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物理气相沉积技术的制备、性能及应用
来源: | 作者:admin | 发布时间: 2024-04-07 | 56 次浏览 | 分享到:


物理气相沉积技术不仅可以沉积金属膜、合金膜 ,还可以沉积化合物 、陶瓷 、半导体 、聚合物膜等,是具有广泛应用前景的新材料制造技术。采用此技术制备的超硬薄膜不仅具有超高硬度,且超薄、耐高温、无污染、几乎零排放,适合于工具 、零件和摩擦磨损件表面的耐磨损、抗氧化、防腐蚀、自润滑等特殊性能要求,是现代表面工程技术中最有发展前途和应用价值的一种技术。




物理气相沉积种类

这些过程一般需要在高真空和200~500℃的温度范围内进行。在PVD过程中,粒子通过物理方式堆积在工件上,而不是像化学气相沉积那样通过化学反应的方式。



真空镀膜

在真空蒸镀过程中,金属在真空状态下高温蒸发并沉积在基板上,为了提高结合力基板通常处于室温或稍高于室温,可以实现均匀厚度的涂层,甚至在复杂外形表面上也能达到。在电弧蒸镀法中(PV/ARC),涂层材料(阴极)被多个电弧蒸发器通过局部电弧蒸发(图)。


物理气相沉积工艺示意图


电弧产生高活性包含镀层材料的等离子体,在基板上富集并沉积。该工艺可以用于高温、电子、光学的抗氧化功能涂料和硬件、电器和珠宝等的装饰。脉冲激光和电子束沉积是较新的方式,涉及能量束轰击靶材的过程。

溅射

溅射过程中,惰性气体(通常是氩气)被电场电离,正离子轰击出涂层材料(阴极)原子。原子沉积在工件表面,加热工件表面以提高结合力(图)。



溅射工艺示意图


在活性溅射中,用活性气体(如氧气)取代惰性气体,在这种情况下,原子被氧化沉积氧化物。碳化物和氮化物也可通过活性溅射沉积。另外,通过活性气体引发等离子体的聚合反应,可以在金属和聚合物基板上沉积非常薄的聚合物涂层。射频溅射(RF)用于绝缘材料,如电绝缘体和半导体器件。

离子镀

离子镀是一个通用术语,用于描述溅射和真空蒸发的各种组合过程。电场导致辉光放电,产生等离子体(图)



离子镀装置示意图


被蒸发的原子只有部分电离。离子束辅助沉积能够获得超薄的薄膜,用于半导体、摩擦学和光学应用。大型部件可以在大型真空腔内,使用大电流电源15kW,施加100000V电压施镀。

双离子束沉积是混合涂层技术,在物理沉积(PVD)的同时进行离子束轰击,使其在金属、陶瓷和聚合物表面上有较好的附着力。其应用实例包括陶瓷轴承和牙科仪器等。

常见的PVD应用


  • 彩色PVD涂层——增强产品的耐用性、美感和价值

  • 高性能涂层——耐热/耐冷/耐压/耐水垢/耐腐蚀、生物相容性

  • 类金刚石碳——最大限度地提高耐用性、减少摩擦或改善外观

  • PVD 镀铬替代品 一种美观、耐用且安全的硬铬替代品

  • 铜涂层——铜可用于其独特的外观和抗菌性能 

  • 家居产品:涂有 PVD 薄膜以改变颜色和耐用性。

  • 建筑装因物理气相沉积技术具有沉积过程易于操作,膜层的成分易于控制,不存在废水、废气、废渣的污染等特点,目前,这一技术在建筑装饰中得到广泛应用。

  • 汽车:PVD 涂层可以让发动机零件和传动系统部件使用寿命更长,由于摩擦力更低、运行效率更高、耐高温和耐腐蚀。

  • 医疗设备:医疗设备需要基材不具备的特性,如:出色的硬度和韧性、生物相容性、低摩擦系数以及与清洁剂和其他溶剂的相容性。

PVD涂层技术作为材料科学的一个重要组成部分得到了人们的广泛重视和研究。由于其出色的耐磨和耐腐蚀性能,PVD涂层过程在工业、非工业和化妆品应用中很常见。在现代制造业中,PVD是非常重要的表面处理工艺。


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