Titaaninitridin (TiN) kalvojen valmistus ja käyttö
Jan 22, 2018| 1. Titanium-nitridi (TiN) -kalvojen valmistusmenetelmä
Jo 1960-luvulla TiN-ohutkalvojen tutkimus on alkanut. Kuitenkin, mutta tutkimustyö kääntyi laskuveden vuoksi materiaalien ja laitteiden vaikeuksiin. Sen jälkeen, kun ohutkalvojen valmistustekniikka parani, TiN-ohutkalvojen tutkimus alkoi kukoistaa ja valmistusmenetelmät monipuolistuvat. Tällä hetkellä on tapahtunut huomattavaa edistystä.
Fysikaalinen höyrystys (PVD)
Electron Beam Evaporation -menetelmä
Tällä hetkellä yleisimmin käytetty tyhjöpinnoitusmenetelmä on elektronisuihkun haihdutus . Se on menetelmä, jossa elekt- ronisäteitä käytetään haihtuneen materiaalin pinnalle energian siirtoon ja sulatetaan ja haihdutetaan materiaali. Elektronisuihkun haihduttimella on ominaisuuksiltaan suuri energiatiheys, korkea lämpötehokkuus, matala lämmönjohtavuus ja lämpösäteily jne., Mikä voi vähentää säiliöaineen ja pinnoitemateriaalin välistä reaktiota. Myös TiN-pinnoitteen puhtautta voidaan parantaa huomattavasti.
Sputter-pinnoitusmenetelmä
TiN-kalvon Magnetron-sputterointia on kaksi päämenetelmää: DC-magnetronisputterointi ja RF-magnetronisputterointi (keraamisten TiN-kohteiden avulla). Äskettäin ei-tasapainoinen magnetronipuhkaus ja reaktiivinen sputterointi tuodaan eteenpäin. Niistä reaktiivista sputterointimenetelmää käytetään eniten TiN-kalvojen valmistuksessa sen ainutlaatuisten etujen takia. TiN-kalvojen magnetronisputterointimenetelmällä on etuja korkean sputterointinopeuden, substraatin alhaisen lämpötilan nousun, kalvon ja substraatin hyvän liimausvoiman, stabiilin laitteen suorituskyvyn, kätevän käytön ja valvonnan jne. Kanssa. Samalla sillä on myös joitain puutteita. Esimerkiksi laskeutumisnopeus on suhteellisen alhainen, tehokkuus on huono, mikä on epäedullista laskeumiskustannusten pienentämiseksi. Siksi magnetron-sputterointimenetelmää sovelletaan vain aloihin, jotka edellyttävät korkealaatuisia TiN-pinnoitteita, kuten optiikkaa ja mikroelektroniikkaa.
Arc Ion Plating
1980-luvulta lähtien ioninpinnoitettu TiN-pinnoite on kehittynyt huipputeknologiaksi kaikkialla maailmassa. Pääasiallinen sovellus on nopeiden teräs- ja kovametallityökalujen kulutusta kestävä päällystäminen sekä kulta-imitoiiviset koristepinnoitetut ruostumattomat terästuotteet . Ionipinnoitus tekniikka on tehnyt suurta edistysaskelta 1900-luvun 90-luvulla, äskettäin yleisimmin käytetty ionipinnoitusmenetelmä id arc ioneja tekniikka (tunnetaan myös nimellä multi-arc ioni plating), se on korvannut kaikki muut tyypit ioneja ja tuli ainoa tuotantoprosessi titaaninitridipinnoite teollisuudelle. Kaari-ionipinnoitusprosessin aikana päällysteen rakenteeseen ja suorituskykyyn vaikuttavat tekijät ovat kaarivirta, substraatin negatiivinen esijännitys, substraatin lämpötila, typen osapaine, ontelon paine ja niin edelleen.
2. TiN-pinnoitteen sovellustutkimus
Työstöteollisuus
TiN-kalvo voi vähentää materiaalin tarttumista leikkaavalla reunalla, parantaa leikkausvoimaa, parantaa työkappaleen pinnan laatua ja kaksinkertaistaa leikkuutyökalun käyttöiän ja kestävyyden. Siksi TiN-kalvoa käytetään laajalti pienen nopeuden leikkaavilla työkaluilla, teräksisellä teräksellä, puun leikkuutyökaluilla ja porakoneilla. Lisäksi TiN on ihanteellinen kulutusta kestävä pinnoite kulutusosille, ja sen alhainen kiinnitystapa auttaa lisäämään käyttöä monissa kulutusjärjestelmissä, kuten moottoreiden mäntäpakkaustiivisteissä, erilaisissa laakereissa ja vaihteissa jne. Lisäksi TiN pinnoitusta käytetään myös laajalti muovaustyökaluissa, kuten automaattien levytyökalujen työstökoneissa.
Lääketieteellinen teollisuus
TiN-kalvo on myrkyttömiä pinnoitteita, joilla on kevyt paino, suuri lujuus ja erinomainen bioyhteensopivuus. Siksi se on erittäin ihanteellinen lääketieteellinen metallimateriaali ja sitä voidaan käyttää implantteina ja kirurgisina instrumenteina, jotka on istutettu ihmiskehoon. Lisäksi TiN-kalvoja voidaan käyttää vahvistavana kalvona muusta kalvosta, jolla on hyvä bioyhteensopiva.
ilmailu
TiN-kalvo voidaan päällystää IF-MS2: lla MoS 2 -voiteluaineen kulumiskestävyyden parantamiseksi . TIN-kalvolla on erittäin kova kovuus, korkea sulamispiste, korkea kulutuskestävyys, erinomainen kemiallinen stabiilisuus jne., Joten sitä voidaan käyttää IF-MS2: ssa parantaa ilma- ja avaruusalusten moottoreiden ja muiden osien voiteluominaisuuksia. Samalla se voi myös varmistaa ilmailu- ja avaruuskomponenttien korkean lämpötilan ja kitkan suorituskyvyn.
Aurinkoenergian sovellusalue
Tutkimus TiN-kalvoista stabiiliin auringon absorptiokerrokseen korkeassa lämpötilassa ilmakehässä alkoi vuonna 1984, ja äskettäin (Ti, Al) N pinnoitteita suositellaan sovellettavaksi aurinko-selektiivisillä absorboivilla kerroksilla ja aurinko-ohjausikkunoilla, mikä johtuu pääasiassa (Ti, AI) N pinnoite. Sovellettaessa TiN- ja TiAlN-pinnoitteita aurinkoenergialla se on edelleen kokeilussa ja tutkimuksessa.
