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PVD磁控濺射涂層的質量控制
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佳達

時間 : 2020-08-24 22:50 瀏覽量 : 26

 薄膜技術領域包括薄膜的制作和科研?,F在在各技術領域內得到廣泛應用。其應用涉及范圍從相對簡單的材料表面處理例如包裝材料或工具的表面處理,一直到高技術領域如制作建筑元件以及數據存儲器元件,大小不等的尺寸從微電子元件到面積較大的建筑玻璃涂層。相應有各種不同的涂層制作方法。薄膜的制作原理一般均為把一種材料通過一種工藝附著在基體材料上。所選用工藝的種類取決于需涂附材料的類型以及基體材料的表面狀態和對涂層的要求。其中特別重要的涂層技術是真空涂層工藝,其中首先是物理汽相沉積工藝,即所說的PVD工藝(physicalvapordeposition)。它的特點是通過熱能或通過粒子轟擊來實現金屬、合金或者化學物高真空環境下的沉積過程。國內對于PVD涂層的研究已經起步并取得了一定的科研成果,但在關鍵核心技術上的配套研發能力以及新工藝的開發能力以及用于批量化生產的過程還是與國際先進涂層公司如Balzers、CemeCon等有一定差距。CemeCon涂層利用其專有的專利技術(HIPMS:高能粒子脈沖磁控濺射)在工具涂層上的應用占有一定的優勢并取得了不錯的市場業績。由于一般涂層基體均為高速鋼或硬質合金,尤其硬質合金的涂層過程控制要求尤為嚴格,其涂層過程為涂層過程中的特殊過程,迄今為止沒有相應合適的修復方法可以百分百的對涂層不合格的工件進行修復,所以其過程的控制提出了嚴格要求,并要求對修復(返修)過程要進行嚴格記錄并重新確認驗證其使用是否滿足要求。本文重點介紹物理修復方法的可行性。

 一、PVD涂層簡介PVD(物理汽相沉積)是薄膜技術中特別重要的真空涂層方法。其特征是:通過在真空腔室中輸入熱能或者粒子沖擊將金屬、合金或者化學合成物沉積到工件上。優點可涂工件材料較多(金屬,合金,陶瓷,玻璃,塑料等);可涂覆涂層材料種類較多(金屬,合金,半導體,金屬氧化物,碳化物,氮化物,硫化物等);良好涂層性能的可再現性;可通過引入不同工藝程序及采用不同靶材材料來得到不同性能的涂層。2.最重要的PVD方法:(1)真空腔室熱蒸發。將涂層材料在坩堝內加熱到其蒸發而后沉積到工件上。(2)陰極濺射。它是現代薄膜技術的代表之一。優點是較經濟和高效。CemeCon的PVD涂層設備均采用此種技術。

 二、PVD磁控濺射涂層特點陰極濺射技術分為離子束濺射和等離子濺射,針對導體和非導體材料又分為直流等離子濺射和高頻(射頻)等離子濺射,現在為提高涂覆效率采用磁控濺射方法。CemeConCC800系列設備經過更新換代均采用DC直流等離子濺射技術。技術特點包括:濺射時用陽離子轟擊靶材,在基體連同夾具和靶材之間施加電壓以使正離子加速沖向靶材。從靶材上轟擊出原子或者分子后這些原子或者分子沉積到基體上成為涂層。其中上面為陰極部件,上面安裝有靶材,需要安裝屏蔽罩以及可靠接地,下面為陽極,中間是基體材料?;w材料一般在爐腔內以一定的速度旋轉,并且要求工件自身也要隨著旋轉,可以設計不同功能的夾具輔助材料來實現。真空腔內工藝過程中間需要引入工藝氣體,如氪氣、氬氣等。當電子抵達靶材表面將其一部分動傳遞到靶材材料的原子。導致產生級聯反應,其中一部分原子在得到足夠的能量后突破晶格表面結合能闕值散射到表面,而后這些原子離開晶格在條件具備的情況下沖著基體的方向運動,這些原子將足夠的能量傳遞到基體或者涂層晶格而后作為原子形式結合在其中。而后這些原子通過界面進行擴散,一直到被吸收或者作為穩定的晶核進行持續沉積。


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