Témata
Reklama

Sputtering v oblasti moderního PVD povlakování

V současné době jsou vysoce výkonné povlaky vyráběny celou škálou metod. Proces magnetronového naprašování (sputtering) umožňuje kombinovat různé povlakovací materiály a přitom poskytuje optimální pružnost a tvrdost povlaku. Ukázal se tak velmi efektivním pro mnoho aplikací.

Podobný princip zlepšení vlastností materiálu, jaký se využívá při povlakování, byl aplikován i v minulosti. Příkladem může být použití damaškové oceli na starých zbraních, která kombinovala různé typy oceli s protichůdnými vlastnostmi a bylo tak dosaženo pevného ostří a současně pružného jádra. Stejně tak se využívá PVD povlaků k vylepšení a optimalizaci řezných nástrojů a jiných předmětů potřebných v každodenním průmyslovém procesu. Rozdíly mezi jednotlivými povlaky je možné hledat v aplikačních možnostech a v technologii, kterou byl povlak vytvořen. Potenciál magnetronového naprašování je veliký a doposud nebyl vyčerpán.

Reklama
Reklama

Od atomu k povlaku

Při sputteringu jsou částice procesního plynu, zpravidla inertního argonu, štěpeny na elektrony a ionty při kolizích s elektrony v procesu známém jako ionizace. Tím je vytvořeno plazma, které je plynnou směsí elektricky neutrálních atomů a nabitých iontů. Kladně nabité ionty argonu mohou být urychleny pomocí negativního předpětí na kovový terč, katodu. Například v případě TiAlN povlaku je terč vyroben z kombinace titanu a hliníku. Když kladně nabité ionty argonu narážejí do povrchu targetu, vyrazí z něj kovové prvky, které se později stanou součástí povlaku. Čím více iontů argonu při vyšší energii narazí do povrchu targetu, tím více je uvolněno kovových prvků z jeho povrchu.

Typy kovových terčů, ze kterých lze uvolnit Ti a Al v různém poměru v závislosti na konstrukci daného terče.

V bezprostřední blízkosti před terčem jsou některé uvolněné atomy kovů dále ionizovány kolizemi s volnými elektrony. U magnetronového naprašování jsou elektrony nuceny obíhat ve spirální dráze vytvořené permanentním magnetickým polem. Takové magnetické pole prodlouží jejich dráhu oběhu a zvýší dobu, po kterou jsou elektrony před samotným terčem. Prodloužení dráhy volných elektronů způsobuje vyšší pravděpodobnost kolizí s uvolněnými kovovými atomy a tím i zvýšení ionizace plazmatu. Zároveň je do pracovního prostoru přiveden i dusík jako reaktivní plyn a značné množství tohoto plynu je rovněž ionizováno. Kovové částice spolu s reaktivním plynem nakonec procházejí sloučením a kondenzací na substrátu za vzniku čisté homogenní vrstvy tvrdého materiálu. Vyšší ionizace má za následek zvýšení kvality aplikovaného povlaku.

Vizualizace procesu magnetronového naprašování

Sputtering – naprašování – znamená přímý přechod z pevné látky na plynnou (proces známý jako sublimace). Pomocí této metody může být téměř jakákoliv kombinace materiálů v různých poměrech uvedena do plynného stavu, takže lze vytvořit rozmanité spektrum povlaků. Existuje také velmi mnoho variant při volbě reaktivních plynů. Tím je možné vytvořit různé kombinace nitridů, oxidů, karbidů za použití reaktivních plynů jako dusíku, kyslíku nebo uhlovodíků. Jinou výhodou magnetronového naprašování je absence mikročástic, tzv. droplets. Výsledkem je hladší povlak. Použití dokonale hladkého povlaku na řezných nástrojích má za následek snížení tření a abrazivního opotřebení a zároveň snižuje dobu kontaktu třísky s povrchem nástroje. Tím se snižuje oxidační opotřebení, neboť teplo je více odváděno třískami a méně povrchem nástroje.

Energie 25 000 žárovek

Jak již bylo dříve uvedeno, vyšší ionizace znamená zvýšení kvality naneseného povlaku. HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) proces je zásadní pro zvýšení ionizace odprašovaného materiálu a zlepšení struktury povlaku. Při použití konvenčního DC nebo pulzního sputteringu je možné zvýšit ionizaci přivedením většího množství energie na terč. To má za následek i vyšší tepelné zatížení terčů a povlakovaného substrátu, které má své limity. Pro dosažení kýženého výkonu by bylo potřeba energie až 1 MW, která by dokázala rozsvítit až 25 000 žárovek. Je zřejmé, že na takové množství energie by byla potřeba malá elektrárna a povlakovací zařízení by bylo obtížné uchladit. Proto je energie při HiPIMS procesu dodávána terčům ve velmi krátkých pulzech o velmi vysoké energii.

Závislost použité energie na čase u HiPIMS a konvenčního magnetronového naprašování.

Záporné předpětí přivedené na substrát (nástroje) má vliv na energii a směr toku pozitivně nabitých částic, které zasahují substrát. Pulzy jsou přivedeny pouze na terč. Délka pulzu je velmi krátká (řádově stovky mikrosekund), následována relativně dlouhou dobou, kdy je terč „mimo provoz“. Výsledkem je tedy průměrná energie procesu (pouze 1–10 kW) a bezproblémové uchlazení terče.

Využití magnetronového naprašování

Sputtering je využitelný v celé škále průmyslové výroby. Společnost CemeCon má s technologií magnetronového naprašování zkušenosti již více než 20 let a využívá tuto metodu pro aplikaci vysoce odolných vrstev na řezných a tvářecích nástrojích za účelem zvýšení jejich životnosti a užitných vlastností. Mimo aplikace na řezných nástrojích a komponentech je sputtering aplikován rovněž v solárních technologiích. Nové možnosti se otevírají při aplikaci tenkých vrstev za nízkých teplot v biomechanice, nanotechnologiích, výrobě paměťových médií a elektronických součástek.

CemeCon

Ing. Jakub Něnička

jakub.nenicka@cemecon.cz

www.cemecon.cz

Reklama
Vydání #5
Kód článku: 140546
Datum: 13. 05. 2014
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Související články
Čtrnáctý ročník soutěže Ocenění českých podnikatelek úspěšně odstartován

Ve čtvrtek 3. června 2021 byl zahájen další ročník prestižní soutěže Ocenění českých podnikatelek, který odstartovala online konference Women in Business s podtitulem Nová realita roku 2021 a společný (re)start, most k jednotě a spolupráci. Tuto soutěž již tradičně vyhlašuje podnikatelská platforma Helas – Budujeme hrdé Česko. Patronkou letošního ročníku je Kateřina Kadlecová, generální ředitelka společnosti USSPA. 

Třpytivý svět krystalů

Turnovská společnost Crytur patří svým pojetím ke světovému unikátu. V přesně definovaných podmínkách pěstuje umělé krystaly z vlastního výzkumu a vývoje, které následně po opracování dodává buď jako specifické optické díly pro další celky, nebo přímo kompletní výrobky.

Implantáty z Čech až na konec světa

V 70. letech minulého století stál u zrodu prvních ortopedických implantátů v Čechách. V roce 1992 pak v rámci privatizace založil vlastní firmu téhož zaměření, jejíž výrobky dodnes pomáhají lidem znovu se hýbat. Ano, hovoříme o Stanislavu Beznoskovi a české firmě téhož jména, kterou dnes úspěšně řídí členové rodiny zakladatele.

Související články
MM Podcast: Glosa - Když se země otřásají v základech

Krize vyvolaná pandemií koronaviru v řadě oborů působí jako urychlovač trendů patrných před jejím vypuknutím. Mnoho odvětví si prochází zásadní strukturální transformací, ale část z nich – které se stát snaží podpůrnými prostředky za každou cenu stále držet nad vodou, zanikne. 

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vývoj UHT nástrojů
v plném proudu krizi navzdory

Hlavním motivem založení VaV centra Rotana byla připravenost na nové trendy v automobilovém a leteckém průmyslu a výroba vlastních produktů s vysokou přidanou hodnotou – konkrétně ultratvrdých (UHT) nástrojů pro speciální aplikace. Centrum je vybaveno nejmodernějšími technologiemi a stále se rozrůstá. Na kontě má několik úspěšně zakončených projektů v podobě prototypových nástrojů a užitných vzorů. O tom, na jakých projektech v centru pracují nyní a jaké mají plány do budoucna, jsme si povídali se třemi hlavními osobnostmi celého projektu vývoje a výroby UHT nástrojů.

Odměřovací pravítka, lanovka a Ferrari

Odměřovací pravítko je jednou z klíčových komponent obráběcího stroje. Zpravidla je ukryto hluboko uvnitř stroje a většina uživatelů obráběcích strojů jej nikdy na vlastní oči neviděla. Přesto jsou na ně kladeny velmi vysoké nároky. Musejí pracovat spolehlivě po dobu mnoha let, zaručovat očekávanou přesnost a rozlišení, a musejí být odolná proti znečištění, pronikání kapalin, prachu i třískám a proti spoustě dalších faktorů. A kdyby se náhodou něco pokazilo, musejí být snadno vyměnitelná.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu obráběcích strojů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.
Čas jsou peníze. Každá minuta prostoje výrobního zařízení je nežádoucí, proto se dnes vedle vysoké produktivity u strojů očekává také jejich vysoká spolehlivost.

Stroje v pohybu – Sledování zásilek na dálku

Takzvaný internet věcí (IoT) nabízí mnoho možností. Základem této technologie je bezdrátová komunikace velkého počtu autonomních zařízení prostřednictvím datových sítí, jež jsou navrženy tak, aby datový přenos spotřeboval co nejméně energie. Toho využívají i moderní sledovací jednotky (lokátory), které mohou díky energetické úspornosti pracovat i několik let bez dobíjení baterií.

Fórum výrobních průmyslníků

Jakým způsobem se po 15 měsících od vypuknutí pandemie koronaviru tento stav projevuje ve vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a ekonomiky jako takové (např. vlivem navýšení cen vstupních materiálů, nedostatku některých komponent)? Dokážete predikovat, jak se bude situace ve vaší komoditě vyvíjet ve druhé polovině roku, na čem bude záviset?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak současná doba ovlivňuje realizaci smluvního výzkumu na již hotových projektech, resp. při akvizici nových? Zaznamenáváte aktuálně pokles zájmu firem o spolupráci?

Semináře nově s high-tech technologiemi

Školicí a tréninkové centrum společnosti Ceratizit ve Velkém Meziříčí prošlo v loňském roce rozsáhlou modernizací. Nové Technické centrum i technologie v něm bohužel kvůli pandemii covid-19 nemělo možnost navštívit mnoho zákazníků. Všichni pevně věříme, že se to brzy změní. Než se tomu tak stane, požádali jsme Jana Gryče, technického ředitele společnosti Ceratizit, aby nám představil, co je v centru nového a na co se mohou zákazníci těšit. Při té příležitosti jsme oslovili také Pavla Němečka, obchodně-technického zástupce společnosti Hermle, aby pohovořil o pětiosém stroji C 32 U, které je v centru nové.

Švédové jsou féroví a přímí obchodníci

Celosvětová pandemie covid-19 mění světa vytváří nové příležitosti a výzvy pro exportně orientované firmy. Zahraniční kanceláře CzechTrade registrují příležitosti v daných destinacích a vytvářejí partnerství českým výrobním společnostem a jsou jim nápomocni při vstupu na trh a upevnění jejich pozice.

Digitalizace: klíč k úspěchu

Již od roku 1919 zkoumá, vyvíjí a vyrábí zabezpečovací techniku společnost EVVA - rodinná firma se sídlem ve Vídni. To, že se nyní, přibližně o 100 let později, stala průkopníkem propojené výroby, je zásluhou její jasné strategie s důrazem na digitalizaci. Důležitým milníkem nové výrobní filozofie společnosti EVVA je soustružnické a frézovací centrum Hyperturn 65 Powermill v kombinaci se síťovým řídicím rozhraním Emconnect. S flexibilním výrobním systémem od společnosti Emco lze nyní kompletně automatizovat obrábění mosazných dílů v kusové výrobě i výrobě středních sérií.

MSV ve znamení obrábění

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro meku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, kromě lidí z dalších oborů, setkají i výrobci vynikajících obráběcích strojů. Proto jsme se na postřehy a názory tentokrát zeptali Petra Odehnala z obchodního oddělení společnosti Pilart stroje.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit