค้นภายใน เพิ่ม-ความสามารถในการรับน้ำหนัก และปรับปรุงความเสถียรของฟิล์มที่หนาขึ้น อย่างไรก็ตาม การเพิ่มทังสเตนมากเกินไปจะขัดขวางคุณลักษณะ-เครือข่ายคาร์บอนแรงเสียดทานต่ำของ DLC
ดังนั้น W-DLC จึงกลัวที่สุดว่าเนื้อหา W จะไม่สามารถควบคุมได้
ในที่นี้ประโยชน์ของแมกนีตรอนสปัตเตอร์อยู่ คุณสามารถนำเนื้อหา W ไปยังหน้าต่างเป้าหมายได้อย่างช้าๆ โดยการปรับกำลังเป้าหมาย W อัตราการไหลของแหล่งคาร์บอน แรงดันไบอัส และความดันอากาศ ตัวอย่างเช่น หากคุณเปรียบเทียบ W ต่ำ W ปานกลาง และ W สูง แนวโน้มของแรงเสียดทาน ความแข็ง และความเครียดจะมองเห็นได้ชัดเจน
ดังนั้น การสปัตเตอร์แมกนีตรอนจึงเป็นเส้นทางที่ใช้กันทั่วไปและมีเสถียรภาพสำหรับการเติม W แบบละเอียด เลเยอร์การเปลี่ยนผ่าน W- C และเลเยอร์หลัก W- DLC
การชุบไอออนแบบหลาย-สามารถใช้กับทังสเตน (W) ได้ แต่กลับนำมาซึ่งความท้าทายที่ยิ่งใหญ่กว่า
เป็นไปไม่ได้ที่จะแปรรูปทังสเตนโดยใช้การชุบหลาย-อาร์คไอออน
จุดอาร์คในกระบวนการแคโทดิกอาร์กมีพลังงานสูงมาก ตามทฤษฎีแล้ว พวกมันสามารถระเหยโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูง-ได้หลากหลาย- รวมถึงโลหะทนไฟ เช่น W, Mo และ Ta ความจริงที่ว่าทังสเตนมีจุดหลอมเหลวสูงไม่ได้หมายความว่าจุดอาร์คจะไม่สามารถทำให้กลายเป็นไอได้
อย่างไรก็ตาม เพียงเพราะมันเป็นไปได้ไม่ได้หมายความว่าจะสำเร็จได้ง่าย
ทังสเตน (W) เป็นวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงและมีความแข็งสูง ด้วยเหตุนี้ กระบวนการต่างๆ เช่น การตัดเฉือนชิ้นงาน การจับยึด การระบายความร้อน และการรักษาความเสถียรของการจุดระเบิดของอาร์ก จึงมีความท้าทายมากกว่าชิ้นงานไทเทเนียม (Ti) หรือโครเมียม (Cr) มาตรฐาน
เมื่อใช้การสะสมอาร์กหลาย-สำหรับทังสเตน จะต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการเคลื่อนที่ของอาร์คสปอต การระเหยพื้นผิวเป้าหมาย ความร้อนสูงเกินไปเฉพาะจุด การก่อตัวของอนุภาค และความขรุขระของพื้นผิวฟิล์ม
คุณลักษณะของหลาย-อาร์กคืออัตราการไอออไนเซชันของโลหะสูง พลังงานการสะสมที่แข็งแกร่ง และแรงยึดเกาะที่ดี แต่ก็สามารถนำหยดและอนุภาคขนาดใหญ่มาได้ง่ายเช่นกัน
สำหรับเป้าหมายส่วนโค้งทั่วไป เช่น Ti และ Cr อนุภาคเป็นปัญหาที่พบบ่อยอยู่แล้วในหลายส่วนโค้ง หากถูกแทนที่ด้วยวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูง เช่น W สถานะของจุดอาร์คและการระเหยที่พื้นผิวเป้าหมายจะไม่ได้รับการควบคุมอย่างดี และข้อบกพร่องที่พื้นผิวฟิล์มก็อาจเห็นได้ชัดเช่นกัน
ดังนั้น แม้ว่าเทคโนโลยีหลาย-อาร์คจะสามารถใช้ในการสะสมทังสเตน (W) ได้ แต่ก็เหมาะกว่าสำหรับการใช้งานที่ต้องการการระดมไอออนของโลหะอย่างเข้มข้น การยึดเกาะสูง และการเสริมแรงของชั้นเปลี่ยนผ่านหรือรับน้ำหนัก- มันไม่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตชั้นพื้นผิว W- DLC ที่ได้รับการขัดเกลาสูง ซึ่งต้องการระดับอนุภาคต่ำและการควบคุมปริมาณทังสเตนอย่างแม่นยำ
เหตุใดผู้คนจำนวนมากถึงชอบแมกนีตรอนสปัตเตอร์เมื่อผลิต W-DLC
เพราะกุญแจสำคัญในการ W-DLC ไม่ใช่แค่ "การรวมทังสเตน" เท่านั้น แต่ยังอยู่ที่การกำหนดว่าจะเติมเท่าใด ตำแหน่งที่จะกระจายมัน และการเติมดังกล่าวจะรบกวนเครือข่ายคาร์บอนหรือไม่
การใช้แมกนีตรอน-เป้าหมายทังสเตน (W) แบบสปัตเตอร์ร่วมกับแหล่งคาร์บอน-เช่น เป้าหมายกราไฟท์ อะเซทิลีน มีเทน หรือคาร์บอนพลาสมาอื่นๆ- ทำให้ค่อนข้างง่ายที่จะรักษาปริมาณทังสเตนที่ต่ำ โดยปล่อยให้มันกระจายภายในเมทริกซ์ DLC เป็นโครงสร้าง W-C ละเอียดหรือนาโน-คาร์ไบด์
ด้วยวิธีนี้ ทังสเตนจะทำหน้าที่เพิ่ม-ความสามารถในการรับน้ำหนักและลดความเครียด ในขณะที่โครงข่ายคาร์บอนยังคงต่อเนื่อง เพื่อให้มั่นใจว่าคุณสมบัติแรงเสียดทาน-ต่ำจะยังคงอยู่
เมื่อใช้แหล่งกำเนิดทังสเตน (W) ในกระบวนการแบบหลาย-อาร์ก ฟลักซ์ของไอออนโลหะทังสเตนอาจมีความเข้มข้นค่อนข้างสูง ทำให้เนื้อหาทังสเตนในท้องถิ่นมีสูงเกินไปได้ง่าย
ระดับทังสเตนที่สูงมีแนวโน้มที่จะส่งเสริมการก่อตัวของเฟส WC หรือ W₂C ในปริมาณที่มีนัยสำคัญ ซึ่งจะช่วยล็อคคาร์บอนให้กลายเป็นโครงสร้างคาร์ไบด์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลที่ตามมา การเคลือบที่ได้อาจกลายเป็นการเคลือบแข็งคอมโพสิตทังสเตน-ที่มีคาร์ไบด์ แทนที่จะเป็นการเคลือบ DLC ที่มีแรงเสียดทานต่ำ-
กล่าวอีกนัยหนึ่ง แม้ว่าเป็นไปได้ที่จะใช้แหล่งทังสเตนในการสะสมอาร์กหลาย- แต่หน้าต่างสำหรับควบคุมปริมาณทังสเตนนั้นแคบกว่าและยากต่อการจัดการ นอกจากนี้ จะต้องให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดกับอนุภาคบนพื้นผิวและความต่อเนื่องของโครงข่ายคาร์บอน
มัลติ-ส่วนโค้ง W เหมาะกว่าที่จะวางไว้ที่ไหน?
ถ้าเป็น W-DLC ฉันอยากจะเข้าใจ-ส่วนโค้ง W แบบหลาย-ในฐานะเครื่องมือสำหรับ "เลเยอร์การปรับปรุง" หรือ "เลเยอร์การเปลี่ยนผ่าน" แทนที่จะใช้โดยตรงเพื่อสร้าง DLC เนื้อหา W- สูงทั้งเลเยอร์
ตัวอย่างเช่น ใกล้กับวัสดุพิมพ์ สามารถใช้ชั้นการเปลี่ยนผ่าน W หรือ WC เพื่อปรับปรุง-การรับน้ำหนักและการยึดเกาะ การไล่ระดับสี W-C สามารถเกิดขึ้นได้ตรงกลางเพื่อให้มีการเปลี่ยนจากโลหะเป็นคาร์บอนทีละน้อย พื้นผิวส่วนใหญ่ยังคงรักษาคาร์บอน- DLC ที่อุดมไปด้วยเพื่อให้เกิดการเสียดสีต่ำและป้องกันการยึดเกาะ-
การออกแบบนี้มีเหตุผลมากกว่าการใช้ชั้นทังสเตนเสาหิน (W)
หากวัตถุประสงค์ไม่ใช่ DLC แรงเสียดทานต่ำ- แต่เป็นชั้น-ความแข็ง การสึกหรอ-สูงของ W, WC หรือ W-C วิธีการใช้อาร์คหลาย-ก็มีประโยชน์เช่นกัน นี่เป็นเพราะว่าการสะสมอาร์กหลาย-จะสร้างไอออนของโลหะที่มีพลังงานสูง- ส่งผลให้มีการเคลือบหนาแน่นและมีการยึดเกาะที่แข็งแรง-เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างชั้นที่ทนทาน-และทนทานต่อการสึกหรอ
อย่างไรก็ตาม หากลูกค้าต้องการพื้นผิวเรียบเป็นพิเศษ มีอนุภาคน้อยที่สุด และมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ควรใช้ความระมัดระวังเมื่ออาศัยการสะสมอาร์คหลาย-สำหรับทังสเตนเพียงอย่างเดียว
หากคุณกำลังผลิตการเคลือบ W-DLC-โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เน้นไปที่แรงเสียดทานต่ำ -คุณสมบัติป้องกันการเกาะติด ส่วนประกอบที่เลื่อน หรือพื้นผิวแม่พิมพ์ที่เรียบ- ให้ความสำคัญกับการใช้แมกนีตรอนสปัตเตอร์หรือ HiPIMS เพื่อสะสมส่วนประกอบทังสเตน (W) รวมกับแหล่งคาร์บอนสำหรับการสะสม วิธีการนี้ช่วยให้สามารถควบคุมปริมาณทังสเตนได้ดีขึ้น ส่งผลให้พื้นผิวเคลือบละเอียดยิ่งขึ้น และทำให้ง่ายต่อการรักษาโครงสร้างโครงข่ายคาร์บอน
หากคุณต้องการสร้างชั้นการเปลี่ยนผ่าน W-C ที่หนาขึ้น มีความสามารถในการรับน้ำหนัก-ที่สูงกว่า และต้องการการยึดเกาะที่แข็งแรง คุณอาจพิจารณาใช้แหล่งกำเนิด W-arc W หรือแหล่งกำเนิดแบบผสมที่รวม multi-arc และแมกนีตรอนสปัตเตอร์ริ่ง
หากคุณตั้งเป้าที่จะสร้างชั้นต้านทานการสึกหรอประเภท W หรือ WC-- บริสุทธิ์ วิธีหลาย-อาร์กก็เป็นทางเลือกเช่นกัน แม้ว่าคุณจะต้องเตรียมพร้อมรับมือกับความท้าทายต่างๆ เช่น อนุภาค ความเค้นภายใน การลอกพื้นผิวเป้าหมาย และความขรุขระของพื้นผิว
ข้อสรุปจึงง่าย:
การเคลือบทังสเตน (W) สามารถผลิตได้ไม่เพียงแต่ผ่านการสปัตเตอร์แมกนีตรอนเท่านั้น แต่ยังผ่านการชุบไอออนแบบหลาย-ด้วย
อย่างไรก็ตาม การสปัตเตอร์แบบแมกนีตรอนเหมาะกว่าสำหรับการควบคุมปริมาณทังสเตนอย่างแม่นยำและได้พื้นผิวที่มีอนุภาคน้อยที่สุด ในขณะที่การชุบแบบหลาย-อาร์คนั้นเหนือกว่าสำหรับการสร้างชั้นการเปลี่ยนผ่าน W หรือ W-C ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยการแตกตัวเป็นไอออนสูง การยึดเกาะที่แข็งแกร่ง และความสามารถในการรับน้ำหนัก-สูง แนวทางที่เหมาะสมมักเกี่ยวข้องกับกลยุทธ์แบบผสมแทนที่จะเลือกวิธีใดวิธีหนึ่ง นั่นคือ การใช้ชั้นทังสเตนที่ฐานเพื่อเพิ่ม-ความสามารถในการรับน้ำหนัก ในขณะที่ยังคงรักษาชั้นคาร์บอน DLC ที่มีแรงเสียดทานต่ำ-ไว้บนพื้นผิว
