HiPIMS - hohe Plasma-Ionisation
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Hoher Puls macht Beschichtungen zu Dauerläufern
Auf dem Weg zu noch leistungsfähigeren Beschichtungen forschen Unternehmen und Wissenschaftsinstitute beständig nach optimierten Lösungen. Mit dem Einsatz des High Power Pulsed Magnetron Sputtering (HiPIMS) setzt die PVD-Technologie erhebliches Potenzial frei.
Für die Qualität von PVD-Schichten zum Verschleißschutz ist neben verschiedenen anderen Parametern wie beispielsweise Reaktiv- und Inertgasdrücken, Substratbias und anlagenspezifischer Parameter auch die Ionisation während des Beschichtungsprozesses von entscheidender Bedeutung.
Anlagenoptimierung steigert Qualität
Die Zusammenhänge zwischen Ionisation und Qualität der Beschichtung hat CemeCon bereits frühzeitig erkannt. So wurde in den vergangenen 20 Jahren zu einer Vielzahl von Verbesserungen der Beschichtungs-
technologie beigetragen und in den Beschichtungsanlagen vom Typ CC800® zur Ionisationserhöhung eingebaut. Neben optimierten Magnetfeldern, Pulstechnik und Gasführung sind insbesondere die patentierte Anoden- sowie die Boostertechnologie für die herausragenden Eigenschaften der Supernitrid-
Schichtwerkstoffe verantwortlich.
Die hohe Ionisation der CC800®/9 Anlage erlaubt die Herstellung von Supernitriden bei vergleichsweise niedrigen Bias-Spannungen. Das heißt, dass die aufwachsende Schicht gleichmäßig einem intensiven niederenergetischen Beschuss ausgesetzt wird. Durch diesen sanften, jedoch hochdosierten Ionen-
Beschuss wird eine gleichmäßig hohe Verdichtung der Schicht ohne unnötige Schichtdefekte erzeugt.
Daher zeichnen sich Supernitride in der Praxis durch ihre extrem niedrigen Eigenspannungen von zirka
-1 GPa (Gigapascal) aus, während die meisten herkömmlichen Schichtwerkstoffe Eigenspannungen von -3 bis -4 GPa haben. Reduzierte Eigenspannungen haben enorme Vorteile: Sie erlauben unter anderem höhere Schichtdicken, bessere und gleichmäßigere Beschichtung der Schneidkanten sowie eine optimierte Haftung.
High Power – Top Performance
Zur weiteren Erhöhung der Ionisation forciert CemeCon seit nunmehr zwei Jahren mit den HiPIMS-Erfindern die Entwicklung dieser Technologie. Bei HiPIMS wird anstatt der sonst üblichen DC-Plasmaanregung ein gepulstes Plasma mit kurzen Einschaltzeiten und relativ langen Auszeiten verwendet. Typischerweise ist das Tastverhältnis 1:100 bei ungefähr 50 bis 500 Hz. Daher kann eine 10 kW DC-Leistung in kurze Pulse von zirka 1 MW und entsprechend ausgedehnte Auszeiten unterteilt werden.
Die extrem hohen Pulsströme des HiPIMS bilden sehr dichtes Plasma vor den Beschichtungsquellen. Beim Durchgang durch dieses Plasma werden nahezu alle Atome der Beschichtungsquelle ionisiert, was zu einer weiteren signifikanten Ionisationserhöhung führt.
Ganz nah an der Forschung
Bislang wurden bereits sieben CC800®/9 HiPIMS-Anlagen gebaut und an Forschungseinrichtungen ausgeliefert. Gemeinsam mit diesen Instituten optimiert CemeCon HiPIMS sowie die Boostertechnologie für vielfältigste Anwendungsbereiche. Dichtere und homogenere Beschichtungen sind hierbei das Ziel der Forschung.
Hauptfokus aller Arbeiten liegt zur Zeit auf der Weiterentwicklung der Supernitride hin zu nochmals reduzierten Eigenspannungen und verbesserter Performance.
Beschichtungskompetenz
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