中科院建立高能冲击磁控溅射装备系统
- 2015/1/8 14:14:47 5822
- 来源：力学研究所
表面工程提高材料摩擦磨损、耐腐蚀性能的同时，还赋予材料新的表面功能，为解决人类发展中遇到的资源、能源等问题起到了不可替代的重要作用。作为表面工程领域的重要分支，我国亟需提升物理气相沉积（PVD）的技术能力。
高能冲击磁控溅射技术(High PowerImpulse Magnetron Sputtering,HiPIMS)在上被称为磁控溅射方法的重大突破。该技术的出现，引起了上高度重视，1997年，Kouznetsov提出美国，继而先后有德国Hunttinger、美国Zpulser、荷兰Hauzer等公司开展专用HiPIMS离子源研究。近年，欧盟国家联合有关科研团队开展了该技术的系统研发，并制定了HiPIMS发展路线图。2009年至今，上已连年召开专题讨论会。因此，在我国解决PVD表面改性中的关键HiPIMS装备与技术问题，搭建真空等离子状态检测系统，探究高品质薄膜沉积本质迫在眉睫。
在中国科学院装备研制项目的支持下，中科院力学研究所先进制造工艺力学重点实验室镀层工艺力学与摩擦学课题组建设完成了高能冲击磁控溅射（HiPIMS）等离子体发生与成膜控制平台，该平台将HiPIMS与等离子体基离子注入沉积方法相结合，采用前者获得淹没性的高离化率金属等离子体，通过溅射脉冲和高压脉冲的波形匹配实现参与成膜粒子能量可控，形成一种新颖的成膜过程控制技术。利用HiPIMS技术，金属Ti的离化率可达80%。粒子能量超过100eV，通过调整高、低磁控电压脉冲的脉宽比例，HiPIMS耦合电源还可实现对离化率的有效调控(发明，201410652546.5)。
同时，该实验平台搭建了基于光发射谱、朗谬尔探针、离子能量检测的等离子体环境监测系统，获得了等离子体自产生到成膜过程中的等离子体参数、粒子种类与荷能状态，构建了基于网络平台的等离子体特征数据管理系统。
相关研究成果为解决膜基结合力、结构稳定性，成膜均匀性三大共性问题提供了科学依据和装备平台，可为开展多元及复杂体系涂层表面改性的应用研究提供指导和实验条件。力学所科研团队在此基础上，已开展了传感器部件、发动机活塞环及行波管散热器等工程化应用。
在设备建设过程中，作为HiPIMS技术的主要合作单位邀请了学者Allan Matthews教授来访，深入探讨了HiPIMS装备的技术难题和未来发展，开展了相关学术问题的交流，为后续的技术合作和科学研究奠定了基础。
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