Вакуумно-дуговой метод

В этом случае между катодом и анодом инициируется вакуумная дуга, которая испаряет материал катода. Дуговой разряд низкого давления горит в быстро перемещающихся катодных пятнах. Продуктом эрозии, в отличии от катодного распыления, является не поток атомов, а поток ионов материала катода с энергией от 20 эВ у лёгких до 180 эВ у тяжёлых атомов. При этом напряжение разряда составляет 20-30 В при токе от нескольких десятков до сотен ампер. При этом обеспечивается достаточно высокие скорости роста покрытий до 1,5 мкм/мин и более в зависимости от материала.

Рис. 2. Катодное пятно

При вакуумно-дуговом испарении осаждение осуществляется из плазмы испаряемого материала покрытия при высоких и управляемых энергиях частиц, что обеспечивает нагрев и термоактивацию подложки в процессе осаждения покрытия; предварительную очистку покрываемой поверхности за счет бомбардировки ионами материала покрытия; плотность материала покрытия; адгезию покрытия на уровне прочности атомной связи с подложкой; высокую точность и воспроизводимость; cубмелкозернистую (пластичную) структуру покрытия; возможность управления структурой покрытия. При вакуумно-дуговом методе подложка, в следствие осаждения покрытия за счет высокоэнергетичных ионов, (деталь, образец, инструмент….) может сильно нагревается, что делает невозможным применение этого метода осаждения к легкоплавким материалам, пластмассам.

Однако дуговой метод нанесения покрытий имеет существенный недостаток – наличие в плазме потока микрокапельной фазы - испускаемых катодным пятном частиц металла размером 0.1-10 мкм и менее. Поскольку испарение материала из микропятен носит взрывоподобный характер, то вместе с атомами и ионами происходит также выброс микрокапель: частиц расплавленного материала диаметром до 10 мкм, которые также осаждаются на подложку, повреждая поверхность растущей пленки. Для борьбы с микрокапельной фракцией используют системы экранов, магнитные сепараторы, системы модуляции тока дуги и др. Также предпринимаются попытки использования неохлаждаемых (горячих) катодов.

Рис.3. Фотографии микрокапельной фазы