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0510-88276101PVD技術(shù)的發(fā)展及工作原理
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一、真空涂層技術(shù)起步時(shí)間不長(zhǎng)，國(guó)際上在上世紀(jì)六十年代才出現(xiàn)將CVD(化學(xué)氣相沉積)技術(shù)應(yīng)用于硬質(zhì)合金刀具上。由于 該技術(shù)需在高溫下進(jìn)行(工藝溫度高于 1000oC)，涂層種類單一，局限性很大，因此，其發(fā)展初期未免差強(qiáng)人意。
二、到了上世紀(jì)七十年代末，開(kāi)始出現(xiàn) PVD技術(shù)，為真空涂層開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)充滿燦爛前景的新天地，之后在短短的二、三十年間PVD 涂層技術(shù)得到迅猛發(fā)展，究其原因，是因?yàn)槠湓谡婵彰芊獾那惑w內(nèi)成膜，幾乎無(wú)任何環(huán)境污染問(wèn)題，有利于環(huán)保；因?yàn)槠淠艿玫焦饬?、華貴的表面，在顏色上，成熟的有七彩色、銀色、透明色、金黃色、黑色、灰黑色、玫瑰金色、古銅色、藍(lán)色等各種顏色，可謂五彩繽紛，能夠滿足裝飾性的各種需要；又由于 PVD 技術(shù)，可以輕松得到其他方法難以獲得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂層、復(fù)合涂層，應(yīng)用在工裝、模具上面，可以使壽命成倍提高，較好地實(shí)現(xiàn)了低成本、高效益的效果；此外， PVD 涂層技術(shù)具有低溫、高能兩個(gè)特點(diǎn)，幾乎可以在任何基材上成膜，因此，應(yīng)用范圍十分廣闊，其發(fā)展神速也就不足為奇。真空涂層技術(shù)發(fā)展到了現(xiàn)在還出現(xiàn)了PCVD(物理化學(xué)氣相沉積)、MT-CVD(中溫化學(xué)氣相沉積)等新技術(shù)，各種涂層設(shè)備、各種涂層工藝層出不窮，如今在這一領(lǐng)域中，已呈現(xiàn)出百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的喜人景象。
三、PVD (Physical Vapor Deposition) ，分為：真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜。我們通常所說(shuō)的PVD鍍膜 ，指的就是真空離子鍍膜；通常說(shuō)的NCVM鍍膜，就是指真空蒸發(fā)鍍膜和真空濺射鍍。
四、真空蒸鍍基本原理：在真空條件下，使金屬、金屬合金等蒸發(fā)，然后沉積在基體表面上，蒸發(fā)的方法常用電阻加熱，電子束轟擊鍍料，使蒸發(fā)成氣相，然后沉積在基體表面，歷史上，真空蒸鍍是PVD法中使用較早的技術(shù)。
五、濺射鍍膜基本原理：充氬(Ar)氣的真空條件下，使氬氣進(jìn)行輝光放電，這時(shí)氬(Ar)原子電離成氬離子(Ar )，氬離子在電場(chǎng)力的作用下，加速轟擊以鍍料制作的陰極靶材，靶材會(huì)被濺射出來(lái)而沉積到工件表面。 濺射鍍膜中的入射離子，一般采用輝光放電獲得，在l0-2Pa～10Pa范圍，所以濺射出來(lái)的粒子在飛向基體過(guò)程中，易和真空室中的氣體分子發(fā)生碰撞，使運(yùn)動(dòng)方向隨機(jī)，沉積的膜易于均勻。
六、離子鍍基本原理：在真空條件下，采用某種等離子體電離技術(shù)，使鍍料原子部分電離成離子，同時(shí)產(chǎn)生許多高能量的中性原子，在被鍍基體上加負(fù)偏壓。這樣在深度負(fù)偏壓的作用下，離子沉積于基體表面形成薄膜。
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七、離子鍍的工藝過(guò)程：蒸發(fā)料的粒子作為帶正電荷的高能離子在高壓陰極（即工件）的吸引下，以很高的速度注入到工件表面。
八、離子鍍的作用過(guò)程如下：
蒸發(fā)源接陽(yáng)極，工件接陰極，當(dāng)通以三至五千伏高壓直流電以后，蒸發(fā)源與工件之間產(chǎn)生輝光放電。由于真空罩內(nèi)充有惰性氬氣，在放電電場(chǎng)作用下部分氬氣被電離，從而在陰極工件周圍形成一等離子暗區(qū)。帶正電荷的氬離子受陰極負(fù)高壓的吸引，猛烈地轟擊工件表面，致使工件表層粒子和臟物被轟濺拋出，從而使工件待鍍表面得到了充分的離子轟擊清洗。隨后，接通蒸發(fā)源交流電源，蒸發(fā)料粒子熔化蒸發(fā)，進(jìn)入輝光放電區(qū)并被電離。帶正電荷的蒸發(fā)料離子，在陰極吸引下，隨同氬離子一同沖向工件，當(dāng)拋鍍于工件表面上的蒸發(fā)料離子超過(guò)濺失離子的數(shù)量時(shí)，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。這就是離子鍍的簡(jiǎn)單作用過(guò)程。
PVD技術(shù)四個(gè)工藝步驟
(1)清洗工件：接通直流電源，氬氣進(jìn)行輝光放電為氬離子，氬離子轟擊工件表面，工件表層粒子和臟物被轟濺拋出；
(2)鍍料的氣化：即通入交流電后，使鍍料蒸發(fā)氣化。
(3)鍍料離子的遷移：由氣化源供出原子、分子或離子經(jīng)過(guò)碰撞以及高壓電場(chǎng)后，高速?zèng)_向工件；
(4)鍍料原子、分子或離子在基體上沉積：工件表面上的蒸發(fā)料離子超過(guò)濺失離子的數(shù)量時(shí)，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。
離子鍍時(shí)，蒸發(fā)料粒子電離后具有三千到五千電子伏特的動(dòng)能，高速轟擊工件時(shí)，不但沉積速度快，而且能夠穿透工件表面，形成一種注入基體很深的擴(kuò)散層，離子鍍的界面擴(kuò)散深度可達(dá)四至五微米，也就是說(shuō)比普通真空鍍膜的擴(kuò)散深度要深幾十倍，甚至上百倍，因而彼此粘附得特別牢。
九、PVD 涂層的基本概念及其特點(diǎn)： PVD 是英文“Physical Vapor Deposition”的縮寫(xiě)形式，一般有真空蒸鍍、濺射鍍膜、離子鍍等。
較為成熟的PVD 方法主要有多弧鍍與磁控濺射鍍兩種方式。多弧鍍?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作。它的離子蒸發(fā)源靠電焊機(jī)電源供電即可工作，其引弧的過(guò)程也與電焊類似，具體地說(shuō)，在一定工藝氣壓下，引弧針與蒸發(fā)離子源短暫接觸，斷開(kāi)，使氣體放電。由于多弧鍍的成因主要是借助于不斷移動(dòng)的弧斑，在蒸發(fā)源表面上連續(xù)形成熔池，使金屬蒸發(fā)后，沉積在基體上而得到薄膜層的，與磁控濺射相比，它不但有靶材利用率高，更具有金屬離子離化率高，薄膜與基體之間結(jié)合力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。此外，多弧鍍涂層顏色較為穩(wěn)定，尤其是在做 TiN 涂層時(shí)，每一批次均容易得到相同穩(wěn)定的金黃色，令磁控濺射法望塵莫及。多弧鍍的不足之處是，在用傳統(tǒng)的 DC電源做低溫涂層條件下，當(dāng)涂層厚度達(dá)到0.3μm時(shí)，沉積率與反射率接近，成膜變得非常困難，薄膜表面會(huì)漸漸變朦，而且膜層結(jié)構(gòu)也會(huì)變差、表面變得粗糙，所以多弧鍍的膜層太厚也不好。
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二、到了上世紀(jì)七十年代末，開(kāi)始出現(xiàn) PVD技術(shù)，為真空涂層開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)充滿燦爛前景的新天地，之后在短短的二、三十年間PVD 涂層技術(shù)得到迅猛發(fā)展，究其原因，是因?yàn)槠湓谡婵彰芊獾那惑w內(nèi)成膜，幾乎無(wú)任何環(huán)境污染問(wèn)題，有利于環(huán)保；因?yàn)槠淠艿玫焦饬?、華貴的表面，在顏色上，成熟的有七彩色、銀色、透明色、金黃色、黑色、灰黑色、玫瑰金色、古銅色、藍(lán)色等各種顏色，可謂五彩繽紛，能夠滿足裝飾性的各種需要；又由于 PVD 技術(shù)，可以輕松得到其他方法難以獲得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂層、復(fù)合涂層，應(yīng)用在工裝、模具上面，可以使壽命成倍提高，較好地實(shí)現(xiàn)了低成本、高效益的效果；此外， PVD 涂層技術(shù)具有低溫、高能兩個(gè)特點(diǎn)，幾乎可以在任何基材上成膜，因此，應(yīng)用范圍十分廣闊，其發(fā)展神速也就不足為奇。真空涂層技術(shù)發(fā)展到了現(xiàn)在還出現(xiàn)了PCVD(物理化學(xué)氣相沉積)、MT-CVD(中溫化學(xué)氣相沉積)等新技術(shù)，各種涂層設(shè)備、各種涂層工藝層出不窮，如今在這一領(lǐng)域中，已呈現(xiàn)出百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的喜人景象。
三、PVD (Physical Vapor Deposition) ，分為：真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜。我們通常所說(shuō)的PVD鍍膜 ，指的就是真空離子鍍膜；通常說(shuō)的NCVM鍍膜，就是指真空蒸發(fā)鍍膜和真空濺射鍍。
四、真空蒸鍍基本原理：在真空條件下，使金屬、金屬合金等蒸發(fā)，然后沉積在基體表面上，蒸發(fā)的方法常用電阻加熱，電子束轟擊鍍料，使蒸發(fā)成氣相，然后沉積在基體表面，歷史上，真空蒸鍍是PVD法中使用較早的技術(shù)。
五、濺射鍍膜基本原理：充氬(Ar)氣的真空條件下，使氬氣進(jìn)行輝光放電，這時(shí)氬(Ar)原子電離成氬離子(Ar )，氬離子在電場(chǎng)力的作用下，加速轟擊以鍍料制作的陰極靶材，靶材會(huì)被濺射出來(lái)而沉積到工件表面。 濺射鍍膜中的入射離子，一般采用輝光放電獲得，在l0-2Pa～10Pa范圍，所以濺射出來(lái)的粒子在飛向基體過(guò)程中，易和真空室中的氣體分子發(fā)生碰撞，使運(yùn)動(dòng)方向隨機(jī)，沉積的膜易于均勻。
六、離子鍍基本原理：在真空條件下，采用某種等離子體電離技術(shù)，使鍍料原子部分電離成離子，同時(shí)產(chǎn)生許多高能量的中性原子，在被鍍基體上加負(fù)偏壓。這樣在深度負(fù)偏壓的作用下，離子沉積于基體表面形成薄膜。
七、離子鍍的工藝過(guò)程：蒸發(fā)料的粒子作為帶正電荷的高能離子在高壓陰極（即工件）的吸引下，以很高的速度注入到工件表面。
八、離子鍍的作用過(guò)程如下：
蒸發(fā)源接陽(yáng)極，工件接陰極，當(dāng)通以三至五千伏高壓直流電以后，蒸發(fā)源與工件之間產(chǎn)生輝光放電。由于真空罩內(nèi)充有惰性氬氣，在放電電場(chǎng)作用下部分氬氣被電離，從而在陰極工件周圍形成一等離子暗區(qū)。帶正電荷的氬離子受陰極負(fù)高壓的吸引，猛烈地轟擊工件表面，致使工件表層粒子和臟物被轟濺拋出，從而使工件待鍍表面得到了充分的離子轟擊清洗。隨后，接通蒸發(fā)源交流電源，蒸發(fā)料粒子熔化蒸發(fā)，進(jìn)入輝光放電區(qū)并被電離。帶正電荷的蒸發(fā)料離子，在陰極吸引下，隨同氬離子一同沖向工件，當(dāng)拋鍍于工件表面上的蒸發(fā)料離子超過(guò)濺失離子的數(shù)量時(shí)，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。這就是離子鍍的簡(jiǎn)單作用過(guò)程。
PVD技術(shù)四個(gè)工藝步驟
(1)清洗工件：接通直流電源，氬氣進(jìn)行輝光放電為氬離子，氬離子轟擊工件表面，工件表層粒子和臟物被轟濺拋出；
(2)鍍料的氣化：即通入交流電后，使鍍料蒸發(fā)氣化。
(3)鍍料離子的遷移：由氣化源供出原子、分子或離子經(jīng)過(guò)碰撞以及高壓電場(chǎng)后，高速?zèng)_向工件；
(4)鍍料原子、分子或離子在基體上沉積：工件表面上的蒸發(fā)料離子超過(guò)濺失離子的數(shù)量時(shí)，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。
離子鍍時(shí)，蒸發(fā)料粒子電離后具有三千到五千電子伏特的動(dòng)能，高速轟擊工件時(shí)，不但沉積速度快，而且能夠穿透工件表面，形成一種注入基體很深的擴(kuò)散層，離子鍍的界面擴(kuò)散深度可達(dá)四至五微米，也就是說(shuō)比普通真空鍍膜的擴(kuò)散深度要深幾十倍，甚至上百倍，因而彼此粘附得特別牢。
九、PVD 涂層的基本概念及其特點(diǎn)： PVD 是英文“Physical Vapor Deposition”的縮寫(xiě)形式，一般有真空蒸鍍、濺射鍍膜、離子鍍等。
較為成熟的PVD 方法主要有多弧鍍與磁控濺射鍍兩種方式。多弧鍍?cè)O(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易操作。它的離子蒸發(fā)源靠電焊機(jī)電源供電即可工作，其引弧的過(guò)程也與電焊類似，具體地說(shuō)，在一定工藝氣壓下，引弧針與蒸發(fā)離子源短暫接觸，斷開(kāi)，使氣體放電。由于多弧鍍的成因主要是借助于不斷移動(dòng)的弧斑，在蒸發(fā)源表面上連續(xù)形成熔池，使金屬蒸發(fā)后，沉積在基體上而得到薄膜層的，與磁控濺射相比，它不但有靶材利用率高，更具有金屬離子離化率高，薄膜與基體之間結(jié)合力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。此外，多弧鍍涂層顏色較為穩(wěn)定，尤其是在做 TiN 涂層時(shí)，每一批次均容易得到相同穩(wěn)定的金黃色，令磁控濺射法望塵莫及。多弧鍍的不足之處是，在用傳統(tǒng)的 DC電源做低溫涂層條件下，當(dāng)涂層厚度達(dá)到0.3μm時(shí)，沉積率與反射率接近，成膜變得非常困難，薄膜表面會(huì)漸漸變朦，而且膜層結(jié)構(gòu)也會(huì)變差、表面變得粗糙，所以多弧鍍的膜層太厚也不好。
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