PVD technologie SHM

Pro povlakování nástrojů a vyměnitelných břitových destiček (VBD) se používají v principu dvě metody. Je to CVD (Chemical Vapour Deposition) a druhou je PVD (Physical Vapour Deposition). CVD využívá pro depozici směs chemicky reaktivních plynů (např. TiCl₄, CH₄, AlCl₃, apod.) zahřátou na poměrně vysokou teplotu 900 – 1100°C. PVD technologie je založena na fyzikálních principech, odpaření nebo odprášení materiálů obsažených v povlaku (Ti, Al, Si, Cr, ..) a jejich následné nanesení na nástroje.

Technologie SHM je založena na odpařování nízkonapěťovým obloukem.

povlakovací zařízení Pi311	povlakovací zařízení Pi300	povlakovací zařízení ORM

Odpařování pomocí nízkonapěťového oblouku

Nízkonapěťový oblouk je výhodný pro svoji vysokou rychlost odpařování a vysokou ionizaci plazmatu. Velmi zajímavé jsou jeho parametry. Hoří v místě katodové skvrny o průměru řádově 10 μm, kde dosahuje teploty cca 15 000°C. Za těchto podmínek lze odpařit prakticky každý elektricky vodivý materiál.

schéma katodové skvrny	obrázek pohyhu katodové skvrny

Princip povlakování lze velmi dobře přiblížit ze schematu PVD zařízení. Materiál je odpařován a zároveň ionizován obloukem z elektrod. Ionizovaný materál (např. Ti+, Ti²⁺, atd.) je urychlovaný směrem k nástrojům záporným předpětím, které je na ně přiloženo. Cestou ionizuje ještě atomy plynné atmosféry (např. N₂, Ar, ..). Ionizované atomy po dosažení povrchu nástrojů vytváří povrchovými reakcemi vlastní deponovanou vrstvu.

schéma PVD zařízení

Proč se nám daří průmyslově připravovat jedinečné nc-kompozitní povlaky?

Příprava nc-(Ti_1-xAl_x)N/a-Si₃N₄ vyžaduje odpaření velkého množství ionizovaných částic a jejich velkou ionizaci. Tato podmínka platí nejenom pro materiál elektrod, ale i pro částice atmosféry. Obě lze splnit využitím poměrně silného magnetického pole, které potřebným způsobem ovlivní hoření oblouků.

Jednoduché, ale ..

Konvenční PVD zařízení jsou vybaveny tzv. planárními elektrodami (ploché, ve tvaru desek či malých kruhů) a na nich při použítí silného magnetického pole dochází k nadměrné a soustředěné erozi a k jejich podstatně dřívějšímu vyřazení z procesu.

planární a válcová elektroda

Tento problém se nám podařilo technicky velmi elegantně vyřešit pomocí rotujících válcových elektrod, jejichž „účinná plocha“ je v podstatě p-krát větší a díky rotaci nedochází ke zmíněné statické erozi. Řešení válcových elektrod splnilo podmínku přípravy nc-vrstev TiAlSiN při současném prodloužení životnosti elektrod.

Technologie MARWIN^®
Charakteristickým rysem technologie MARWIN‚ je použití rotujících válcových elektrod. Elektrody jsou v zařízení umístěny v páru ve středu komory, centrálně k povlakovaným nástrojům. Pro přípravu nc-(Ti_1-xAl_x)N/a-Si₃N₄ vrstev je používána kombinace elektrod Ti a eutektické AlSi (cca 11,9 wt%).

schéma zařízení Marwin

(principiálně stejné schéma platí i pro zařízení ORM) 

Užití dvou elektrod je velmi důležité. Různými hodnotami proudů na elektrody a jejich poměrů lze měnit stechiometrii, rychlost růstu a částečně i drsnost povlaků bez fyzické výměny materiálu elektrod. Takto se připravuje základní struktura povlaků na úrovni – mono, multi a gradientních vrstev.

Zmíněná rotace nástrojů, vykonávají planetový pohyb, je rovněž velmi důležitým parametrem ovlivňujícím řezný výkon povlaků. Synchronizací rychlosti rotace ve vztahu k proudům na elektrody lze dosáhnout z hlediska tvrdosti optimalizované tloušťky nanovrstev (nanomultivrstev) cca 5-7 nm.

makrostruktura - multi vrstva	TEM nanovrstva