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離子鍍膜技術(shù)原理及工藝
(1-3)離子鍍技術(shù)簡介
王福貞
1 離子鍍技術(shù)的意義
離子鍍技術(shù)的意義是，在真空氣體放電環(huán)境中，從固態(tài)源獲得的膜層原子被電離成離子，在工件所施加負偏壓加速下，金屬離子始終以較高的能量達到工件形成金屬或化合物膜層。是物理氣相沉積技術(shù)中的核心技術(shù)
2 離子鍍膜技術(shù)的優(yōu)點
2.1 與真空蒸發(fā)鍍膜比較：
膜層組織緻密
膜層結(jié)構(gòu)可控
膜基結(jié)合力大
2.2 與磁控濺射鍍膜比較
沉積速率高
金屬離化率高，容易獲得化合物膜層
2.3 與化學氣相沉積比較
獲得金屬化合物膜層的溫度低
2.4 離子鍍技術(shù)有廣泛的應用前景
在工模具表面沉積硬質(zhì)塗層和在錶殼、錶帶、衛(wèi)生潔具、手機殼表面沉積裝飾鍍層。
3 離子鍍膜技術(shù)是物理氣相沉積技術(shù)中的核心技術(shù)的概論
3.1 氣相沉積分類
以沉積TiN為例介紹個技術(shù)特點：生成TiN的反應是如下：
TiCl4 + 1/2 N2 +2 H2―→TiN + 4HCl
化學氣相沉積技術(shù)——CVD：氣態(tài)源、高溫（600～1000℃）反應。熱能，硬質(zhì)合金；
物理氣相沉積技術(shù)——PVD：固態(tài)源、低溫（200～500℃）反應，等離子體能量，高速鋼；
物理氣相沉積技術(shù)——PCVD：氣態(tài)源、低溫（500～600℃）反應，等離子體能量，高速鋼。
3.2 物理氣相沉積技術(shù)分類
真空蒸發(fā)鍍——金屬熱蒸發(fā)汽化成原子，高真空度（10-3–10-4） Pa，工件不加負偏壓；
離子鍍技術(shù)——金屬熱蒸發(fā)汽化成原子，低真空度（1–10-1） Pa，工件加負偏壓，在等離子體中沉積；
磁控濺射鍍——氬離子陰極濺射出金屬原子，低真空度（10-1–10-2） Pa，工件加（或不加）負偏壓。在等離子體中沉積；
現(xiàn)將與沉積硬質(zhì)塗層相關(guān)的PVD技術(shù)的具體分類和放電方式、工藝特點列入表1中。離子鍍和磁控濺射鍍是工業(yè)生產(chǎn)的主流塗層技術(shù)，本節(jié)重點介紹離子鍍技術(shù)。
物理氣相沉積技術(shù)分類和特點
|
分 類 |
名 稱 |
氣體放電方式 |
工件偏壓/V |
工作氣壓/ Pa |
金屬離化率 /% |
|
真 空 蒸發(fā)鍍 |
電阻蒸發(fā)鍍 電子槍蒸發(fā)鍍 |
—— —— |
0 0 |
10-3–10-4 10-3–10-4 |
0 0 |
|
離子鍍 |
活性反應離子鍍 空心陰極離子鍍 熱絲陰極離子鍍 陰極電弧離子鍍 磁控濺射離子鍍 |
輝光放電 熱弧光放電 熱弧光放電 冷場致弧光放電 輝光放電 |
103 50–100 100–120 50 – 200 100–200 |
10-1 10-1 10-1 10-1 10-1 |
5-15 20–40 20–40 60–90 10–20 |
|
磁 控 濺射鍍 |
平衡靶磁控濺射 非平衡靶磁控濺柱靶三極磁控濺射 射 頻 濺 射 |
輝 光 放 電 輝光放電 + 脈衝 輝光放電+熱電子 射 頻 放 電 |
100–200 100–200 100–200 0 |
10-1 10-1 10-1 10-1–10-2 |
5–10 15–30 10–20 10–15 |
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