Применение ионно-плазменных и лучевых технологий для изготовления прецизионных деталей

Современное приборостроение и микроэлектроника предъявляют всё более жёсткие требования к точности и качеству поверхностей прецизионных деталей. Параметры микронного и нанометрового уровня, многослойные покрытия и новые конструкционные материалы требуют особых способов обработки. В этом контексте ионно-плазменные и лучевые технологии играют ключевую роль [1-3]. Они позволяют формировать тонкоплёночные покрытия и микроструктуры с высокой степенью контроля состава и формы, улучшая эксплуатационные характеристики изделий. Рынок ионно-лучевых технологий демонстрирует динамичный рост: по данным аналитиков, мировой рынок технологий ионных лучей оценивался в $563,04 млн в 2024 г. и прогнозируется около $601,33 млн в 2025 г. (CAGR ~6,8%). Рост спроса стимулируют развитие микроэлектроники, телекоммуникаций и аэрокосмической отрасли, где востребованы точные методы напыления и обработки поверхностей. Настоящая работа обобщает состояние исследований и практики в ионно-плазменных и лучевых технологиях на 2024–2025 гг., раскрывая принципы процессов, современные установки и методы контроля качества, а также примеры новейших приложений [2].

Ионно-плазменные методы включают широкий класс процессов для модификации поверхностей и нанесения покрытий. К ключевым относятся магнетронное распыление, ионное напыление (дуговое напыление, катодно-дуговая технология), ионно-плазменное легирование и нитрование, а также плазменное осаждение реактивных покрытий (PECVD) [3]. Они протекают в условиях вакуума или контролируемой атмосферы, что исключает окисление и посторонние примеси. Пульсирующие или постоянные разряды генерируют плазму, ионы которой бомбардируют поверхность заготовки или мишень.

При магнетронном распылении под действием магнитного поля создаётся высокоплотная плазма, что позволяет эффективно «содрать» атомы мишени и осадить их на деталь. Катодно-дуговая технология (ионизация за счет дуги между мишенью и заготовкой) обеспечивает высокую энергию частиц и наносит прочные износостойкие покрытия (например, TiN, CrN). Реактивное осаждение с вводом газообразных реагентов (азот, кислород и пр.) даёт возможность формировать композиционные и стехиометрические плёнки. Так, применение мишеней сложного состава в реактивном режиме позволяет получать покрытия заданного химического состава. Ионно-плазменное легирование (имплантация ионов, плазменное нитрование) используют для локального изменения состава и структуры поверхностного слоя, улучшая твёрдость и износостойкость заготовок [4-6].