真空鍍膜技術(shù)簡(jiǎn)稱PVD,在真空條件下,采用物理方法,使材料源表面氣化成原子、分子或離子,在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。真空鍍膜設(shè)備鍍膜技術(shù)主要分為蒸鍍、濺射和離子鍍?nèi)箢?。而蒸發(fā)鍍膜技術(shù)也分為三種,電阻蒸發(fā),電子束蒸發(fā),感應(yīng)加熱蒸發(fā)。

真空鍍膜設(shè)備鍍膜技術(shù)大方向來分有三種,蒸發(fā)鍍膜技術(shù),離子鍍膜技術(shù),磁控濺射鍍膜設(shè)備,每種鍍膜技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),鍍制不同的基材,不同的靶材,選擇的鍍膜技術(shù)是不相同的。

電阻蒸發(fā)鍍膜技術(shù)采用電阻加熱蒸發(fā)源的蒸發(fā)鍍膜技術(shù),一般用于蒸發(fā)低熔點(diǎn)材料,如鋁、金、銀、硫化鋅、氟化鎂、三氧化二鉻等;加熱電阻一般采用鎢、鉬、鉭等。奇優(yōu)點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低。缺點(diǎn)材料易與坩堝反應(yīng),影響薄膜純度,不能蒸鍍高熔點(diǎn)的介電薄膜;蒸發(fā)率低。

電阻蒸發(fā)鍍

電子束蒸發(fā),利用高速電子束加熱使材料汽化蒸發(fā),在基片表面凝結(jié)成膜的技術(shù)。電子束熱源的能量密度可達(dá)104-109w/cm2,可達(dá)到3000℃以上,可蒸發(fā)高熔點(diǎn)的金屬或介電材料如鎢、鉬、鍺、SiO2、AL2O3等。電子束蒸發(fā)的主要原理:高真空環(huán)境下,通過電子槍發(fā)出的高能電子,在電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下,電子轟擊靶材表面使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能,靶材升溫,變成熔融狀態(tài)或者直接蒸發(fā)出去,在襯底表面沉積成薄膜。

電子束加熱的蒸鍍?cè)从兄睒屝碗娮訕尯蚭型電子槍兩種(也有環(huán)行),電子束自源發(fā)出,用磁場(chǎng)線圈使電子束聚焦和偏轉(zhuǎn),對(duì)膜料進(jìn)行轟擊和加熱。其優(yōu)點(diǎn)可蒸發(fā)任何材料,薄膜純度高,直接作用于材料表面,熱效率高。缺點(diǎn)電子槍結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高,化合物沉積時(shí)易分解,化學(xué)比失調(diào)。

感應(yīng)加熱蒸發(fā),利用高頻電磁場(chǎng)感應(yīng)加熱,使材料汽化蒸發(fā)在基片表面凝結(jié)成膜的技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)蒸發(fā)速率大,可比電阻蒸發(fā)源大10倍左右,蒸發(fā)源的溫度穩(wěn)定,不易產(chǎn)生飛濺現(xiàn)象,坩堝溫度較低,坩堝材料對(duì)膜導(dǎo)污染較少。其缺點(diǎn)蒸發(fā)裝置必須屏蔽,造價(jià)高、設(shè)備復(fù)雜。發(fā)真空鍍膜設(shè)備這三種蒸發(fā)鍍膜技術(shù)雖然原理都是一樣,都是通過高溫蒸發(fā)材質(zhì)汽化的方式鍍膜,但是所應(yīng)用的環(huán)境卻不一樣,鍍的膜材和基材也有不同的要求。高頻感應(yīng)加熱蒸發(fā)是將裝有鍍膜材料的坩堝放置在高頻螺旋線圈的中心,使鍍膜材料在高頻電磁場(chǎng)的感應(yīng)下產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流電流和磁滯效應(yīng),致使膜層升溫,直至氣化蒸發(fā)。蒸發(fā)源一般有水冷高頻線圈和石墨或者陶瓷(氧化鎂、氧化鋁、氧化硼等)坩堝組成。高頻電源采用的頻率為1萬至幾十萬赫茲,輸入功率為幾至幾百千瓦,膜材體積越小,感應(yīng)頻率越高。感應(yīng)線圈頻率通常用水冷銅管制造。高頻感應(yīng)加熱蒸發(fā)方法的缺點(diǎn)是不易對(duì)輸入功率進(jìn)行微調(diào),它有下述優(yōu)點(diǎn): 1、蒸發(fā)速率大:2、蒸發(fā)源溫度均勻穩(wěn)定,不易產(chǎn)生鍍料液滴飛濺的現(xiàn)象3、蒸發(fā)源一次裝料,溫度控制比較容易,操作簡(jiǎn)單。

磁控濺射鍍膜優(yōu)勢(shì)介紹

磁控濺射工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是可以使用反應(yīng)性或非反應(yīng)性鍍膜工藝來沉積這些材料的膜層,并且可以很好地控制膜層成分、膜厚、膜厚均勻性和膜層機(jī)械性能等,因此市面上鍍制膜層,對(duì)膜層要求比較高,幾乎都采用磁控濺射鍍膜技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

磁控濺射鍍膜技術(shù)有一下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)

1.沉積速率大。由于采用高速磁控電極,可獲得的離子流很大,有效提高了此工藝鍍膜過程的沉積速率和濺射速率。與其它濺射鍍膜工藝相比,磁控濺射的產(chǎn)能高、產(chǎn)量大、于各類工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

2.功率效率高。磁控濺射靶一般選擇200V-1000V范圍之內(nèi)的電壓,通常為600V,因?yàn)?00V的電壓剛好處在功率效率的最高有效范圍之內(nèi)。濺射能量低。磁控靶電壓施加較低,磁場(chǎng)將等離子體約束在陰極附近,可防止較高能量的帶電粒子入射到基材上。

3.基片溫度低。可利用陽極導(dǎo)走放電時(shí)產(chǎn)生的電子,而不必借助基材支架接地來完成,可以有效減少電子轟擊基材,因而基材的溫度較低,非常適合一些不太耐高溫的塑料基材鍍膜。磁控濺射靶表面不均勻刻蝕。磁控濺射靶表面刻蝕不均是由靶磁場(chǎng)不均所導(dǎo)致,靶的局部位置刻蝕速率較大,使靶材有效利用率較低(僅20%-30%的利用率)。因此,想要提高靶材利用率,需要通過一定手段將磁場(chǎng)分布改變,或者利用磁鐵在陰極中移動(dòng),也可提高靶材利用率。

4.復(fù)合靶?？芍谱鲝?fù)合靶鍍合金膜,目前,采用復(fù)合磁控靶濺射工藝已成功鍍上了Ta-Ti合金、(Tb-Dy)-Fe以及Gb-Co合金膜。復(fù)合靶的結(jié)構(gòu)有四種,分別是圓塊鑲嵌靶、方塊鑲嵌靶、小方塊鑲嵌靶以及扇形鑲嵌靶,其中以扇形鑲嵌靶結(jié)構(gòu)的使用效果為佳。5.應(yīng)用范圍廣。磁控濺射工藝可沉積元素有很多,常見的有:Ag、Au、C、Co、Cu、Fe、Ge、Mo、Nb、Ni、Os、Cr、Pd、Pt、Re、Rh、Si、Ta、Ti、Zr、SiO、AlO、GaAs、U、W、SnO等。

真空離子鍍膜技術(shù)真空離子鍍膜技術(shù)(簡(jiǎn)稱離子鍍)最早由D.M.Mattox于1963年提出并付諸實(shí)踐,是蒸發(fā)和濺射相結(jié)合的一種鍍膜技術(shù)。它以離子的轟擊為基礎(chǔ),通過將被鍍膜材料或工件加熱到熔融狀態(tài),利用高能離子轟擊將化學(xué)沉積的金屬或半導(dǎo)體薄膜沉積到基底表面,從而獲得具有特定結(jié)構(gòu)和性能的薄膜的技術(shù)。離子鍍膜的作用過程是將蒸發(fā)源接陽極,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)生弧光放電。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。離子鍍的鍍層組織致密、無針孔、無氣泡、厚度均勻,這種方法非常適合于鍍復(fù)零件上的內(nèi)孔、凹槽和窄縫等其他方法難鍍的部位,且不致形成金屬瘤。由于這種工藝方法還能修補(bǔ)工件表面的微小裂紋和麻點(diǎn)等缺陷,故可有效地改善被鍍零件的表面質(zhì)量和物理機(jī)械性能。疲勞試驗(yàn)表明,如果處理得當(dāng),工件疲勞壽命可比鍍前提高20%~30%。

陰極電弧離子鍍

真空離子鍍材料選擇

離子鍍應(yīng)用廣泛,可以用于日常用品、工藝品、航天航空以及光學(xué)器件等各類工業(yè)產(chǎn)品的覆鍍。主要包括:

金屬材料:如銅、銀、金、鉻、鎳、鈷等。 陶瓷材料:如氧化鋁、氧化鋯等。塑料材料:如聚酰胺、聚碳酸酯等。玻璃材料:如玻璃、石英等。半導(dǎo)體材料:如硅、鍺等。需要注意的是,離子鍍的材料選擇與性能表現(xiàn)之間存在一定的關(guān)系,因此需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的材料進(jìn)行處理。