(一)真空蒸鍍原理
(1) 真空蒸鍍是在真空條件下,將鍍料加熱并蒸發,使大量的原子、分子氣化并離開液體鍍料或離開固體鍍料表面(升華)。
(2)氣態的原子、分子在真空中經過很少的碰撞遷移到基體。
(3)鍍料原子、分子沉積在基體表面形成薄膜。
(二)蒸發源
將鍍料加熱到蒸發溫度并使之氣化,這種加熱裝置稱為蒸發源。最常用的蒸發源是電阻蒸發源和電子束蒸發源,特殊用途的蒸發源有高頻感應加熱、電弧加熱、輻射加熱、激光加熱蒸發源等。
(三)真空蒸鍍工藝實例 以塑料金屬化為例,真空蒸鍍工藝包括:鍍前處理、鍍膜及后處理。
真空蒸鍍的基本工藝過程如下:
(1)鍍前處理,包括清洗鍍件和預處理。具體清洗方法有清洗劑清洗、化學溶劑清洗、超聲波清洗和離子轟擊清洗等。具體預處理有除靜電,涂底漆等。
(2)裝爐,包括真空室清理及鍍件掛具的清洗,蒸發源安裝、調試、鍍件褂卡。
(3)抽真空,一般先粗抽至6.6Pa以上,更早打開擴散泵的前級維持真空泵,加熱擴散泵,待預熱足夠后,打開高閥,用擴散泵抽至6×10-3Pa半底真空度。
(4)烘烤,將鍍件烘烤加熱到所需溫度。
(5)離子轟擊,真空度一般在10Pa~10-1Pa,離子轟擊電壓200V~1kV負高壓,離擊時間為5min~30min,
(6)預熔,調整電流使鍍料預熔,除氣1min~2min。
(7)蒸發沉積,根據要求調整蒸發電流,直到所需沉積時間結束。
(8)冷卻,鍍件在真空室內冷卻到一定溫度。
(9)出爐,.取件后,關閉真空室,抽真空至l × l0-1Pa,擴散泵冷卻到允許溫度,才可關閉維持泵和冷卻水。
(10)后處理,涂面漆。 離子鍍技術最早在1963年由D.M.Mattox提出,1972年,Bunshah &Juntz推出活性反應蒸發離子鍍(AREIP),沉積TiN,TiC等超硬膜,1972年Moley&Smith發展完善了空心熱陰極離子鍍,l973年又發展出射頻離子鍍(RFIP)。20世紀80年代,又發展出磁控濺射離子鍍(MSIP)和多弧離子鍍(MAIP)。
(一) 離子鍍
離子鍍的基本特點是采用某種方法(如電子束蒸發磁控濺射,或多弧蒸發離化等)使中性粒子電離成離子和電子,在基體上必須施加負偏壓,從而使離子對基體產生轟擊,適當降低負偏壓后,使離子進而沉積于基體成膜。 離子鍍的優點如下:①膜層和基體結合力強。②膜層均勻,致密。③在負偏壓作用下繞鍍性好。④無污染。⑤多種基體材料均適合于離子鍍。
(二)反應性離子鍍
如果采用電子束蒸發源蒸發,在坩堝上方加20V~100V的正偏壓。在真空室中導人反應性氣體。如N2、O2、C2H2、CH4等代替Ar,或混入Ar,電子束中的高能電子(幾千至幾萬電子伏特),不僅使鍍料熔化蒸發,而且能在熔化的鍍料表面激勵出二次電子,這些二次電子在上方正偏壓作用下加速,與鍍料蒸發中性粒子發生碰撞而電離成離子,在工件表面發生離化反應,從而獲得氧化物(如TeO2:SiO2、Al2O3、ZnO、SnO2、Cr2O3、ZrO2、InO2等)。其特點是沉積率高,工藝溫度低。
(三)多弧離子鍍
多弧離子鍍又稱作電弧離子鍍,由于在陰極上有多個弧斑持續呈現,故稱作“多弧”。多弧離子鍍的主要特點如下: (1)陰極電弧蒸發離化源可從固體陰極直接產生等離子體,而不產生熔池,所以可以任意方位布置,也可采用多個蒸發離化源。 (2)鍍料的離化率高,一般達60%~90%,顯著提高與基體的結合力改善膜層的性能。 (3)沉積速率高,改善鍍膜的效率。 (4)設備結構簡單,弧電源工作在低電壓大電流工況,工作較為安全。
英文指phisical vapor deposition 簡稱PVD.是鍍膜行業常用的術語.
PVD(物理氣相沉積)鍍膜技術主要分為三類,真空蒸發鍍膜、真空濺射鍍和真空離子鍍膜。對應于PVD技術的三個分類,相應的真空鍍膜設備也就有真空蒸發鍍膜機、真空濺射鍍膜機和真空離子鍍膜機這三種。
近十多年來,真空離子鍍膜技術的發展是最快的,它已經成為當今最先進的表面處理方式之一。我們通常所說的PVD鍍膜 ,指的就是真空離子鍍膜;通常所說的PVD鍍膜機,指的也就是真空離子鍍膜機。
物理氣相沉積(PVD)
物理氣相沉積是通過蒸發,電離或濺射等過程,產生金屬粒子并與反應氣體反應形成化合物沉積在工件表面。物理氣象沉積方法有真空鍍,真空濺射和離子鍍三種,應用較廣的是離子鍍。
離子鍍是借助于惰性氣體輝光放電,使鍍料(如金屬鈦)氣化蒸發離子化,離子經電場加速,以較高能量轟擊工件表面,此時如通入CO2,N2等反應氣體,便可在工件表面獲得TiC,TiN覆蓋層,硬度高達2000HV。離子鍍的重要特點是沉積溫度只有500℃左右,且覆蓋層附著力強,適用于高速鋼工具,熱鍛模等。