板組コイル陽極を用いた金属窒化物膜形成用フィルタードアーク蒸着装置の開発

使用板线圈阳极形成金属氮化物膜的过滤电弧蒸发设备的开发

• 批准号: 22H01470
• 负责人: 滝川 浩史
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01470/
• 关键词: ハードコーティング; フィルタードアーク蒸着; 高速成膜; ドロップレット抑制; 磁気輸送; フィルタード真空アーク蒸着; 陽極コイル; ドロップレット; 硬さ; TiN膜; AlCrN膜; ダイヤモンドライクカーボン; 切削工具; 精密加工; 金属薄膜

本年度は，陰極をTiそして導入ガスをN2としてTiN膜を形成し，その評価を進めた。特に(1)磁界構造による陰極点の安定性と運動特性の変化，(2)ドロップレット抑制の特性について調査した。 (1)については，陰極の背面に設置する背面磁石（永久磁石）およびアウターコイルが作る磁界を調整し，アーク放電が安定すると共に陰極点円運動が十分に駆動され，ドロップレットの放出量が抑制される条件を見出した。また，コイル形状の陽極（コイル陽極）にした場合とそうでない場合を比較し，コイル陽極を用いることで成膜速度が上昇することを確認した。コイル陽極により磁界が増大することで，プラズマがより効率的に輸送されたと考えられる。実際，磁気プローブにより磁界を計測したところ，コイル陽極によって磁界が増大していることが確認できた。加えて，成膜速度が上昇したことにより，膜厚あたりのドロップレット数を抑制できることを確認した。成膜したTiN膜に対してロックウェル圧痕試験を行ったところ，剥離がなく，密着性が良い膜が作成できていることがわかった。また，ナノインデンテーション試験により硬さを測定したところ，40GPa程度の硬い膜が作製されていることがわかった。ドロップレット数，膜質の観点から最適な成膜条件を見出したのち，実際に切削工具へ成膜し，成膜できることを確かめた。他にも，AlCr陰極や炭素陰極を用いた初期試験を行い，今後の指針を得た。今年度得られた知見を元に，さらなるフィルタード蒸着装置(FAD)の改良および試験を進める。

今年，我们形成了一部锡膜作为阴极，N2作为引入的气体，并对其进行了评估。特别是，我们研究了（1）由于磁场结构引起的阴极点的稳定性和运动特性的变化，以及（2）液滴抑制的特性。关于（1），我们已经确定了由安装在阴极背面和外围线圈背面的后磁铁（永久磁铁）产生的磁场，并找到了稳定电弧排放的条件，降低了液滴发射的圆形移动，抑制了液滴发射的量。此外，我们比较了使用线圈形阳极（线圈阳极）比较未使用线圈形阳极的情况，并确认使用线圈形阳极增加了膜形成速度。人们认为，盘绕阳极增加了磁场，从而导致血浆更有效地运输。实际上，当使用磁探针测量磁场时，已确认线圈阳极增加了磁场。此外，已经证实，膜形成速度的增加阻止了每个膜厚度的液滴数量。当在形成的锡膜上进行岩石凹痕测试时，发现没有脱皮并且产生了良好的粘附。此外，当通过纳米引导测试测量硬度时，发现产生了大约40 GPA的硬膜。从液滴计数和膜质量的角度找到最佳的膜形成条件后，可以确定在切割工具上实际上形成膜。此外，使用ALCR阴极和碳阴极进行初始测试以获取未来的指南。根据今年获得的知识，我们将继续进一步改善并测试过滤后的蒸气沉积装置（FAD）。