CÔNG NGHỆ PVD LẮNG ĐỌNG HỒ QUANG CATOD - ARC CATHODE PVD

Công nghệ PVD lắng đọng hồ quang catod – Cathodic Arc Deposition

Công nghệ lắng đọng hồ quang catod hay ARC – PVD là công nghệ lắng đọng hơi vật lý trong đó hồ quang phóng điện được dùng để bay hơi vật liệu khỏi bề mặt bia catod. Vật liệu hóa hơi sau đó được ngưng tụ trên bề mặt mẫu hình thành một lớp màng mỏng. Kỹ thuật này có thể dùng để lắng đọng màng kim loại, ceramic và màng composite.

Hình: Máy mạ PVD hồ quang catod - ARC Cathode PVD do công ty TNHH PHỨC HỢP CÔNG NGHỆ CAO SONXI CHẾ TẠO

Quá trình hóa hơi ARC bắt đầu bằng hiện tượng bắn phá bề mặt bia catod bằng dòng điện cường độ lớn và điện thế nhỏ khiến cho một vùng có diện tích rất nhỏ trên bề mặt catod phát xạ mật độ năng lượng cực lớn gọi là điểm catod (cathode spot). Nhiệt độ cục bộ tại điểm catod cực kỳ cao xấp xỉ 15000^oC, kết quả là vật liệu catod bị bay hơi và tạo thành luồng ion phóng ra khỏi bề mặt catod để lại các vùng trũng như các miệng núi lửa rất nhỏ mà mắt thường không nhìn thấy được. Các điểm catod thường chỉ hoạt động trong một chu kỳ ngắn, sau đó tự dập tắt và tái xuất tại khu vực gần các miệng núi lửa trước đó. Hành vi này tạo nên chuyển động có thể nhìn thấy được của chấm catod trên bề mặt bia.

Hình: Bề mặt bia ARC CATHODE trong lúc vận hành quá trình xi mạ

Vì bản chất hồ quang catod là dòng tải các hạt mang điện nên nó có thể bị ảnh hưởng khi một trường điện từ áp vào. Ứng dụng của trường điện từ điều khiển các chấm catod di chuyển đều trên bề mặt bia giúp tăng hiệu quả sử dụng vật liệu bia.

Hồ quang phóng điện có mật độ năng lượng cực kỳ cao nên tạo ra môi trường có mức ion hóa cao (30% - 100%), các ion, hạt trung hòa, đám hạt và các hạt macro (giọt kim loại). Nếu khí phản ứng được đưa vào trong quá trình bay hơi, sự phân ly, ion hóa và kích thích có thể xảy ra trong khi tương tác với dòng ion và màng mỏng hợp chất sẽ được hình thành trên bề mặt mẫu.

Mặt hạn chế của phương pháp hồ quang catod là nếu một chấm catod ở quá lâu trên một điểm bay hơi thì sẽ làm nóng chảy vùng lân cận và bắn ra các giọt kim loại. Các giọt này gây bất lợi cho chất lượng bề mặt lớp phủ, giảm độ bám dính và tăng ma sát. Vì vậy, việc áp một từ trường vào sẽ giúp điều khiển các chấm catod di chuyển liên tục ăn mòn đều bề mặt bia.  

Ứng dụng của công nghệ PVD lắng đọng hồ quang catod.

Công nghệ lắng đọng hồ quang catod – PVD ARC là công nghệ màng mỏng nhiều tiềm năng vì plasma của hệ có hiệu suất ion hóa cao với mật độ ion năng lượng cao, cho độ bám dính tốt và hình thành màng hợp thức có màu sắc đồng nhất. Thế mạnh màu sắc đồng nhất của ARC giúp công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong xi mạ công nghiệp các sản phẩm kích thước lớn như mạ tấm, mạ khung cửa, mạ nội thất.

Hình: Ứng dụng mạ PVD hồ quang catod - ARC CATHODE PVD xi mạ chi tiết nội thất

Bên cạnh các ứng dụng phủ trang trí, công nghệ lắng đọng hồ quang catod khi được kiểm soát tốt sẽ cho lớp phủ có mật độ, cường độ cao, dùng tổng hợp các màng mỏng có độ cứng cao nhằm bảo vệ bề mặt công cụ cắt gọt kim loại giúp gia tăng đáng kể tuổi thọ công cụ. Các lớp phủ siêu cứng và nano composite mà ARC có thể tạo thành là: TiN, TiAlN, CrN, ZrN, AlCrTiN, TiAlSiN.

Hình: Mũi phay CNC mạ cứng bằng phương pháp ARC CATHODE PVD

Một hướng ứng dụng khác là tạo lớp phủ từ các bia carbon nguyên chất tạo thành màng carbon cấu trúc kim cương trên đồng hồ, mắt kính cao cấp.