Na Ústave materiálov MTF vyvinuli nový typ pulzných plazmových generátorov
Ústav materiálov zabezpečuje výučbu materiálovo a fyzikálne orientovaných predmetov, disponuje laboratóriami s modernými experimentálnymi zariadeniami a jeho zamestnanci a študenti sa tiež venujú výskumnej a expertíznej činnosti. V uplynulom období bol na Ústave materiálov vyvinutý nový typ pulzných plazmových generátorov (PPG), ktorý využíva špeciálnu technológiu, ktorá sa týka stabilizácie plazmového výboja pri príprave tenkých vrstiev a povlakov pomocou vysokovýkonného impulzného magnetrónového naprašovania.
Vysokovýkonné impulzné magnetrónové naprašovanie (HIPIMS) je nová technika prípravy tenkých vrstiev a povlakov. Hlavnou črtou procesu HIPIMS je vysoké percento ionizácie nanášaného materiálu. To sa využíva na zhustenie mikroštruktúry tenkých vrstiev a povlakov, úpravu povrchov, pre smerovú depozíciu materiálov a ďalšie aplikácie. Vrstvy a povlaky pripravené pomocou HIPIMS vykazujú vynikajúce vlastnosti v mnohých aplikáciách. Najobľúbenejšia a najsľubnejšia aplikácia HIPIMS je pre tvrdé povlaky pre ochranu predmetov proti opotrebovaniu a korózii.
Výrazne nižší prenos tepla na substrát v porovnaní so štandardným magnetrónovým rozprašovaním je ďalšou výhodou procesu HIPIMS. To umožňuje nanášanie materiálu pri vysokej rýchlosti aj na povrchy citlivé na teplo. HIPIMS tiež významne mení hysteréznu krivku v reaktívnom naprašovaní, čo ponúka oveľa ľahšiu kontrolu reaktívneho depozičného procesu. Napájacie HiPIMS zdroje môžu byť pridané k existujúcim naprašovacím systémom s minimálnymi požiadavkami na ich modifikáciu. HiPIMS plus využíva dodatočné kladné napätie pre urýchlenie ionizovaného materiálu k ďalšiemu zvýšeniu hustoty vrstiev a zníženie vnútorného pnutia v nanášanom materiáli. Na Ústave materiálov sú k dispozícii napájacie zdroje s pulzným výkonom do 100 kW a frekvenciami do 1 kHz.
O celý proces vývoja a výroby sa postarali Ing. Roman Sýkora, Ing. Jana Bohovičová, PhD a Ing. Marcel Meško, PhD, ktorí pod vedením prof. Ing. Ľubomíra Čaploviča, PhD vytvorili celkovo 4 typy PPG:
- Prvý prototyp unipolárneho PPG bol vyrobený a otestovaný v roku 2018.
- Po úspešných záťažových skúškach a rozbore naprašovaných vrstiev na Masarykovej univerzite v Brne bol v roku 2019 postavený bipolárny PPG na naprašovanie vysokokvalitných tenkých vrstiev s veľmi hladkým povrchom.
- V tom istom roku bol vyvinutý trojokruhový PPG na naprašovanie z troch rôznych terčov súčasne a s možnosťou riadenia pomocou počítača.
- V roku 2019 bol tiež vyvinutý a postavený vysokovýkonný bipolárny PPG+ s vlastným riadením alebo riadením cez PC, v ktorom boli skĺbené všetky výhody a prednosti predchádzajúcich PPG.
Generátory sa nachádzajú v budove Materiálového výskumu MTF STU. O zariadenie, na ktoré bol podaný patent, prejavila záujem aj univerzita v Japonsku.
Text: Roman Sýkora
Foto: MTF STU