Pokiaľ ide o princípy PVD, volfrám (W) možno nanášať pomocou rôznych metód, ako je magnetrónové naprašovanie, viac{0}}oblúkové iónové pokovovanie, HiPIMS alebo nanášanie pomocou iónového -lúča-. Skutočná otázka znie: aká je zamýšľaná aplikácia pre volfrám? Chcete vytvoriť čistú volfrámovú vrstvu, karbid volfrámu (WC), menší dopant v rámci W-DLC povlaku alebo vysoko{5}}nosnú-prechodovú vrstvu?
Najvhodnejšia metóda sa líši v závislosti od cieľa.
Najväčšou výhodou magnetrónového naprašovania pre W je „jednoduché ovládanie“
W terč je vodivý terč a možno ho použiť na magnetrónové naprašovanie. Ar ióny bombardujú W terč, vyraďujú W atómy a potom ich ukladajú na povrch obrobku.
Výhody použitia magnetrónového naprašovania na nanášanie volfrámu (W) sú jasné: menej častíc, hladký povrch filmu a ľahko kontrolovateľné zloženie. Táto metóda je obzvlášť vhodná- pre povlaky W-DLC, kde sa vyžaduje presná kontrola obsahu volfrámu.
Vo W-DLC volfrám vo všeobecnosti nie je primárnou funkčnou zložkou. Uhlíková sieť je to, čo v skutočnosti poskytuje vlastnosti s nízkym -trením; volfrám slúži na vyladenie vnútorného napätia, zvýšenie nosnosti-a zlepšenie stability hrubších filmov. Pridanie príliš veľkého množstva volfrámu však narušuje uhlíkovú sieť s nízkym trením, ktorá je charakteristická pre DLC.
Preto sa W-DLC najviac bojí toho, že sa obsah W vymkne kontrole.
V tom spočíva výhoda magnetrónového naprašovania. Obsah W môžete pomaly preniesť do cieľového okna úpravou cieľového výkonu W, prietoku zdroja uhlíka, predpätia a tlaku vzduchu. Napríklad, ak porovnáte nízke W, stredné W a vysoké W, trendy v trení, tvrdosti a namáhaní sú jasne viditeľné.
Magnetrónové naprašovanie je preto veľmi bežnou a stabilnou cestou pre jemný W doping, W-C prechodovú vrstvu a W-DLC hlavnú vrstvu.
Viac{0}}oblúkové iónové pokovovanie možno použiť pre volfrám (W), ale predstavuje väčšie výzvy.
Nie je nemožné spracovať volfrám pomocou viac{0}}oblúkového iónového pokovovania.
Oblúkové škvrny v procesoch s katódovým oblúkom majú extrémne vysokú energiu; teoreticky môžu odparovať širokú škálu kovov s vysokým -bodom topenia{1}}, vrátane žiaruvzdorných kovov, ako sú W, Mo a Ta. Skutočnosť, že volfrám má vysoký bod topenia, neznamená, že sa nemôže vypariť v mieste oblúka.
To, že je to možné, však neznamená, že je ľahké to dosiahnuť.
Volfrám (W) je materiál charakterizovaný vysokou teplotou topenia a vysokou tvrdosťou; v dôsledku toho sú procesy ako obrábanie terčov, upínanie, chladenie a udržiavanie stability zapaľovania oblúka náročnejšie ako pri štandardných titánových (Ti) alebo chrómových (Cr) terčoch.
Pri použití viac{0}}oblúkového nanášania volfrámu je potrebné venovať zvláštnu pozornosť pohybu oblúkových bodov, ablácii cieľového povrchu, lokalizovanému prehriatiu, tvorbe častíc a drsnosti povrchu filmu.
Charakteristickými znakmi viac{0}}oblúku sú vysoká rýchlosť ionizácie kovu, silná energia depozície a dobrá väzbová sila, ale je tiež ľahké priniesť kvapôčky a veľké častice.
Pre konvenčné oblúkové terče, ako je Ti a Cr, sú častice už bežným problémom vo viacerých oblúkoch. Ak je nahradený materiálom s vysokou teplotou topenia, ako je W, stav oblúkového bodu a ablácia cieľového povrchu nie sú dobre kontrolované a môžu byť zrejmé aj povrchové defekty filmu.
Aj keď je možné na nanášanie volfrámu (W) použiť viac{0}}oblúkovú technológiu, je vhodnejšia pre aplikácie vyžadujúce intenzívne bombardovanie kovovými iónmi, vysokú priľnavosť a vystuženie prechodových alebo nosných{1}} vrstiev; nie je nevyhnutne ideálny na výrobu vysoko rafinovaných povrchových vrstiev W-DLC, ktoré vyžadujú nízke úrovne častíc a presnú kontrolu obsahu volfrámu.
Prečo viac ľudí uprednostňuje magnetrónové naprašovanie pri výrobe W-DLC?
Pretože kľúč k W-DLC nespočíva len v „začlenení volfrámu“, ale v určení množstva pridať, kam ho distribuovať a či pridanie nenaruší uhlíkovú sieť.
Použitím magnetrónového-rozprašovaného volfrámového (W) terča v spojení so zdrojom uhlíka-ako je grafitový terč, acetylén, metán alebo iná uhlíková plazma-je relatívne ľahké udržať nízky obsah volfrámu, čo mu umožňuje rozptýliť sa v matrici DLC ako jemné W{3}}C štruktúry alebo nanokarbidy-.
Týmto spôsobom volfrám slúži na zvýšenie{0}}únosnosti a zníženie napätia, zatiaľ čo uhlíková sieť zostáva súvislá, čím sa zaisťuje zachovanie nízkych-trecích vlastností.
Pri použití volfrámového (W) zdroja vo viac{0}}oblúkovom procese môže byť tok kovových iónov volfrámu dosť intenzívny, čo uľahčuje nadmerne vysoký miestny obsah volfrámu.
Vysoké hladiny volfrámu majú tendenciu podporovať tvorbu významných množstiev fáz WC alebo W2C, čím účinne uzamyká uhlík do karbidových štruktúr. V dôsledku toho môže výsledný povlak skončiť skôr ako tvrdý povlak z karbidu-obsahujúceho volfrám, než ako povlak DLC s nízkym -trením.
Inými slovami, aj keď je určite možné použiť zdroj volfrámu pri viac{0}}oblúkovom ukladaní, okno na kontrolu obsahu volfrámu je užšie a je ťažšie ho spravovať; okrem toho je potrebné venovať veľkú pozornosť povrchovým časticiam a kontinuite uhlíkovej siete.
Kde je viac{0}}oblúk W vhodnejší na umiestnenie?
Ak ide o W-DLC, radšej chápem multi-arc W ako nástroj pre „vrstvu vylepšenia“ alebo „prechodovú vrstvu“, než aby som ho priamo používal na vytvorenie celej vrstvy DLC s vysokým W-obsahom.
Napríklad v blízkosti substrátu je možné použiť prechodovú vrstvu W alebo WC na zlepšenie nosnosti-a lepenia; v strede je možné vytvoriť gradient W-C, aby sa umožnil postupný prechod z kovu na uhlík; väčšina povrchu si stále zachováva DLC-bohaté na uhlík, aby sa zaistilo nízke trenie a-priľnavosť.
Tento dizajn je racionálnejší ako použitie monolitickej volfrámovej (W) vrstvy.
Ak cieľom nie je DLC s nízkym{0}}trením, ale skôr vysoká-tvrdosť,{2}}oteruvzdorná vrstva W, WC alebo W-C, viac-oblúkový prístup je tiež cenný. Je to preto, že viac-oblúkové nanášanie generuje vysoko-energetické kovové ióny, výsledkom čoho sú husté povlaky so silnou priľnavosťou-ideálne na vytváranie robustných vrstiev odolných voči opotrebovaniu-.
Ak však klient vyžaduje výnimočne hladký povrch, minimum častíc a nízky koeficient trenia, mali by ste byť opatrní, keď sa spoliehate výlučne na viac{0}}oblúkové nanášanie volfrámu.
Ak vyrábate W-DLC povlaky-, najmä tam, kde je kladený dôraz na nízke trenie, nelepivé{2}}vlastnosti, klzné komponenty alebo hladké povrchy foriem-, uprednostňujte použitie magnetrónového naprašovania alebo HiPIMS na nanášanie volfrámového (W) komponentu v kombinácii so zdrojom uhlíka na nanášanie. Tento prístup umožňuje lepšiu kontrolu nad obsahom volfrámu, výsledkom je jemnejší povrch povlaku a uľahčuje zachovanie štruktúry uhlíkovej siete.
Ak potrebujete vytvoriť prechodovú vrstvu W-C, ktorá je hrubšia, ponúka vyššiu nosnosť-a vyžaduje silnú priľnavosť, môžete zvážiť použitie viac-oblúkového W zdroja alebo hybridného zdroja kombinujúceho viac-oblúk a magnetrónové naprašovanie.
Ak chcete vyrábať čisté vrstvy W alebo WC -oteruvzdorné{1}}, metóda s viacerými{2}}oblúkmi je tiež možnosťou, aj keď musíte byť pripravení čeliť výzvam, ako sú častice, vnútorné napätie, ablácia cieľového povrchu a drsnosť povrchu.
Záver je teda jednoduchý:
Volfrámové (W) povlaky možno vyrábať nielen magnetrónovým naprašovaním, ale aj viac{0}}oblúkovým iónovým pokovovaním.
Magnetrónové naprašovanie je však vhodnejšie na presnú kontrolu obsahu volfrámu a dosiahnutie povrchu s minimálnymi časticami, zatiaľ čo viac{0}}oblúkové pokovovanie je lepšie na vytváranie W alebo W{1}}C prechodových vrstiev, ktoré sa vyznačujú vysokou ionizáciou, silnou priľnavosťou a vysokou nosnosťou-. Optimálny prístup často zahŕňa hybridnú stratégiu namiesto výberu jednej metódy pred druhou: použitie volfrámovej vrstvy na základni na zvýšenie nosnosti-pri zachovaní karbónovej vrstvy DLC s nízkym{5}}trením na povrchu.
