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物理氣相沉積技術(shù)基本原理可分三個工藝步驟:
(1)鍍料的氣化:即使鍍料蒸發(fā),異華或被濺射,也就是通過鍍料的氣化源。
(2)鍍料原子、分子或離子的遷移:由氣化源供出原子、分子或離子經(jīng)過碰撞后,產(chǎn)生多種反應(yīng)。
(3)鍍料原子、分子或離子在基體上沉積。
認識PVD物理氣相沉積技術(shù)
物理氣相沉積技術(shù)工藝過程簡單,對環(huán)境改善,無污染,耗材少,成膜均勻致密,與基體的結(jié)合力強。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、光學(xué)、機械、建筑、輕工、冶金、材料等領(lǐng)域,可制備具有耐磨、耐腐飾、裝飾、導(dǎo)電、絕緣、光導(dǎo)、壓電、磁性、潤滑、超導(dǎo)等特性的膜層。
化學(xué)氣相沉積的特點
化學(xué)氣相沉積工藝是,將加熱的模具暴露在發(fā)生反應(yīng)的混合氣氛(真空度≤1Pa)中,使氣體與模具表面發(fā)生反應(yīng),在模具表面上生成一層薄的固相沉積物,如金屬碳化物、氮化物、硼化物等。這里有兩個關(guān)鍵因素:
一是作為初始混合氣體氣相與基體固相界面的作用,也就是說,各種初始氣體之間在界面上的反應(yīng)來產(chǎn)生沉積,或是通過氣相的一個組分與基體表面之間的反應(yīng)來產(chǎn)生沉積。
二是沉積反應(yīng)必須在一定的能量條件下進行。一般情況下,產(chǎn)生氣相沉積的化學(xué)反應(yīng)必須有足夠高的溫度作為條件,在有些情況下,可以采用等離子體或激光輔助作為條件,降低沉積反應(yīng)的溫度。
CVD法具有如下特點:可在大氣或低于大氣壓下進行沉積金屬、合金、陶瓷和化合物涂層,能在形狀復(fù)雜的基體上或顆粒材料上沉積涂層。涂層的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)較易準確控制,也可制備具有成分梯度的涂層。
涂層與基體的結(jié)合力高,設(shè)備簡單操作方便,但它的處理溫度一般為900-1200℃,工件被加熱到如此高的溫度會產(chǎn)生以下問題:
(1)工件易變形,心部組織惡化,性能下降。
(2)有脫碳現(xiàn)象,晶粒長大,殘留奧氏體增多。
(3)形成ε相和復(fù)合碳化物。
(4)處理后的母材必須進行淬火和回火。
(5)不適用于低熔點的金屬材料。
PCVD工藝參數(shù)包括微觀參數(shù)和宏觀參數(shù)。微觀參數(shù)如電子能量、等離子體密度及分布函數(shù)、反應(yīng)氣體的離解度等。宏觀參數(shù)對于真空系統(tǒng)有,氣體種類、配比、流量、壓強、抽速等;對于基體來說有,沉積溫度、相對位置、導(dǎo)電狀態(tài)等;對于等離子體有,放電種類、頻率、電極結(jié)構(gòu)、輸進功率、電流密度、離子溫度等。以上這些參數(shù)都是相互聯(lián)系、相互影響的。