力學所建成高能沖擊磁控濺射裝備系統并開放服務

       表面工程提高材料摩擦磨損、耐腐蝕性能的同時，還賦予材料新的表面功能，為解決人類發展中遇到的資源、能源等問題起到了不可替代的重要作用。作為表面工程領域的重要分支，我國亟需提升物理氣相沉積（PVD）的技術能力。

　　高能沖擊磁控濺射技術(High Power Impulse Magnetron Sputtering, HiPIMS)在國際上被稱為磁控濺射方法的重大突破。該技術的出現，引起了國際上高度重視，1997年，Kouznetsov首次提出美國zhuanli，繼而先后有德國Hunttinger、美國Zpulser、荷蘭Hauzer等著名公司開展專用HiPIMS離子源研究。近年，歐盟國家率先聯合有關科研團隊開展了該技術的系統研發，并制定了HiPIMS發展路線圖。2009年至今，國際上已連年召開專題討論會。因此，在我國解決PVD表面改性中的關鍵HiPIMS裝備與技術問題，搭建真空等離子狀態檢測系統，探究高品質薄膜沉積本質迫在眉睫。

　　在中國科學院裝備研制項目的支持下，中科院力學研究所先進制造工藝力學重點實驗室鍍層工藝力學與摩擦學課題組建設完成了高能沖擊磁控濺射（HiPIMS）等離子體發生與成膜控制平臺，該平臺將HiPIMS與等離子體基離子注入沉積方法相結合，磁控濺射鍍膜機采用前者獲得淹沒性的高離化率金屬等離子體，通過濺射脈沖和高壓脈沖的波形匹配實現參與成膜粒子能量可控，形成一種新穎的成膜過程控制技術。利用HiPIMS技術，金屬Ti的離化率可達80%。粒子能量超過100eV，通過調整高、低磁控電壓脈沖的脈寬比例，HiPIMS耦合電源還可實現對離化率的有效調控(發明zhuanli，201410652546.5)。

　　同時，該實驗平臺搭建了基于光發射譜、朗謬爾探針、離子能量檢測的等離子體環境監測系統，獲得了等離子體自產生到成膜過程中的等離子體參數、粒子種類與荷能狀態，構建了基于網絡平臺的等離子體特征數據管理系統。

　　相關研究成果為解決膜基結合力、結構穩定性，成膜均勻性三大共性問題提供了科學依據和裝備平臺，可為開展多元及復雜體系涂層表面改性的應用研究提供指導和實驗條件。力學所科研團隊在此基礎上，已開展了傳感器部件、發動機活塞環及行波管散熱器等工程化應用。

　　近日，中科院條件保障與財務局組織專家對力學所承擔的院科研裝備研制項目“高能沖擊磁控濺射等離子體發生與成膜控制平臺”進行了技術測試和現場驗收。驗收專家組認為該項目完成了任務書規定的各項任務并實現了研制目標，技術指標和功能達到或優于任務書的要求，一致同意通過驗收。

　　在設備建設過程中，作為HiPIMS技術的主要合作單位邀請了國際著名學者Allan Matthews教授來訪，深入探討了HiPIMS裝備的技術難題和未來發展，開展了相關學術問題的交流，為后續的技術合作和科學研究奠定了基礎。