鍍膜工藝技術(shù)分類

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

1）真空蒸發(fā)鍍膜

電阻加熱蒸發(fā)和電子束加熱蒸發(fā)

a. 基本原理:

把待鍍膜的基片或工件置于高真空室內(nèi),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(fā)源的類型:

c. 影響薄膜質(zhì)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(qiáng)的大小. 為了保證膜層質(zhì)量,壓強(qiáng)應(yīng)盡可能低Pr≦(Pa)

L表示蒸發(fā)源到基片的距離為L(cm)。

3.蒸發(fā)速率.蒸發(fā)速率小時(shí),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(jié)構(gòu)疏松,顆粒粗大,缺陷多;反之,膜層結(jié)構(gòu)均勻致密,機(jī)械強(qiáng)度高,膜層內(nèi)應(yīng)力大.

4.基片的溫度.在通常情況下,基片溫度高時(shí),吸附原子的動(dòng)能隨之增大,形成的薄膜容易結(jié)晶化,并使晶格缺陷減少;基片溫度低時(shí),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(tài)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(chǔ)上發(fā)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(diǎn),因此獲得了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用.

1. 磁控濺射:

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

磁控濺射的基本原理:

磁控濺射是在濺射區(qū)加了與電場方向垂直的磁場,處于正交電場區(qū)E和磁場B中的電子的運(yùn)動(dòng)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(dāng)其能量耗盡之后,才被陽極(機(jī)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(fā)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(yùn)動(dòng),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(chǎn)額:

二次電子產(chǎn)額是指每個(gè)轟擊靶材的離子所擊出的二次電子數(shù)目.理論分析認(rèn)為,離子能量低于500eV(實(shí)際上低于1000eV)時(shí),金屬靶材的二次電子產(chǎn)額與離子能量無關(guān).

濺射產(chǎn)額:

濺射產(chǎn)額是指每個(gè)轟擊靶材的離子所擊出的靶材原子數(shù)目.它與轟擊粒子的類型、能量和入射角有關(guān).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(jié)果是產(chǎn)生:

a. 表面粒子:濺射原子、背返射原子、解吸附雜質(zhì)原子、二次電子.

b. 表面理化現(xiàn)象:清洗、刻蝕、化學(xué)反應(yīng).

c. 材料表面層的點(diǎn)缺陷、線缺陷、熱釘、碰撞級聯(lián)、離子注入、非晶態(tài)和化合物.