用于制造ＰＶＤ涂层的方法技术

本发明专利技术涉及制造金属氧化物、氮化物或碳化物或其混合物的涂层的方法，其中运行高功率脉冲磁控溅射，ＨＩＰＩＭＳ，在一个或多个靶（３）上放电，在高于２００Ｗｃｍ－２的峰值脉冲功率下，在氩气和反应性气体混合物（５，６）中，其中改进了沉积速率并且消除了对反应性气体分压反馈系统的需要。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有高沉积速率的高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)方法。
技术介绍
硬的PVD涂层常常被用来保护下层材料免受氧化和磨损。这种硬的涂层可以通过 PVD方法沉积，所述PVD方法例如反应性磁控溅射。使用反应性溅射气体会产生问题，因为 在靶的表面上，所期望的材料形成具有与金属表面相比性质不同的层，例如电绝缘层。特别 地，当反应靶表面的溅射产额或电子发射率与金属表面的溅射产额或电子发射率不同时， 发生使得所述方法不稳定的滞后效应。为了避免在靶上形成厚的反应层，已建立的PVD技术教导如何借助于双重磁控 管、双重磁控溅射(DMS)以及脉冲直流电源，反应性地沉积硬的涂层。仍然存在从反应靶表 面的溅射产额低的问题；为了获得所期望的化合物，需要一定的反应性气体分压，但同时所 述靶表面也被反应物覆盖。结果是公知的，滞后问题通常通过用于控制反应性气流的或多 或少复杂的反馈系统(压力、光学或电的)克服。高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)已经被用来通过反应性HIPIMS沉积金属涂层或导 电金属氮化物，例如CrN。已经使用HIPIMS由陶瓷TiOh8靶生长TiO2,并且获得高的速率。 HIPIMS已经被用于氧化铝的反应性溅射，但是具有常规的滞后现象以及氧气流反馈控制， 并且具有与脉冲直流溅射相比仅仅25-30%的沉积速率。另一个问题是当沉积混合金属氧 化物、氮化物、碳化物或其混合物的涂层时，在不同的反应性气体分压下，不同的靶金属反 应并显示出滞后效应，使得即使可能的话，也很难共沉积混合的金属硬涂层。还已知如何在反应性氩/氧混合物中运行具有铝靶和HIPIMS电源的磁控管，以沉 积XRD无定形的氧化铝层。虽然所述层含有纳米尺寸的Y氧化铝颗粒，但微观结构是多孔 的，使得所沉积的层较不适合于许多涂层应用。使用HIPIMS技术的沉积描述在如下文献中Glocker等人，"HighPower Pulsed Reactive Sputtering of Zirconium Oxide and TantalumOxide (氧化,告禾口氧化组的高功 率脉冲反应性溅射)”，2004，Societyof Vacuum Coaters，505/856-7188，ISSN 0737-5921， 47th AnnularTechnical Conference Proceedings (2004 年 4 月 24—29 日)，Dallas， TXUSA,183-186 页，Konstantinidis 等人，“Titanium oxide thin filmsdeposited by high impulse magnetron sputtering(通过高脉冲磁控溅射沉积的氧化钛薄膜)”， Thin Solid Films,第 515 卷，23Nov. 2006，No. 3，第 1182-1186 页，Sproul 等人，“The Reactive Sputter Deposition ofAluminium Oxide Coatings Using High Power Pulsed MagnetronSputtering(HPPMS)(使用高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)反应性溅射沉积氧化铝 涂层)”，2004，Society of Vacuum Coaters, 505/856-7188, ISSN 0737-5921，47th Annular Technical Conference Proceedings (2004 年 4 月 24-29 日)，Dallas, TX USA，第 96-100 页，以及Muenz等人，DE DE 10 2005 033 769 Al中。然而上述问题仍然有待被解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种方法，其中沉积速率较高，并且其中消除了对反应性气 体分压反馈系统的需要。而且，能够在大的表面上沉积均勻涂层，并且用本专利技术的方法有可 能使得从不同的金属或合金的靶共沉积混合的金属氧化物、氮化物、碳化物或其混合物。附图说明 图1显示了真空沉积系统的示意图。图2显示了根据本专利技术的具体实施方式涂覆的刀片的扫描电子显微镜显微照片。图3显示了根据本专利技术的一个具体实施方式涂覆的刀片的X射线衍射图。专利技术详述根据本专利技术，提供了磁控溅射方法，该方法用于在例如用于切削和形成的工具上、 金属片材上以及为了例如表面工程、装饰和表面保护的组件上，制造混合金属氧化物、氮化 物、碳化物或其混合物的涂层，尤其是包含氧化铝的涂层。在切削工具刀片上涂层的沉积方 面应用的方法根据以下内容预形成，参照图1 提供硬材料的基底，例如烧结碳化物、金属陶瓷、立方氮化硼、金刚石、陶瓷或高速 钢，优选烧结碳化物，在其上使用磁控溅射沉积良好附着的硬的以及耐磨的涂层，用于生长 适当化学计量的晶体，金属氧化物、氮化物、碳化物或其混合物的涂层，其中所述沉积基于 在保持所述靶表面处于基本上金属状态时，同时在所述基底处具有反应性条件。这意味着 靶表面不与反应性气体反应至这样的程度，即其在选择的作用点处具有所造成的滞后过程 性质。这通过如下方式获得运行HIPIMS，在一个或多个靶(3)上放电，在包含氩气和反应 性气体的气体混合物中，在高于200Wcm_2，优选至少320Wcm_2的峰值脉冲功率下，和优选在 15mTorr或更低，更优选IOmTorr或更低，最优选6mTorr或更低的总压力下。在确定所获得 层的化学计量和溅射靶的反应性气体覆盖率后，令人惊奇地发现，在如下条件下获得了所 述层的完全化学计量，在所述条件下靶被反应性气体无足轻重地覆盖。另外令人惊奇地还发现，滞后效应被降低或消除，因此未降低沉积速率，如同脉冲 直流溅射情况下那样。因此，消除了对反应性气体分压反馈系统的需要。在作用点不存在 滞后的情况下，所述方法可以采用对于每个所选择的氧流的值充分限定的特征参数以稳定 的模式运行。在HIPIMS中，高峰值脉冲功率使得溅射原子的离子密度非常高，因此溅射通过靶 金属离子进行，其导致在HIPIMS中较低的沉积速率。令人惊奇地，通过应用本专利技术的方法 获得的所述速率至少比现有技术高3倍。作为基底提供的适当类型的切削工具，可以在真空室中根据本专利技术的以下具体实 施方式用金属氧化物涂层涂覆在使基底(10)经历标准的清洁步骤后，将它们安放在可操作以在沉积期间旋转 的基底座(4)上，其中沉积面积，即基底座(4)与安放在其上的基底(10)的暴露表面的总 和，优选为所述一个或多个靶的面积总和的至少10倍，优选所述一个或多个靶的面积总和 的至少10-25倍，优选具有的最小距离为6cm，更优选距具有靶(3)的至少一个磁控溅射源 8-20cm。根据本领域普通技术人员的惯例，基底座(4)或者是电浮的，接地的或者连接到任 选的偏压电源(8)，其具有直流或交流或者脉冲直流操作模式。根据期望涂层的金属组分选择靶(3)的材料。在其上安放靶(3)的磁控管源的类型可以是任何标准商业的或者特殊的 设计，具有平衡或不平衡或可调节的磁铁体系，并且它的形状可以例如是环形或矩形。 在真空室⑴中进行沉积，真空室⑴首先通过高真空泵⑵抽空到低于 5X IO-4Torr,优选低于5X 10_6Torr。在沉积之前，基本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于沉积晶体金属氧化物、氮化物或碳化物或其混合物的涂层的方法，其特征在于运行高功率脉冲磁控溅射，ＨＩＰＩＭＳ，在一个或多个靶上放电，在氩气和反应性气体的混合物中，在高于２００Ｗｃｍ↑［－２］的峰值脉冲功率、高至１００μｓ的脉冲长度以及自１００Ｈｚ的重复频率下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克沃林，乌尔夫赫尔默松，
申请(专利权)人：山特维克知识产权股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]