Cuprins

Aceasta lucrare poate fi descarcata doar daca ai statut PREMIUM si are scop consultativ. Pentru a descarca aceasta lucrare trebuie sa fii utilizator inregistrat.

Extras din document

Cuprins
nr. pag.
I. Introducere............1
II. Bazele fizio-chimice ale proceselor de depunere a straturilor
subtiri in vid.........3
II.1. Evaporarea termica si condensarea din faza de vapori5
II.1.1. Generalitati...5
II.1.1.A. Bazele fizice ale evaporarii termice in vid......5
II.1.1.A.a. Evaporarea materialului de substrat............7
II.1.1.A.b. Metode de uniformizare a grosimii depunerilor.............12
II.1.2. Condensarea materialului pe substrat 13
II.1.2.A. Factori care influenteaza procesul de condensare si
proprietatile esentiale ale straturilor subtiri 14
II.1.2.B.Compatibilitatea intre materialul substratului si
materialul de depunere..............16
II.1.2.3. Structura, compozitia, porozitatea si aderenta stratului
depus prin evaporare termica si condensare.....17
II.2.Pulverizarea....22
II.2.1. Generalitati............ 22
II.2.2. Bazele fizice ale pulverizarii catodice in magnetron......... 23
II.3. Placarea ionica.............. 30
II.3.1. Bazele fizice ale placarii ionice... 30
II.3.2. Particularitati ale placarii ionice... 33
III. Metode, procedee si dispozitive uzuale PVD......... 34
III.1. Metode si dispozitive de depunere prin evaporare si condensare
din stare de vapori ....... 34
III.1.1. Evaporatoare termice rezistive.....35
III.1.2. Evaporatoare cu fascicul de electroni............37
III.2. Metode, procedee si dispozitive de depunere prin pulverizare... 40
III.2.1. Pulverizarea catodica.............. 40
IV. Prezentare generala a materialelor dure sinterizate.
Materialul de substrat 47
IV.1. Compozitii de aliaje dure sinterizate....48
V. Procese de depunere in plasma cu arc catodic............51
V.1. Descrierea instalatiei.... 53
V.1.1. Descrierea procesului fizic implicat in depunerea
plasmatron.......... 55
V.1.1.A. Depunerea si cresterea straturilor subtiri de TiN .... 56
V.1.1.B. Determinari experimentale 59
V.2. Concluzii... 77

Alte date

?{p}

{p}

?

I. Introducere

Procesul de depunere a straturilor subtiri in vid poate fi considerat ca facand parte din cadrul tehnologiilor neconventionale de depunere a straturilor subtiri in vid. Aceste tehnologii au cunoscut o dezvoltare exploziva datorita proprietatilor deosebite ale peliculelor depuse care au compozitii chimice si structuri imposibil de obtinut prin alte metode.

Prin straturi subtiri (pelicule subtiri) se inteleg depunerile (acoperirile) cu rol functional (de durificare, lubrifiant, decorativ etc.), care au o grosime mai mica de 10 ?m. În fizica, straturile subtiri sunt considerate cele de dimensiuni cuprinse intre 1…1000Å, domeniu pentru care exista efecte de drum liber mediu al atomilor si moleculelor.

În cadrul tehnologiilor avansate, neconventionale, care-si gasesc aplicatii majore in multiple domenii de cercetare si productie, se inscriu si tehnologiile de depunere a straturilor subtiri in vid.

Tehnologiile neconventionale de depunere a straturilor in vid, fiind nepoluante si cu eficienta economica ridicata, au inregistrat in ultimii ani o crestere spectaculoasa in aplicarea industriala si in diversificarea metodelor si tehnologiilor de depunere, ce asigura o puritate si aderenta ridicata, precum si proprietati fizico-chimice deosebite (durificare, lubrifiere, anticoroziune etc.). Pentru Romania, care se afla in stadiul de restructurare economica, aceste tehnologii de producere a straturilor subtiri, cu largi aplicatii si cu certe valente pentru dezvoltarea de intreprinderi productive mici si mijlocii poate constitui o importanta optiune pentru viitor.

Alaturi de tehnologiile traditionale de obtinere a acoperirilor, asistam la dezvoltarea, perfectionarea si extinderea unor tehnici moderne de depunere a acestora, prin metode fizice si fizico-chimice, ce asigura puritate si aderenta ridicata, printr-o varietate foarte mare de procedee de obtinere a acoperirilor.

Un loc de frunte in cadrul acestor tehnologii il ocupa, astazi acoperirile metalurgice cu rol anticoroziv, lubrifiant, de durificare si decorativ. Obtinerea de straturi subtiri din metale, aliaje, dielectrici, semiconductori sau supraconductori, cu calitati deosebite si cu eficienta economica ridicata, este astazi posibila gratie metodelor si tehnologiilor, extrem de diversificate, de obtinere a straturilor in vid.

Pentru aceasta lucrare am ales ca material pentru substrat carbura de wolfram - WC, deoarece apartine familiei aliajelor dure sinterizate ce constituie o categorie de materiale relativ recent realizate si cunoscute, care prin proprietatile lor au revolutionat tehnica utilizarii sculelor si pieselor rezistente la uzura ce se fabrica din ele. Cele mai utilizate aliaje dure industriale sunt produsele compuse din carburi ale metalelor care, in ordinea importantei sunt: carbura de wolfram, carbura de titan, carbura de tantal sau niobiu sub forma de monocarburi sau carburi complexe. Acestea, compactizate prin sinterizare cu ajutorul unui metal din grupa fierului, cobaltului sau nichelului, formeaza familia de aliaje dure, cunoscute sub denumirea comerciala „WIDIA”.

II. Bazele fizico-chimice ale proceselor de depunere a straturilor subtiri in vid

Clasificarea metodelor de depunere a straturilor subtiri in vid, des utilizata in literatura de specialitate, cuprinde doua grupe de metode:

- metode fizice de depunere din vapori ( PVD – Physical Vapour Deposition).

- metode chimice de depunere din vapori (CVD – Chemical Vapour Deposition).

Pornind de la starea de agregare a materialului de depunere si de la procesele fizice si chimice de generare, de transport si de nucleatie a depunerii si corelat cu energia si natura particulelor de depunere – care au o mare influenta asupra structurii, compozitiei si compactitatii depunerii – metodele fizice, chimice si fizico-chimice de depunere a straturilor subtiri in vid se pot clasifica in patru tipuri de baza, din care deriva o multitudine de variante.

1.Metoda evaporarii termice si condensarii din stare de vapori, este metoda in care particulele de depunere sub forma de vapori, neutre din punct de vedere electric si cu o energie de 0,1-0,3 eV, sunt obtinute prin evaporarea in vid a materialului de depunere, aflat in stare solida.

2.Metoda pulverizarii (sputtering) este metuda de depunere a straturilor subtiri in vid, in care materialul de depunere sub forma de atomi neutri sau grupari de atomi neutri, co energii cuprinse intre 10 eV si 40 eV, este obtinut prin pulverizarea in vid a materialului de depunere, aflat in stare solida.

3.Metoda placarii ionice este metoda de depunere, in care particulele materialului de baza pentru cresterea peliculei, obtinute prin evaporare trermica sau pulverizare in vid, sau particulele materialului secundar de depunere, moleculele gazului reactiv, sunt in mare parte ionizate printr-un anumit procedeu (traversare a unei zone cu plasma sau bombardarea cu electroni). Gradul de ionizare al particulelor de depunere, dupa datele culese din literatura de specialitate, variaza obisnuit intre 0,5% si 30%.

Gradul de ionizare al materialului de depunere influenteaza direct coeficientul de activare energetica al substratului (si aderenta materialului depus) precum si structura (dimensiunea cristalitelor), compactitatea si compozitia stratului depus .

4.Metoda depunerii chimice a vaporilor la presiune scazuta este o metoda de depunere a straturilor subtiri in vid, la care materialul de depunere aflat la temperatura inalta sub forma de compusi gazosi (vapori), reactioneaza cu substratul incalzit si se depune selectiv pe aceasta.

II.1. Evaporarea termica si condensarea in stare de vapori

II.1.1.Generatitati

Evaporarea termina este fenomenul fizic de trecere a substantelor din faza condensata (solida) in stare de vapori, ca urmare a incalzirii, pana la temperaturi inferioare temperaturii de fierbere.

Trecerea substantelor din stare solida in stare lichida si apoi in stare de vapori, sau din stare solida in stare de vapori, prin sublimare, precum si in sens invers, poarta denumirea de transformari de faza si se supune termodinamicii clasice si relatiilor de faza ale lui Gibbs.

În general vorbind, evaporarea unui material se poate produce la orice temperatura diferita de zero absolut. Probabilitatea mai mare de a parasi suprafata materialului o au moleculele (atomii) mai “incalzite“, situate la suprafata materialului, unde energia de legatura este mai redusa. Cu cresterea temperaturii energia medie a moleculelor creste, depasind energia de legatura a moleculelor de suprafata, ceea ce intensifica procesul de evaporare, materialul evaporat fiind astfel adus in stare de vapori.