Dari segi prinsip PVD, tungsten (W) boleh didepositkan menggunakan pelbagai kaedah, seperti magnetron sputtering, berbilang-penyaduran ion arka, HiPIMS atau ion-rasuk-mendapan berbantu. Persoalan sebenar ialah: apakah aplikasi yang dimaksudkan untuk tungsten? Adakah anda ingin mencipta lapisan tungsten tulen, tungsten karbida (WC), dopan kecil dalam salutan W-DLC atau lapisan peralihan galas-tinggi-?
Kaedah yang paling sesuai berbeza-beza bergantung kepada objektif.
Kelebihan terbesar magnetron sputtering untuk W ialah "kawalan mudah"
Sasaran W ialah sasaran konduktif dan boleh digunakan untuk magnetron sputtering. Ion Ar mengebom sasaran W, menumbangkan atom W, dan kemudian mendepositkannya pada permukaan bahan kerja.
Kelebihan menggunakan magnetron sputtering untuk mendepositkan tungsten (W) adalah jelas: zarah yang lebih sedikit, permukaan filem yang licin dan komposisi yang mudah dikawal. Kaedah ini amat sesuai-untuk salutan W-DLC, di mana kawalan tepat ke atas kandungan tungsten diperlukan.
Dalam W-DLC, tungsten biasanya bukan komponen berfungsi utama. Rangkaian karbon ialah yang sebenarnya memberikan sifat geseran-rendah; tungsten berfungsi untuk menala tegasan dalaman, meningkatkan-kapasiti galas beban dan meningkatkan kestabilan filem yang lebih tebal. Walau bagaimanapun, menambah terlalu banyak tungsten akan mengganggu-ciri rangkaian karbon geseran rendah DLC.
Oleh itu, W-DLC paling takut kandungan W hilang kawalan.
Di sinilah terletaknya faedah magnetron sputtering. Anda boleh membawa kandungan W secara perlahan ke tetingkap sasaran dengan melaraskan kuasa sasaran W, kadar aliran sumber karbon, voltan pincang dan tekanan udara. Contohnya, jika anda membandingkan W rendah, W sederhana dan W tinggi, arah aliran dalam geseran, kekerasan dan tegasan dapat dilihat dengan jelas.
Oleh itu, magnetron sputtering ialah laluan yang sangat biasa dan stabil untuk doping W halus, lapisan peralihan W-C dan lapisan utama W-DLC.
Penyaduran ion berbilang-lengkok boleh digunakan untuk tungsten (W), tetapi ia memberikan cabaran yang lebih besar.
Tidak mustahil untuk memproses tungsten menggunakan pelbagai-penyaduran ion arka.
Tompok-tompok arka dalam proses arka katodik mempunyai tenaga yang sangat tinggi; secara teorinya, mereka boleh mengewapkan pelbagai jenis logam -titik lebur-tinggi, termasuk logam refraktori seperti W, Mo dan Ta. Fakta bahawa tungsten mempunyai takat lebur yang tinggi tidak bermakna ia tidak boleh diwap oleh titik arka.
Walau bagaimanapun, hanya kerana ia mungkin tidak bermakna ia mudah dicapai.
Tungsten (W) ialah bahan yang dicirikan oleh takat lebur yang tinggi dan kekerasan yang tinggi; akibatnya, proses seperti pemesinan sasaran, pengapitan, penyejukan, dan mengekalkan kestabilan penyalaan arka adalah lebih mencabar berbanding dengan sasaran titanium (Ti) atau kromium (Cr) standard.
Apabila menggunakan pemendapan berbilang-arka untuk tungsten, perhatian khusus mesti diberikan kepada pergerakan titik arka, ablasi permukaan sasaran, terlalu panas setempat, pembentukan zarah dan kekasaran permukaan filem.
Ciri-ciri berbilang-arka ialah kadar pengionan logam yang tinggi, tenaga pemendapan yang kuat dan daya ikatan yang baik, tetapi ia juga mudah untuk membawa titisan dan zarah yang besar.
Untuk sasaran lengkok konvensional seperti Ti dan Cr, zarah sudah menjadi masalah biasa dalam berbilang lengkok. Jika ia digantikan dengan bahan takat lebur yang tinggi seperti W, keadaan titik arka dan ablasi permukaan sasaran tidak dikawal dengan baik, dan kecacatan permukaan filem juga mungkin jelas.
Oleh itu, walaupun teknologi berbilang-arka boleh digunakan untuk mendepositkan tungsten (W), ia lebih sesuai untuk aplikasi yang memerlukan pengeboman ion logam yang sengit, lekatan tinggi dan peneguhan lapisan peralihan atau beban-beban; ia tidak semestinya sesuai untuk menghasilkan lapisan permukaan W-DLC yang sangat halus yang menuntut paras zarah yang rendah dan kawalan tepat ke atas kandungan tungsten.
Mengapakah lebih ramai orang lebih suka magnetron sputtering apabila menghasilkan W-DLC?
Kerana kunci kepada W-DLC bukan hanya terletak pada "menggabungkan tungsten", tetapi dalam menentukan jumlah yang perlu ditambah, tempat untuk mengagihkannya dan sama ada penambahan itu mengganggu rangkaian karbon.
Dengan menggunakan sasaran magnetron-sputtered tungsten (W) bersama-sama dengan sumber karbon-seperti sasaran grafit, asetilena, metana atau plasma karbon lain-ia agak mudah untuk mengekalkan kandungan tungsten yang rendah, membolehkannya tersebar dalam matriks DLC sebagai struktur W-{4}C yang halus.
Dengan cara ini, tungsten berfungsi untuk meningkatkan kapasiti galas-beban dan mengurangkan tekanan, manakala rangkaian karbon kekal berterusan, memastikan sifat geseran-rendah dikekalkan.
Apabila menggunakan sumber tungsten (W) dalam proses berbilang-arka, fluks ion logam tungsten boleh menjadi agak sengit, menjadikannya mudah untuk kandungan tungsten tempatan menjadi terlalu tinggi.
Tahap tungsten yang tinggi cenderung untuk menggalakkan pembentukan sejumlah besar fasa WC atau W₂C, dengan berkesan mengunci karbon ke dalam struktur karbida. Akibatnya, salutan yang terhasil mungkin berakhir sebagai salutan keras-tungsten yang mengandungi karbida dan bukannya salutan DLC-geseran rendah.
Dalam erti kata lain, walaupun mungkin untuk menggunakan sumber tungsten dalam pemendapan berbilang-arka, tetingkap untuk mengawal kandungan tungsten adalah lebih sempit dan lebih sukar untuk diurus; tambahan pula, perhatian yang teliti mesti diberikan kepada zarah permukaan dan kesinambungan rangkaian karbon.
Di manakah berbilang-arka W lebih sesuai untuk diletakkan?
Jika ia ialah W-DLC, saya lebih suka memahami berbilang-arka W sebagai alat untuk "lapisan penambahbaikan" atau "lapisan peralihan", dan bukannya menggunakannya secara langsung untuk membuat seluruh lapisan DLC kandungan W-tinggi.
Contohnya, berhampiran dengan substrat, lapisan peralihan W atau WC boleh digunakan untuk meningkatkan-beban dan ikatan; kecerunan W-C boleh dibuat di tengah untuk membolehkan peralihan beransur-ansur daripada logam kepada karbon; kebanyakan permukaan masih mengekalkan DLC yang kaya-karbon untuk memastikan geseran rendah dan anti-lekatan.
Reka bentuk ini lebih rasional daripada menggunakan lapisan tungsten (W) monolitik.
Jika objektifnya bukan DLC-geseran rendah tetapi lebih kepada-kekerasan yang tinggi,-lapisan tahan haus W, WC atau W-C, pendekatan berbilang-arka juga bernilai. Ini kerana pemendapan berbilang-arka menghasilkan-ion logam bertenaga tinggi, menghasilkan salutan padat dengan lekatan yang kuat-ideal untuk mencipta lapisan tahan haus-yang teguh.
Walau bagaimanapun, jika pelanggan memerlukan permukaan yang sangat licin, zarah minimum dan pekali geseran yang rendah, seseorang harus berhati-hati apabila bergantung semata-mata pada pemendapan berbilang-arka untuk tungsten.
Jika anda menghasilkan W-salutan DLC-terutamanya yang memfokuskan pada geseran rendah, sifat-anti lekat, komponen gelongsor atau permukaan acuan licin-utamakan menggunakan magnetron sputtering atau HiPIMS untuk mendepositkan komponen tungsten (W), digabungkan dengan sumber karbon untuk pemendapan. Pendekatan ini membolehkan kawalan yang lebih baik ke atas kandungan tungsten, menghasilkan permukaan salutan yang lebih halus, dan menjadikannya lebih mudah untuk mengekalkan struktur rangkaian karbon.
Jika anda perlu menghasilkan lapisan peralihan W-C yang lebih tebal, menawarkan kapasiti galas-beban yang lebih tinggi dan memerlukan lekatan yang kuat, anda mungkin mempertimbangkan untuk menggunakan sumber berbilang-arka W atau sumber hibrid yang menggabungkan berbilang-arka dan magnetron sputtering.
Jika anda berhasrat untuk menghasilkan lapisan tahan haus-jenis W atau WC tulen, kaedah berbilang-arka juga merupakan pilihan, walaupun anda mesti bersedia untuk menghadapi cabaran seperti zarah, tegasan dalaman, ablasi permukaan sasaran dan kekasaran permukaan.
Oleh itu kesimpulannya mudah:
Salutan tungsten (W) boleh dihasilkan bukan sahaja melalui percikan magnetron tetapi juga melalui penyaduran ion berbilang{0}}arka.
Walau bagaimanapun, percikan magnetron lebih sesuai untuk mengawal kandungan tungsten dengan tepat dan mencapai permukaan dengan zarah yang minimum, manakala penyaduran berbilang-arka adalah lebih baik untuk mencipta lapisan peralihan W atau W-C yang dicirikan oleh pengionan tinggi, lekatan kuat dan kapasiti galas beban tinggi-. Pendekatan optimum selalunya melibatkan strategi hibrid dan bukannya memilih satu kaedah berbanding kaedah yang lain: menggunakan lapisan tungsten di pangkalan untuk meningkatkan-kapasiti galas beban sambil mengekalkan-lapisan karbon DLC geseran rendah pada permukaan.
