鍍膜工藝技術分類

薄膜工藝技術包括: 物理氣相沉積(蒸發、濺射、離子鍍、電弧鍍、等離子鍍)和化學氣相沉積。寶雞天博金屬材料有限公司生產所用的技術是物理氣相沉積Physical Vapor Deposition(簡稱PVD)。

1）真空蒸發鍍膜

電阻加熱蒸發和電子束加熱蒸發

a. 基本原理:

把待鍍膜的基片或工件置于高真空室內,通過加熱使成膜材料氣化(或升華)而淀積到基片或工件表面上,從而形成一層薄膜的工藝過程.

b. 蒸發源的類型:

c. 影響薄膜質量的因素:

1.基片的位置

基片置于合適的位置是獲得均勻薄膜的前提條件.

2.壓強的大小. 為了保證膜層質量,壓強應盡可能低Pr≦(Pa)

L表示蒸發源到基片的距離為L(cm)。

3.蒸發速率.蒸發速率小時,沉積的膜料原子(或分子)上立刻吸附氣體分子,因而形成的膜層結構疏松,顆粒粗大,缺陷多;反之,膜層結構均勻致密,機械強度高,膜層內應力大.

4.基片的溫度.在通常情況下,基片溫度高時,吸附原子的動能隨之增大,形成的薄膜容易結晶化,并使晶格缺陷減少;基片溫度低時,則沒有足夠大的能量供給吸附原子,因而容易形成無定形態薄膜.

2) 磁控濺射鍍膜

磁控濺射是70年代在陰極濺射的基礎上發展起來的一種新型濺射鍍膜法,由于它有效地克服了陰極濺射速率低和電子使基片溫度升高的致命弱點,因此獲得了迅速的發展和廣泛的應用.

1. 磁控濺射:

離子轟擊靶材將靶面原子擊出的現象稱為濺射.濺射產生的原子沉積在基體(工件)表面即實現濺射鍍膜.

磁控濺射的基本原理:

磁控濺射是在濺射區加了與電場方向垂直的磁場,處于正交電場區E和磁場B中的電子的運動方程,即電子以輪擺線的形式沿著靶表面向垂直于E、B平行的方向前行,從而大大地延長了電子的行程,增加了電子與氣體分子的碰撞幾率,提高了電離效率.于是,二次電子在跑道磁場的控制下,可將其能量全部用于電離,當其能量耗盡之后,才被陽極(機殼)吸收.

離子轟擊靶面除擊出原子外,還擊出電子,稱為二次電子.這些電子被電場加速獲得能量后,再與氣體原子或分子發生碰撞即使其電離,從而使等離子體得以維持.

磁控濺射是在靶面加上跑道磁場以控制電子的運動,延長其在靶面附近的行程,以提高等離子體密度,因而濺射鍍膜速率大為提高.

二次電子產額:

二次電子產額是指每個轟擊靶材的離子所擊出的二次電子數目.理論分析認為,離子能量低于500eV(實際上低于1000eV)時,金屬靶材的二次電子產額與離子能量無關.

濺射產額:

濺射產額是指每個轟擊靶材的離子所擊出的靶材原子數目.它與轟擊粒子的類型、能量和入射角有關.磁控濺射的工作電壓為200~500V,這就決定了轟擊靶材的離子能量最高為500eV,被加速的氬離子是垂直于靶材入射的.

入射離子與材料的相互作用:

載能離子與靶材表面相互作用的結果是產生:

a. 表面粒子:濺射原子、背返射原子、解吸附雜質原子、二次電子.

b. 表面理化現象:清洗、刻蝕、化學反應.

c. 材料表面層的點缺陷、線缺陷、熱釘、碰撞級聯、離子注入、非晶態和化合物.