PVD ilkeleri açısından, tungsten (W), magnetron püskürtme, çoklu-ark iyon kaplama, HiPIMS veya iyon-ışın- destekli biriktirme gibi çeşitli yöntemler kullanılarak biriktirilebilir. Asıl soru şudur: Tungsten için amaçlanan uygulama nedir? Saf bir tungsten katmanı, tungsten karbür (WC), W-DLC kaplama içinde küçük bir katkı maddesi veya yüksek-yük-taşıyan bir geçiş katmanı mı oluşturmak istiyorsunuz?
En uygun yöntem amaca göre değişir.
W için magnetron püskürtmenin en büyük avantajı "kolay kontrol"dür
W hedefi iletken bir hedeftir ve magnetron püskürtme için kullanılabilir. Ar iyonları W hedefini bombalar, W atomlarını yok eder ve ardından bunları iş parçasının yüzeyine bırakır.
Tungsten (W) biriktirmek için magnetron püskürtme kullanmanın avantajları açıktır: daha az parçacık, pürüzsüz bir film yüzeyi ve kolayca kontrol edilebilir bileşim. Bu yöntem, tungsten içeriği üzerinde hassas kontrolün gerekli olduğu W-DLC kaplamalar için özellikle-çok uygundur.
W-DLC'de tungsten genellikle birincil işlevsel bileşen değildir. Karbon ağı aslında düşük-sürtünme özellikleri sağlayan şeydir; tungsten iç gerilimi ayarlamaya, yük-taşıma kapasitesini artırmaya ve daha kalın filmlerin stabilitesini iyileştirmeye yarar. Ancak çok fazla tungsten eklemek, DLC'nin düşük-sürtünmeli karbon ağı özelliğini bozar.
Bu nedenle W-DLC en çok W içeriğinin kontrolden çıkmasından korkar.
Magnetron püskürtmenin faydası burada yatıyor. W hedef gücünü, karbon kaynağı akış hızını, öngerilim voltajını ve hava basıncını ayarlayarak W içeriğini yavaşça hedef pencereye getirebilirsiniz. Örneğin düşük W, orta W ve yüksek W'yi karşılaştırırsanız sürtünme, sertlik ve gerilimdeki eğilimler açıkça görülebilir.
Bu nedenle magnetron püskürtme, ince W katkılaması, W-C geçiş katmanı ve W-DLC ana katmanı için çok yaygın ve kararlı bir yoldur.
Tungsten (W) için çoklu-ark iyon kaplama kullanılabilir, ancak bu daha büyük zorluklar sunar.
Çoklu-ark iyon kaplama kullanarak tungsteni işlemek imkansız değildir.
Katodik ark proseslerindeki ark noktaları son derece yüksek enerjiye sahiptir; teorik olarak W, Mo ve Ta gibi refrakter metaller de dahil olmak üzere çok çeşitli yüksek-erime noktalı- metalleri buharlaştırabilirler. Tungstenin yüksek erime noktasına sahip olması, ark noktası tarafından buharlaştırılamayacağı anlamına gelmez.
Ancak bunun mümkün olması, başarmanın kolay olduğu anlamına gelmez.
Tungsten (W), yüksek erime noktası ve yüksek sertlik ile karakterize edilen bir malzemedir; sonuç olarak hedef işleme, sıkıştırma, soğutma ve ark tutuşma stabilitesini koruma gibi işlemler standart titanyum (Ti) veya krom (Cr) hedeflere göre daha zordur.
Tungsten için çoklu-ark biriktirme kullanıldığında, ark noktası hareketine, hedef yüzey ablasyonuna, lokal aşırı ısınmaya, parçacık oluşumuna ve film yüzeyi pürüzlülüğüne özel dikkat gösterilmelidir.
Çoklu-arkın özellikleri arasında yüksek metal iyonlaşma hızı, güçlü biriktirme enerjisi ve iyi bağlanma kuvveti yer alır, ancak aynı zamanda damlacıkları ve büyük parçacıkları getirmek de kolaydır.
Ti ve Cr gibi geleneksel ark hedefleri için parçacıklar, çoklu yaylarda zaten yaygın bir sorundur. W gibi yüksek erime noktalı bir malzemeyle değiştirilirse ark noktası durumu ve hedef yüzey ablasyonu iyi kontrol edilemez ve film yüzeyindeki kusurlar da belirgin olabilir.
Bu nedenle, tungsten (W) biriktirmek için çoklu{0}}ark teknolojisi kullanılabilse de, yoğun metal iyon bombardımanı, yüksek yapışma ve geçiş veya yük-taşıyan katmanların güçlendirilmesini gerektiren uygulamalar için daha uygundur; düşük partikül seviyeleri ve tungsten içeriği üzerinde hassas kontrol gerektiren yüksek derecede rafine edilmiş W-DLC yüzey katmanlarını üretmek için mutlaka ideal değildir.
Neden daha fazla insan W-DLC üretirken magnetron püskürtmeyi tercih ediyor?
Çünkü W-DLC'nin anahtarı yalnızca "tungstenin dahil edilmesinde" değil, ne kadar ekleneceğinin, nereye dağıtılacağının ve eklemenin karbon ağını bozup bozmayacağının belirlenmesinde yatmaktadır.
Bir magnetron-püskürtülmüş tungsten (W) hedefini, bir grafit hedefi, asetilen, metan veya başka bir karbon plazması gibi bir karbon kaynağıyla-birlikte kullanarak, düşük bir tungsten içeriğini korumak nispeten kolaydır; bu da bunun DLC matrisi içinde ince W-C yapıları veya nano-karbürler olarak dağılmasına olanak tanır.
Bu şekilde tungsten, yük-taşıma kapasitesini artırmaya ve gerilimi azaltmaya hizmet ederken, karbon ağı sürekli kalarak düşük-sürtünme özelliklerinin korunmasını sağlar.
Çok-arklı bir süreçte bir tungsten (W) kaynağı kullanıldığında, tungsten metal iyonlarının akışı oldukça yoğun olabilir, bu da yerel tungsten içeriğinin aşırı derecede yükselmesini kolaylaştırır.
Yüksek tungsten seviyeleri, önemli miktarda WC veya W₂C fazının oluşumunu destekleyerek karbonu etkili bir şekilde karbür yapılara kilitler. Sonuç olarak, ortaya çıkan kaplama, düşük-sürtünmeli bir DLC kaplama yerine tungsten-içeren karbür kompozit sert kaplamaya dönüşebilir.
Başka bir deyişle, çoklu ark biriktirmede bir tungsten kaynağı kullanmak kesinlikle mümkün olsa da, tungsten içeriğini kontrol etmeye yönelik pencere daha dardır ve yönetilmesi daha zordur; ayrıca yüzey parçacıklarına ve karbon ağının sürekliliğine çok dikkat edilmelidir.
Çoklu-yay W nereye yerleştirilmek için daha uygundur?
Eğer W-DLC ise, çoklu-yaylı W'yi doğrudan yüksek W-içerikli bir DLC katmanı oluşturmak için kullanmak yerine, "geliştirme katmanı" veya "geçiş katmanı" için bir araç olarak anlamayı tercih ederim.
Örneğin, alt tabakaya yakın bir yerde, yük-taşımayı ve bağlanmayı iyileştirmek için bir W veya WC geçiş katmanı kullanılabilir; metalden karbona kademeli bir geçişe izin vermek için ortada bir W-C gradyanı yapılabilir; çoğu yüzey, düşük sürtünme ve yapışma önleyici özelliği sağlamak için karbon-zengin DLC'yi hâlâ korur.
Bu tasarım, monolitik bir tungsten (W) katmanı kullanmaktan daha rasyoneldir.
Hedef düşük-sürtünmeli DLC değil de yüksek-sertlik, aşınmaya{{2} dirençli W, WC veya W-C katmanıysa, çoklu-ark yaklaşımı da değerlidir. Bunun nedeni, çoklu-ark biriktirmenin yüksek-enerjili metal iyonları üretmesi ve bunun sonucunda sağlam, aşınmaya-dirençli katmanlar oluşturmak için ideal olan güçlü yapışma özelliğine sahip yoğun kaplamalar-olmasıdır.
Bununla birlikte, müşterinin olağanüstü pürüzsüz bir yüzeye, minimum düzeyde partiküle ve düşük sürtünme katsayısına ihtiyacı varsa, tungsten için yalnızca çok{0}}arklı biriktirmeye güvenirken dikkatli olunmalıdır.
W-DLC kaplamalar-üretiyorsanız, özellikle de düşük sürtünmeye,-yapışma önleyici özelliklere, kayan bileşenlere veya pürüzsüz kalıp yüzeylerine odaklanıldığında-tungsten (W) bileşenini biriktirmek için bir karbon kaynağıyla birlikte biriktirmek için magnetron püskürtme veya HiPIMS kullanmaya öncelik verin. Bu yaklaşım, tungsten içeriği üzerinde daha iyi kontrol sağlar, daha ince bir kaplama yüzeyi sağlar ve karbon ağ yapısının korunmasını kolaylaştırır.
Daha kalın, daha yüksek yük-taşıma kapasitesi sunan ve güçlü yapışma gerektiren bir W-C geçiş katmanı üretmeniz gerekiyorsa, çoklu-arklı bir W kaynağı veya çoklu-ark ile magnetron püskürtmeyi birleştiren hibrit bir kaynak kullanmayı düşünebilirsiniz.
Saf W veya WC-tipi aşınmaya-dirençli katmanlar üretmeyi hedefliyorsanız, çoklu-ark yöntemi de bir seçenektir; ancak parçacıklar, iç gerilim, hedef yüzey aşındırması ve yüzey pürüzlülüğü gibi zorluklarla başa çıkmaya hazırlıklı olmanız gerekir.
Bu nedenle sonuç basittir:
Tungsten (W) kaplamalar yalnızca magnetron püskürtme yoluyla değil aynı zamanda çoklu-ark iyon kaplama yoluyla da üretilebilir.
Bununla birlikte, magnetron püskürtme, tungsten içeriğini hassas bir şekilde kontrol etmek ve minimum partikül içeren bir yüzey elde etmek için daha uygundur; oysa çoklu-arklı kaplama, yüksek iyonizasyon, güçlü yapışma ve yüksek yük- taşıma kapasitesi ile karakterize edilen W veya W-C geçiş katmanları oluşturmak için üstündür. En uygun yaklaşım genellikle bir yöntemi diğerine tercih etmek yerine hibrit bir stratejiyi içerir: yüzeyde düşük-sürtünmeli DLC karbon katmanını korurken yük-taşıma kapasitesini artırmak için tabanda bir tungsten katmanı kullanmak.
