Fiziksel Buhar Biriktirme Nedir (PVD)

Fiziksel buhar biriktirme (PVD) nedir

Fiziksel buharlı Çöktürme (PVD), kaplanmış malzemenin iş parçasının yüzeyine vakum koşullarında Fiziksel yöntemle çökeltilmesi işlemidir. PVD işlemi yapılırken, iş parçasının ısıtma sıcaklığı genellikle 600 under altındadır , bu da yüksek hız çeliği, alaşımlı kalıp işleme çeliği ve diğer çelik kalıbı kullanımı için önemli bir öneme sahiptir. Şu anda, yaygın olarak kullanılan üç fiziksel buhar biriktirme yöntemi, yani, vakumlu buharlaştırma, püskürtme ve iyon kaplama bulunmaktadır. Şu anda, fiziksel buhar biriktirme teknolojisi sadece metal film, alaşımlı film, aynı zamanda mevduat bileşiği, seramik, yarı iletken, polimer film, vb mevduat değil.

1. Vakumla buharlaşma

Vakum koşullarında 1.33x10-3 ila 1.33 x10-4pa basınç altında, vakum buharlaşması, tortul malzemenin elektron ışını gibi ısı kaynaklarıyla ısıtılmasıyla elde edilir ve buharlaşan atomlar veya moleküller doğrudan yüzeyde sedimanter tabaka oluştururlar. 1.33x10-3 ila 1.33 x10-4pa basınç altında enjekte edilen iş parçası. Bununla birlikte, refrakter metal karbürlerin ve nitrürün doğrudan buharlaşması zordur ve bileşikleri parçalamaya eğilimlidir. Bu amaçla kimyasal işlemlerle reaksiyon buharlaşması geliştirilmiştir. Örneğin, titanyum metali elektron tabancasıyla buharlaştırılmıştır ve titanyum atomları ve reaktif gaz atomlarının işlenecek parçanın yüzeyi üzerinde reaksiyona girmesi ve TiC kaplamasının çökeltilmesi için buharlaştırma boşluğuna az miktarda reaktif gazlar ve metan ve asetilen sokulmuştur.

Vakumla buharlaşma esas olarak lens ve reflektör, çeşitli elektronik bileşenler ve plastik enjeksiyon ürünleri gibi optik elemanların yüzeyini kaplamak için kullanılır.

2. Sputtering kaplama

Sputter kaplama, buharlaşma teknolojisine sahip olmayan bir fiziksel buhar biriktirme yöntemidir. Kaplama işlemi sırasında, çalışma odası vakumlanır ve çalışma gazı olarak hidrojen gazı ile doldurulur ve basıncı 0.13-1.33pa'da tutulur. Yatırma malzemesi hedef (katot) olarak kullanılır ve negatif basınç yüzlerce ila binlerce volta eklenir. İş parçası anot olarak alınır ve her iki taraftaki filaman negatif basınca (-30-100 v) sahiptir. Filamenti yaklaşık 1700 Heating'ye kadar ısıtmak , filamentin hidrojen açığa çıkması için elektronlar yayar, hidrojen iyonları üretir H +, H + hedef materyali bombardırarak hızlandırır, hedef malzemenin içine sıçrayan atomları veya molekülleri iş parçasının yüzeyine fırlatır, tortuların oluşmasını sağlar .

Püskürtme, yüksek erime noktalı metaller ve bileşikler de dahil olmak üzere çeşitli iletken malzemeleri biriktirmek için kullanılabilir. Eğer hedef malzeme olarak TiC kullanılıyorsa, TiC kaplaması doğrudan iş parçasına yerleştirilebilir. Tabii ki, metal Ti aynı zamanda hedef olarak da kullanılabilir ve daha sonra reaktif gaz, reaktif püskürtmeyi gerçekleştirmek için içe aktarılabilir. Sputtering kaplama, muntazam fakat yavaş çökelme hızına sahiptir ve 105 mm'den daha fazla kalınlığın kaplanması için uygun değildir. Püskürtme, alt tabaka sıcaklığının 500-600 increases'ye yükselmesini sağlayabilir , bu nedenle, yalnızca bu sıcaklığa uygulanabilir ikincil sertleştirme çelik kalıp işlemidir.

3. iyon kaplama

İyon kaplama, gazın ya da buharlaştırılmış maddenin, gazın boşalmasıyla vakum altında iyonize hale getirilmesi ve gaz iyonlarını ya da buharlaşma iyonlarını bombalayarak iş parçasındaki buharlaşmış maddenin ya da reaktiflerinin buharlaştırılmasıdır. Işıma deşarjı, plazma ve vakum buharlaştırma teknolojisini birleştirerek, iyon kaplama sadece kaplama performansını iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda kaplama teknolojisinin uygulama alanını da genişletebilir.

Vakum püskürtmenin avantajlarına ek olarak, iyon kaplama, film tabakası, iyi difraksiyon ve geniş kaplama malzemelerinin güçlü yapışma avantajlarına da sahiptir. Örneğin, iyon kaplama teknolojisini kullanarak, metal, plastik, seramik, cam, kağıt ve diğer metal olmayan malzemeler, tek kaplama, alaşımlı kaplama, bileşik kaplama ve çeşitli kompozit kaplama farklı performans ile kaplama olabilir tortul hız (755 m / dk'ya kadar), kaplama işleminden önce temizlik basittir, çevreye hiçbir kirlilik yoktur, bunun sonucu olarak hem yurtiçi hem de yurtdışında son yıllarda hızlı bir gelişme olmuştur.

Bir inert gazın bir ışıma deşarjı vasıtasıyla bir metal veya alaşımlı buharın iyonlaştırılması. İyon kaplama, kaplama malzemesinin (TiN, TiC gibi) ısıtılması, buharlaştırılması ve biriktirilmesini içerir.

Buharlaşmadan sonra kaplama malzemesi atomları, az sayıda iyonizasyon ve elektron voltunun işleyişi altında iş parçasına uçtu, binlerce elektron voltunun enerjisi ile yüzeye vuruyor, birkaç nanometre derinlikteki matrise girebiliyor, Kaplamanın yapışma mukavemetini ve iyonizasyon atomik biriktirme filmi olmaksızın buharlaşma malzemelerini doğrudan parçaların üzerine büyük ölçüde geliştirir. İş parçasının yüzeyi üzerindeki inert gaz iyonları ve kaplama malzemesi iyonlarının püskürtülmesi, iş parçasının yüzeyindeki kirletici maddeleri de kaldırabilir ve böylece bağlama kuvvetini geliştirebilir.

Reaktif gaz buharlaştırma boşluğuna sokulursa, iş parçasının yüzeyi üzerinde reaktif iyon kaplaması olarak adlandırılan metal bir bileşik kaplama bırakılabilir. Plazma aktivasyonunun benimsenmesi nedeniyle, iş parçasının, iş parçasının boyutsal doğruluğunu ve yüzey pürüzlülüğünü tam olarak garanti etmek için sadece düşük bir sıcaklıkta veya oda sıcaklığında bile kaplanması gerekir. Bu nedenle son işlem, iş parçası sertleştirildikten veya temperlendikten sonra düzenlenebilir. Tortul TiN veya TiC gibi, bazal vücut ısısı 150-600 choose arasında seçim yapabilir , yüksek sertlikte yüksek sıcaklıkta kaplama, alt tabaka ile bağlanma kuvveti de yüksektir. Substrat sıcaklığı, matris malzemesine ve yüksek hız çeliği için substrat gibi temperleme sıcaklığına göre seçilebilir, 560 choose'yi seçebilir ve bu şekilde, yüksek hassasiyetli kalıplama işleminin büyüklüğüne göre söndürme, temperleme ve işleme için ihtiyaç Sertliği ve deformasyon problemlerini azaltmak için matris hakkında endişelenmeyin. Ek olarak, iyon kaplamanın biriktirme hızı diğer gaz fazı biriktirme yöntemlerinden daha hızlıdır ve genellikle 10 mm kalınlığında TiC veya TiN kaplamanın elde edilmesi için sadece birkaç dakika sürer.

PVD tarafından biriktirilen TiN veya TiC kaplamalar CVD ile karşılaştırılabilir ve aşağıdaki özelliklere sahiptir:

(1) üst ve alt kalıplar yüksek hassasiyetli metal kalıplar ile işlenir ve yüzeyi güçlendirmek için PVD süper sert bileşik kaplama kullanmak oldukça etkilidir;

(2) PVD kaplama etkisi kaba kalıp yüzeyinde kaybolacaktır;

(3) PVD kaplama statik yükleme için daha etkilidir;

(4) PVD kaplama öncesi ve sonrası hassasiyet değişmez ve tekrar işlemeye gerek yoktur;

(5) PVD kaplama üstün aşınma direnci ve yüksek korozyon direncine sahiptir.

Örneğin, TiN vida yapmak için kullanılan yüksek hızlı çelik zımbalarla kaplandığında, hizmet ömrü kaplamasız zımbalardan 3-5 kat daha uzundur. TiN, otomobil parçalarının hassas körleme kalıbı üzerine kaplanmıştır. Boşluklu çelik plakanın kalınlığı 1-3mm olduğunda, hizmet ömrü 5-6 kat uzatılır, ancak çelik levhanın kalınlığı 5-8 mm'ye yükseldiğinde, TiN tabakasının dökülmesinden dolayı etki kaybedilir. TiN'in korozyon direnci 5-6 kat arttırılabilir ve aşınma direnci aynı zamanda arttırılabilir.

Fiziksel buhar biriktirme temel ilkesi üç işlem aşamasına ayrılabilir:

(1) kaplama malzemesinin gazlaştırılması: kaplama malzemesi buharlaşırsa veya püskürüyorsa, yani kaplama malzemesinden gazlaştırma kaynağı.

(2) kaplama malzemesinde atomların, moleküllerin veya iyonların göçü: çeşitli reaksiyonlar, atomlar, moleküller veya iyonlar gazlaştırma kaynağı tarafından çarpıldıktan sonra üretilir.

(3) substrat üzerinde atomlar, moleküller veya iyonlar biriktirilir.

PVD fiziksel buhar biriktirme tekniklerini anlamak

Fiziksel gaz fazı biriktirme teknolojisi, basit bir işlem, iyileştirilmiş ortam, kirlilik içermeyen, daha az sarf malzemesi, tekdüze ve kompakt film oluşumu ve matris ile güçlü bir bağlama kuvvetine sahiptir. Teknoloji, havacılık, elektronik, optik, makine, inşaat, hafif sanayi, metalurji, malzeme ve benzeri alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Aşınma direnci, korozyon direnci, dekorasyon, elektrik iletkenliği, yalıtım, optik iletkenlik, piezoelektrik, manyetizma, yağlama, süperiletkenlik ve diğer özelliklerle film katmanları hazırlayabilir.

Gaz fazı biriktirme, matrisin yüzeyinde fonksiyonel film oluşturmak için bir teknolojidir. Tek fazlı veya çok tabakalı, tek maddeli veya bileşik filmin ürünün yüzeyine biriktirilmesi için gaz fazındaki malzemelerin fiziksel veya (ve) kimyasal reaksiyonlarını kullanmak ve böylece ürün yüzeyinin çeşitli mükemmel sonuçlar elde etmesini sağlamaktır. özellikler gerekli.

Bir yüzey kaplama yöntemi olarak, gaz biriktirme -> taşıma -> biriktirme temel adımları gereklidir. Asıl özelliği, kaplanacak olan orijinal malzemenin katı, sıvı veya gaz olmasından bağımsız olarak, nakliye sırasında gaz fazı formuna dönüştürülmesi ve son olarak iş parçasının yüzeyinin katı film haline getirilmesi ve yoğunlaştırılmasıdır.

Buhar biriktirme esas olarak iki kategoriye ayrılır:

KimyasalVaporDeposition ， CVD

FizikselVaporDeposition ， PVD

Başlangıçta, uçucu sıvı TiCl'yi hafifçe ısıtmak suretiyle TiCI gazı ve NH gazı elde edilmiş ve yüksek sıcaklıklı reaksiyon haznesine sokulmuştur. Bu reaksiyon gazları ayrıştırıldı ve daha sonra TiN ve HCI üretmek için yüksek sıcaklıkta katı yüzey üzerinde termodinamik kimyasal reaksiyon gerçekleştirildi. HCI ekstrakte edildi ve katı yüzey üzerinde katı bir katı film oluşturmak üzere TiN birikti. ChemicalVaporDeposition (CVD), katı yüzeyler üzerinde kimyasal reaksiyonlar ve uçucu bileşikler ve ince film elemanlarının bileşenlerini içeren gaz halindeki maddeler aracılığıyla uçucu olmayan katı çökeltilerin oluşumudır.

Aynı zamanda, insanlar, gaz fazına buharlaştırılan metal veya metal bileşiklerinin yüksek sıcaklıkta ısınması yoluyla veya başka bir deyişle, elektronik, plazma yoluyla foton enerjisi metal veya bileşik hedef parçacıklarını karşılık gelen atomları püskürterek şarj edebilirler. iyonlar, moleküller (gaz), katı bir yüzey üzerinde katı bir filmin içine çökeltilir, bu da fiziksel buhar biriktirme (PhysicalVaporDeposition, PVD) olarak bilinen kimyasal reaksiyonların (ayrışma veya birleşik) malzeme ile ilgisi yoktur.

Gaz fazı biriktirme teknolojisinin geliştirilmesi ve uygulanmasıyla, iki tip gaz fazı biriktirme kendi yeni teknik içeriğine sahiptir. İki tip gaz fazı birikimi birbiriyle karıştırılır ve birbirleriyle iç içe geçerler. Örneğin, plazma ve iyon ışını, film biriktirme işlemine katılmak için geleneksel fiziksel gaz biriktirme teknolojisinin buharlaşmasına ve püskürtülmesine sokulur. Bu arada reaktif gaz, reaktif kaplama olarak adlandırılan yeni bir sentetik ürün oluşturmak için kimyasal reaksiyona girerek katı yüzeye enjekte edilebilir. Bir örnek, titanyum (Ti) plazmasındaki reaksiyon gazı N2 ile TiN'nin sentezidir. Bu, fiziksel buhar birikiminin kimyasal reaksiyonlar da içerebileceği anlamına gelir. Başka bir örnek, metan reaksiyonu ile iç havalandırmada, w hedef katot ark deşarjı ile, Ar, w, plazma metan dekompozisyonunun etkisi altında ve karbon bağlarını yeniden birleştirmek için katı yüzey, karışık elmas şeklinde karbon anti- sürtünme filmi, depozisyon sürecine yerleştirmek için kullanılan insanlar hala kimyasal buhar biriktirme olarak sınıflandırılır, ancak tipik bir fiziksel buhar biriktirme teknolojisi, metal katot arkı iyon kaplamadır. Buna ek olarak, insanlar plazma, iyon ışın teknolojisi geleneksel kimyasal buhar biriktirme sürecine sokulur, kimyasal reaksiyon geleneksel termodinamik ilkesini tam olarak takip etmemektedir, çünkü plazma daha yüksek kimyasal aktiviteye sahiptir, geleneksel kimyasal reaksiyon termodinamiğinde olabilir reaksiyonun sıcaklığından daha düşük olan, plazma destekli kimyasal buhar biriktirme olarak bilinen yöntem (PlasmaAssistedChemicalVaporDeposition, bundan sonra PACVD olarak anılacaktır) Bazı veriler, kimyasal buhar biriktirme için daha fiziksel bir anlam veren, plazma geliştirilmiş kimyasal buhar biriktirme (PECVD) olarak adlandırılır.

Günümüzün kimyasal ve fiziksel gaz fazı birikimi arasındaki farkları tartışırken, sadece kaplama malzemelerinin morfolojisindeki farklılıkların geride kalmasından korkuyorum: eski USES uçucu bileşikleri veya gaz halindeki maddeler, diğer yandan da katı (veya sıvı) maddeleri KULLANIR . Bu ayrım, orijinal tanımının özünü yitirmiş gibi görünüyor.

Halen, kimyasal buhar biriktirme, fiziksel buhar biriktirme, katı (sıvı) kaplama malzemesi arasındaki yüksek sıcaklık ve buharlaşma, püskürtme, elektron ışını, plazma, iyon ışını arasındaki farkı ayırt etmek için kaplama malzemesi şeklinde mevcut alışkanlıklara göre devam ediyoruz. gaz atomları, moleküller, iyonlar (gaz, plazma), yüzeydeki katı birikiminin yoğunlaşması (diğer gaz fazı reaksiyon maddeleri ile üretilen reaksiyon ürünleri ile kimyasal reaksiyonlar dahil), lazer ışını ve ark ve diğer enerji formları Fiziksel buhar biriktirme olarak bilinen katı faz membran işlemi üretmek.

Teknolojik gelişme

PVD teknolojisi, yüksek sertlik, düşük sürtünme katsayısı, iyi aşınma direnci ve kimyasal stabilite ile hazırlanan filmlerde ortaya çıktı. Yüksek hız çeliği kesme aletleri alanında başarılı uygulama, dünya çapında imalat sektöründen büyük ilgi görmüştür. Yüksek performanslı ve son derece güvenilir kaplama ekipmanı geliştirirken, aynı zamanda çimentolu karbür ve seramik kesme takımlarında daha derin uygulama araştırmaları da gerçekleştirilmiştir. CVD prosesi ile karşılaştırıldığında , kesici takım malzemelerinin eğilme mukavemeti PVD işlem sıcaklığı düşüktür, 600 under altındadır ; Filmin iç gerilme durumu, çimentolu karbür hassas komplike araçların kaplanması için daha uygun olan sıkıştırma stresidir. PVD prosesinin çevre üzerinde olumsuz bir etkisi yoktur ve modern yeşil üretimin gelişim yönüne uygundur. Şu anda, PVD kaplama teknolojisi karbür uç freze, matkap ucu, adım matkap, petrol sondaj, rayba, dokunun, endekslenebilir freze sac, dönüm bıçak, özel şekilli kesici, kaynak kesici, vb kaplama kaplama tedavisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

PVD teknolojisi sadece ince film ve alet matris malzemelerinin yapıştırma gücünü arttırmakla kalmamış, aynı zamanda TiN, TiCN, ZrN, CrN, MoS2, TiAlN, TiAlCN, kalay gibi çok bileşenli kaplamaya kadar birinci nesil TiN'den kaplama kompozisyonunu geliştirmiştir. -No, CNx, DLC ve ta-c.

Kaplama teknolojisi

Gelişmiş manyetik katot arkı: Katot ark tekniği, ince film malzemesinin birikmesini tamamlamak için hedefi vakum durumunda düşük voltaj ve yüksek akım yoluyla bir iyon haline ayırmaktır. Gelişmiş manyetik katot, elektromanyetik alanın kombine etkisini, hedef yüzeyin arkını etkin bir şekilde kontrol etmek için kullanır; bu da malzemenin iyonlaşma hızını ve filmin performansını daha iyi bir hale getirir.

Filtre katodu arkı: Yüksek verimli iyon kaynağı ile donatılmış filtreli katodik ark (FCA) elektromanyetik filtrasyon sistemi, tortul partikül iyonlaşma oranının% 100 olduğu manyetik plazmadan sonra plazma ve iyon kütle filtresindeki makroskobik parçacıklar tarafından üretilebilir. parçacıkları filtrelemek, böylece filmin hazırlanması, çok iyi ve korozyon direnci ile çok kompakt ve pürüzsüz ve vücudun yapışma gücü çok güçlüdür.

Magnetron püskürtme: Vakum ortamında hedef, iyon ve atomik alanın kombine hareketi ile iyonize inert gaz iyonları ile bombardımana tutulur, böylece hedef iyonlar, atomlar veya moleküller şeklinde püskürtülür ve ince tabaka. İletken ve iletken olmayan malzemeler, kullanılan farklı iyonizasyon güç kaynaklarına göre hedef malzemeler olarak püskürtme yapabilir.

İyon demeti DLC: Hidrokarbon gazı, iyon kaynağında plazmaya ayrılır ve karbon iyonları, elektromanyetik alanın kombine eylemi altında iyon kaynağı tarafından serbest bırakılır. İyon ışın enerjisi, plazmaya uygulanan voltajın ayarlanmasıyla kontrol edilir. Hidrokarbon iyon demeti, substrata uygulanır ve birikme oranı, iyonik akım yoğunluğu ile orantılıdır. Yıldız ark kaplaması iyon huzmesi kaynağı yüksek voltajı kullanır, böylece iyon enerjisi daha büyüktür, bu da film ve substratı iyi bağlar. Daha büyük iyon akımı DLC filmin daha hızlı birikmesini sağlar. İyon demeti teknolojisinin ana avantajı, ultra ince ve çok katmanlı yapıya yatırabilmesidir, proses kontrol hassasiyeti birkaç angstroma ulaşabilir ve prosesteki partikül kirliliğinin neden olduğu kusuru minimum düzeye indirebilir.

IKS PVD ， sizin için uygun PVD vakum kaplama makinesini özelleştirdi, şimdi bizimle iletişime geçin,

iks.pvd@foxmail.com