Synkrotron-nano-diffraktion för avancerade CVD skikt

Forskningsprojekt, 2020 – 2021

Syfte och mål: CVD (Chemical Vapour Deposition) är en väldigt viktig teknik för Sandvik Coromant, som används för att belägga skikt på skärande verktyg. Skiktens spänningar har stor påverkan på prestanda vid skärande operationer, speciellt för att motstå sprickbildning. Projektet syftat till att använda nano-diffraktion på MAX IV för att demonstrera hur tekniken kan utnyttjas för att mäta spänningsprofiler i tunna (<10 mikrometer) CVD skikt av AlTiN. Detta ger i sin tur möjlighet att skräddarsy spänningsprofiler för optimerad prestanda och livslängd. Förväntade effekter och resultat: CVD AlxTi1-xN är ett nytt beläggningssystem inom bearbetningsindustrin och för närvarande erbjuder endast ett fåtal företag sådana produkter. Utvecklingen är fortfarande i ett tidigt skede och kopplingen mellan materialegenskaper och prestanda är ännu inte fullt klarlagd. Restspänningar är en viktig parameter för prestanda, men traditionella tekniker har ofta stora osäkerheter och kan inte enkelt mäta spänningsgradienter. Genom att kombinera synkrotron-nanodiffraktion och skärtester underlättas utveckling och tillverkning av skärningsverktyg med hög prestanda.
Upplägg och genomförande: Skikt deponerade med olika processparametrar kommer att undersökas med hjälp av nanodiffraktion på MAX IV. Proven förbereds med avancerade tekniker (fokuserad jonstråle) och genom att bestämma töjningar inuti materialet utifrån uppmätta gitterparametrar kan restspänningarna beräknas. Då strålen är mycket mindre än tjockleken på skiktet går det att mäta hur spänningarna ändras genom skiktet tjocklek med en upplösning på ca 50 nm. Restspänningstillstånden som funktion av processparametrar kommer att korreleras med skärtester från Sandvik för att förklara skärprestanda.