物理气相沉积(PVD)技术
第一节概述
物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用，但在最近30年迅速发展，成为一门极具广阔应用前景的新技术。，并向着环保型、清洁型趋势发展。20世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面达到越来越为广泛的应用。
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。
真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。
溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。
离子镀基本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。
物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤：
(1)镀料的气化：即使镀料蒸发，异华或被溅射，也就是通过镀料的气化源。
(2)镀料原子、分子或离子的迁移：由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。
(3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。
物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光
学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。
随着高科技及新兴工业发展，物理气相沉积技术出现了不少新的先进的亮点，如多弧离子镀与磁控溅射兼容技术，大型矩形长弧靶和溅射靶，非平衡磁控溅射靶，孪生靶技术，带状泡沫多弧沉积卷绕镀层技术，条状纤维织物卷绕镀层技术等，使用的镀层成套设备，向计算机全自动，大型化工业规模方向发展。
第二节真空蒸镀
(一)真空蒸镀原理
(1) 真空蒸镀是在真空条件下，将镀料加热并蒸发，使大量的原子、分子气化并离开液体镀料或离开固体镀料表面(升华)。
(2)气态的原子、分子在真空中经过很少的碰撞迁移到基体。
(3)镀料原子、分子沉积在基体表面形成薄膜。
(二)蒸发源
将镀料加热到蒸发温度并使之气化，这种加热装置称为蒸发源。最常用的蒸发源是电阻蒸发源和电子束蒸发源，特殊用途的蒸发源有高频感应加热、电弧加热、辐射加热、激光加热蒸发源等。
(三)真空蒸镀工艺实例以塑料金属化为例,真空蒸镀工艺包括：镀前处理、镀膜及后处理。
真空蒸镀的基本工艺过程如下：
(1)镀前处理，包括清洗镀件和预处理。具体清洗方法有清洗剂清洗、化学溶剂清洗、超声波清洗和离子轰击清洗等。具体预处理有除静电，涂底漆等。
(2)装炉，包括真空室清理及镀件挂具的清洗，蒸发源安装、调试、镀件褂卡。
(3)抽真空，一般先粗抽至6．6Pa以上，更早打开扩散泵的前级维持真空泵，加热扩散泵，待预热足够后，打开高阀，用扩散泵抽至6×10-3Pa 半底真空度。
(4)烘烤，将镀件烘烤加热到所需温度。
(5)离子轰击，真空度一般在10Pa～10-1Pa，离子轰击电压200V～1kV 负高压，离击时间为5min～30min,
(6)预熔，调整电流使镀料预熔，调整电流使镀料预熔，除气1min～2min。
(7)蒸发沉积，根据要求调整蒸发电流，直到所需沉积时间结束。
(8)冷却，镀件在真空室内冷却到一定温度。
(9)出炉，．取件后，关闭真空室，抽真空至l × l0-1Pa，扩散泵冷却到允许温度，才可关闭维持泵和冷却水。
(10)后处理，涂面漆。
第三节溅射镀膜
溅射镀膜是指在真空条件下，利用获得功能的粒子轰击靶材料表面，使靶材表面原子获得足够的能量而逃逸的过程称为溅射。被溅射的靶材沉积到基材表面，就称作溅射镀膜。溅射镀膜中的入射离子，一般采用辉光放电获得，在l0-2Pa～10Pa范围，所以溅射出来的粒子在飞向基体过程中，易和真空室中的气体分子发生碰撞，使运动方向随机，沉积的膜易于均匀。近年发展起来的规模性磁控溅射镀膜，沉积速率较高，工艺重复性好，便于自动化，已适当于进行大型建筑装饰镀膜，及工业材料的功能性镀膜，及TGN-JR型用多弧或磁控溅射在卷材的泡沫塑料及纤维织物表面镀镍Ni
及银Ag。
第四节电弧蒸发和电弧等离子体镀膜
这里指的是PVD领域通常采用的冷阴极电弧蒸发，以固体镀料作为阴极，采用水冷、使冷阴极表面形成许多亮斑，即阴极弧斑。弧斑就是电弧在阴极附近的弧根。在极小空间的电流密度极高，弧斑尺寸极小，估计约为1μm～100μm，电流密度高达l05A／cm2～107A／cm2。每个弧斑存在极短时间，爆发性地蒸发离化阴极改正点处的镀料，蒸发离化后的金属离子，在阴极表面也会产生新的弧斑，许多弧斑不断产生和消失，所以又称多弧蒸发。最早设计的等离子体加速器型多弧蒸发离化源，是在阴极背后配置磁场，使蒸发后的离子获得霍尔(hall)加速效应，有利于离子增大能量轰击量体，采用这种电弧蒸发离化源镀膜，离化率较高，所以又称为电弧等离子体镀膜。由于镀料的蒸发离化靠电弧，所以属于区别于第二节，第三节所述的蒸发手段。
第五节离子镀
离子镀技术最早在1963年由D．M．Mattox提出，1972年，Bunshah &Juntz 推出活性反应蒸发离子镀(AREIP)，沉积TiN,TiC等超硬膜，1972年
Moley&Smith发展完善了空心热阴极离子镀，l973年又发展出射频离子镀(RFIP)。20世纪80年代，又发展出磁控溅射离子镀(MSIP)和多弧离子镀(MAIP)。
(一) 离子镀
离子镀的基本特点是采用某种方法(如电子束蒸发磁控溅射，或多弧蒸发离化等)使中性粒子电离成离子和电子，在基体上必须施加负偏压，从而使离子对基体产生轰击，适当降低负偏压后，使离子进而沉积于基体成膜。离子镀的优点如下：①膜层和基体结合力强。②膜层均匀，致密。③在负偏压作用下绕镀性好。④无污染。⑤多种基体材料均适合于离子镀。
(二)反应性离子镀
如果采用电子束蒸发源蒸发，在坩埚上方加20V～100V的正偏压。在真空室中导人反应性气体。如N2、02、C2H2、CH4等代替Ar，或混入Ar，电子束中的高能电子(几千至几万电子伏特)，不仅使镀料熔化蒸发，而且
能在熔化的镀料表面激励出二次电子，这些二次电子在上方正偏压作用下加速，与镀料蒸发中性粒子发生碰撞而电离成离子，在工件表面发生离化反应，从而获得氧化物(如Te02：Si02、Al203、Zn0、Sn02、Cr203、Zr02、In02等)。其特点是沉积率高，工艺温度低。
(三)多弧离子镀
多弧离子镀又称作电弧离子镀，由于在阴极上有多个弧斑持续呈现，故称作“多弧”。多弧离子镀的主要特点如下： (1)阴极电弧蒸发离化源可从固体阴极直接产生等离子体，而不产生熔池，所以可以任意方位布置，也可采用多个蒸发离化源。 (2)镀料的离化率高，一般达60％～90％，显著提高与基体的结合力改善膜层的性能。 (3)沉积速率高，改善镀膜的效率。 (4)设备结构简单，弧电源工作在低电压大电流工况，工作较为安全。
英文指"phisical vapor deposition" 简称PVD.是镀膜行业常用的术语.
PVD(物理气相沉积)镀膜技术主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。对应于PVD技术的三个分类，相应的真空镀膜设备也就有真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机这三种。
近十多年来，真空离子镀膜技术的发展是最快的，它已经成为当今最先进的表面处理方式之一。我们通常所说的PVD镀膜，指的就是真空离子镀膜；通常所说的PVD镀膜机，指的也就是真空离子镀膜机。
物理气相沉积（PVD）
物理气相沉积是通过蒸发，电离或溅射等过程，产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面。物理气象沉积方法有真空镀，真空溅射和离子镀三种，目前应用较广的是离子镀。
离子镀是借助于惰性气体辉光放电，使镀料（如金属钛）气化蒸发离子化，离子经电场加速，以较高能量轰击工件表面，此时如通入CO2，N2等反应气体，便可在工件表面获得TiC,TiN覆盖层，硬度高达2000HV。离子镀的重要特点是沉积温度只有500℃左右，且覆盖层附着力强，适用于高速钢工具，热锻模等。
物理氣相蒸鍍(Physical Vapor Deposition, PVD)
物理氣相蒸鍍主要有三種製程：－蒸鍍（Evaporation Depostion）100~250,000 ?/min －離子鍍（Ion Plating）100~250,000 ?/min －濺鍍（Sputtering Deposition）25~10,000 ?/min 物理氣相蒸鍍通常需在真空下進行，其真空需求約為：10-2~10-6 torr
7.1 蒸鍍蒸鍍是指將蒸鍍源（鍍層的材料來源）加熱蒸發直接凝結於工件表面而形成鍍層。
1) 應用
－金屬與元素半導體的鍍膜
－合金的蒸鍍
－砷化鎵，銻化銦等化合物的蒸鍍
2) 蒸發金屬蒸發或氣化的方法很多，包括利用熱電阻，輻射，感應，電子束，電弧等方式加熱。蒸鍍時，基材則屬於基態。3) 真空度的需求：10-2~10-6 torr 真空環境下，蒸鍍原子在未碰撞或極少碰撞的情況下鍍於基材。對電子束加熱源而言，真空環境有乾淨的析鍍路徑。由下式之蒸發速率也可以瞭解真空度愈高，蒸發速率愈快。蒸發速率：
在單位面積時間下，蒸發的分子
數
αv：真空中，實際蒸發速率與理論值的比；此與物件表面潔淨程度有關
m：分子量
P：作用在蒸鍍源材料表面的壓力, 由於氣體的原子或分子所造成
P*：蒸鍍源材料表面的平衡蒸氣壓4) 電子束加熱源
如前述，將蒸鍍源蒸發的能源有很多種，目前常用者幫括電阻、電感或電子束加熱，以下略述電子束加熱源。i) 優點
－高能量密度，蒸發速率可控制的範圍大
－無污染
ii) 組成
－正極與負極
－真空腔(控制電子流)
a)熱離子電子束鎗(對焦容易) 正極和負極之間的能量差從數個kv 到數百個kv；例如，10~40 千伏。負極放出電子，然後加速撞擊正極，工件會受熱。b)電漿電子束鎗(在高壓下可使用) 應用電極，從電漿中汲取電子
5) 蒸鍍合金以蒸鍍方式可以蒸鍍合金，其技術如下。i) 多重蒸鍍源：
蒸鍍合金的成份從不同金屬同時蒸發。它可能是各別金屬蒸鍍並經退火後形成合金。多重蒸鍍源製程可能遇到的複雜性有：a)每一個蒸鍍源的蒸發速率需要個別控制。b)蒸鍍源和基材之間的距離，要高到足以讓蒸汽完成混合，以獲得合金。這可能會降低蒸鍍速率。ii) 合金蒸鍍源：
把合金當作單一來源使這些成份同時蒸發。單一合金蒸鍍源可能遇到的困難有：
a)由於熱力平衡的關係，蒸鍍層組成與蒸氣成份可能有差異。
b) 蒸鍍源組成金屬或元素成份的蒸汽壓比例一定要在100：1 之內，反之使用多重蒸鍍源較理想。
7.2 離子鍍材料蒸發後，在通往基材的途中經激發（如離子鎗轟擊或輝光放電），使蒸發的原子產生離子化，此經激發的離子化蒸汽原子擁有高能量，能在基材表面產生高附著性，同時也易與通入反應腔的氣體發生反應以鍍化合物鍍層。1) 離子轟擊的方法i) 離子鎗：大部分為氬離子鎗。離子鎗的離子束轟擊蒸鍍源蒸發的蒸氣。ii) 輝光放電：將基材加高的負偏壓，使鈍性氣體(氬氣)激發，以產生輝光放電，此離子即經電場加速產生轟擊效果。【註】：離子差轟擊薄膜也會改變附著性甚至改變薄膜的結構。2) 離子轟擊的結果
上述離子鍍過程，離子束可以用以激發蒸發源蒸氣，但也有轟擊工件表面之作用，其產生之效果分階段敘述如下。i) 蒸鍍前
a) 利用濺鍍蝕刻，清潔材料表面
b) 產生缺陷
能量轉移到晶格原子，Et
E 是入射粒子的能量；MI，Mt 是靶材原子的質量。一般而言，Et ≧25 ev ，形成點缺陷Et < 25 ev ，能量轉變成熱ii) 界面的形成過程a) 促進擴散高濃度的缺陷與近表面區域的溫度，會增加擴散速率與作為點缺陷的匯流槽b) 物理混合高能量粒子的植入，濺鍍原子的後向散射會導致近表面區域形成” 假擴散”（Pseudodiffusion ）形式的混合。於此，原子的混合不需靠原子的溶解度與擴散。c) 促進成核植入的原子以及粗糙的表面，提供許多成核位置以得到較高的成核密
度d) 去除附著不良的原子利用濺鍍清除附著較鬆散的結合原子iii) 鍍膜成長
a) 晶粒細化－粗糙的表面會產生高的成核密度，而形成較小的晶粒－粗糙表面會降低區域邊界的T/Tm 值；然而，離子轟擊會提升區域
邊界的T/Tm 值
b) 結晶－促進擴散與再結晶c) 組成－可能會將氣體再植入薄膜d) 物理性質－導致本質應力；蒸鍍的薄膜會產生拉伸應力，濺鍍薄膜會產生壓縮應力注意：當原子間距比在平衡狀態下更靠近時，會形成壓縮應力；而當原子間距大於平衡狀態時，會形成拉伸應力，例如較大的間隙原子會造成拉伸應力。
7.3 濺鍍濺鍍是利用氬離子轟擊靶材，擊出靶材原子變成氣相並析鍍於基材上。濺鍍具有廣泛應用的特性，幾乎任何材料均可析鍍上。1) 濺鍍的優點與限制
i) 優點
a) 無污染
b) 多用途
c) 附著性好
ii) 限制
a) 靶材的製造受限制
b) 靶材的受損，如陶瓷靶材，限制了使用能量的範圍
c) 析鍍速率低
2) 濺鍍系統
i) 分類
a) 平面兩極式：靶材為負極，基材為正極b) 三極式：由陽極，陰極，外加電子源等三種電極所組成的系統。外加電子源產生電場加速正極離子化的氣體分子。三極式系統不能使用於反應性濺鍍，因為電子會影響反應氣體與污染燈
絲。c) 磁控濺鍍：利用磁場作用提高濺鍍速率d) 反應濺鍍：將反應性氣體導入真空腔中，並與金屬原子產生化合物以
鍍著。
ii) 電流的分類
a) 直流電濺鍍－應用於導電基材與鍍層
b) 交流（或射頻）電濺鍍－應用於導電或非導電基材與鍍層
3) 濺鍍系統組合i) 靶材在濺鍍時，經電漿中的正離子轟擊，而析鍍於基材的鍍層材料；靶材通常是陰極。ii) 濺鍍的通量濺鍍時的通量即為濺鍍原子的流量。流量原子的組成與經冷卻，且未產生內擴散的靶材相同。同一靶材的所有材料之濺鍍速率大致相同。(然而，蒸鍍的蒸鍍速率並不同)。iii) 接地屏蔽將離子侷限於僅轟擊與濺鍍靶材；避免靶材夾治具被濺擊。屏蔽與靶材之間的距離必須小於暗帶（dark space）的厚度，因此，在高頻（13.5MHz）或高壓使用時，此距離較近。iv) 擋板設置在兩個電極之間的活動板。通常濺擊清潔靶材(靶材可能會在裝載或操作時受到大氣的污染)時移置於靶材與基材之間。
v) 靶材的冷卻當外加能量輸入系統，會使靶材的溫度提高，並損壞靶材與夾治具的結合，因此必須冷卻。一般靶材都是用水冷卻之。vi) 基材溫度的控制利用電阻與光源等加熱。一般而言，基材的表面溫度會因輝光放電，而高於塊材。4) 絕緣體的濺鍍
絕緣薄膜可利用射頻濺鍍或反應濺鍍。若採用直流電濺鍍，將迅速造成表面電荷堆積而無法濺鍍。i) 射頻電濺鍍（RF Sputtering）
使用頻率為13.56 MHz 的射頻電源，使靶材與鍍層表面能被離子與電子交替的轟擊，以避免電荷的堆積。ii) 射頻濺鍍的優點a) 電子轟擊離子化的效率增高，且操作壓力比較低(<1mtorr) b) 減少電弧（電弧的產生是由於粉塵或加熱蒸發的氣體）
iii) 反應濺鍍（Reactive spuutering）將反應性氣體加入氬氣中，如Ar + H2S，而與濺鍍原子，如鎘形成硫化鎘。(例如，在氬氣加氮氣的環境下濺鍍鈦，會形成氮化鈦)。其可為直流電或射頻反應濺鍍。
5) 磁控濺鍍（Magnetron Sputtering）"Magnetron"意指"磁化的電子"（Magnetical Electron）
i) 優點與缺點
磁控濺鍍雖會增加濺鍍速率，相對地，亦會加速靶材的損耗。由於基材與電漿間的距離較大，使基材較遠離電漿可在低的工作溫度進行濺鍍。ii) 操作方法
由垂直的電場和磁場的結合組成。由於電磁的交互作用，促進電子集中於靶材附近，以提升離子化效應如下圖所示。a) 磁場會使負極表面形成電子的聚集處，離子會因受限的電
子源的靜電效應而聚集。b) 電子能有效聚集於靶材的表面，使離子化效率提高並提高濺鍍速率。圖7-4
7.4 電性狀況
1) 電漿：(Irving Langmuir, 1928)經通電後離子化的氣體。電漿是由離子，電子，與中性粒子所組成。
2) 輝光放電：
輝光放電會在真空狀態下，兩電極間的氣體中形成；在兩電極間的空間會充滿了輝光。相對而言，靠近電極附近會生成一暗帶（dark space，Sheath）。
3) 暗帶（dark space）
以下略述暗代形成之因。當"基材"暴露(漂浮在)在電漿區域中，由於電子運動速度較快，撞擊此基材表面，形成負電荷堆積，即負電位。此負電位形成之後，僅有具高動能的電子能再靠近此基材，此時電子觸及基材表面的比例是：
可見其量不多，因此，電子密度將低於基材的周圍，則在基材的周圍不會發生電子激發原子以發光，其發光度比輝光的區域低，因此出現較低的發光區域即是暗帶。
4) 濺鍍
薄膜的濺鍍速率與濺出率（Sputtering Yield）成正比，因此與離子的能量與工作電壓成正比例。一般的濺鍍氣體，濺鍍壓力與V-I 特性是非常重要的。
5) 濺出率（Sputtering Yield）
如上述，濺鍍速率與濺出率成正比，濺出率指的是靶材原子被入射離子轟擊之後而跳脫離靶材的數量，如下所示。
E：入射離子的能量
mi：入射的質量
mt：改變的質量
Uo：靶材的表面鍵結能
α：一函數值（monotonic increasing function），~0.17 for mt/mi = 0.17~1.4 for mt/mi=10
6) 濺鍍用的氣體
濺鍍用的氣體必須是不會與靶材或鍍膜產生反應的鈍性氣體。濺出率與產生電漿氣體的量成正比。各種鈍性氣體中，氡（Rn）具有輻射性，氙（Xe）與氪（Kr）價格高，且市面上不多，氦（He）與氖（Ne）質量太小，因此氬氣是最常用來產生電漿的氣體。
7) 濺鍍的功率（Power）
濺出率的公式說明，濺出率與入射離子的能量成正比，即表示正比於濺鍍時的工作能量；然而，此正比例關係在E=1KeV 以上即不存在，如當能量作用在大體積之上，濺射效率略保持不變。但是E 再增加，則S/E 會大幅下降，而S/E 的降低是由於E 的增加會產生離子佈植。一般在功率低於100V 時，濺鍍速率較低，但功率高於10kV 時，則效率差。一般的工作條件約是500V~5kV。
8) 濺鍍真空度
濺鍍時，真空度約是30~120 mtorr 。當真空壓力降低時，會降低離子化碰撞因而降低電流，而真空壓力提高時，會提高濺鍍原子與氣體的碰撞機率，使濺鍍原子重新沉積回靶材或造成濺鍍原子散射，使鍍層鍍著速率降低。
7.5 多成分的濺鍍多成分的濺鍍可使用合金靶材，化合物靶材或反應濺鍍。1) 合金靶材
合金靶材中的元素濺出率會影響鍍層組成元素的濺鍍速率。舉例來說，在1KeV 的Ar 離子氣體中，S(Ni)=2.1 與S(Fe)=1.4 的濺射產出是Ni：Fe＝（80×2.1）：（20×1.4）。於是，在濺鍍的初期會使靶材產生富鐵區，而鎳含量降低會提高鐵的濺鍍速率直到80：20 的穩定速率，造成表面組成變為~72.7Ni：27.3 Fe。
注意：靶材表面元素的消耗，會造成各種元素的濃度梯度並促使擴散，如鐵離開表面使鎳擴散至表面；靶材的冷卻可避免此擴散行為。
2) 化合物靶材將化合物靶材以分子與原子的形式濺射出，但需注意化合物組成元素濺射比例及各自蒸氣壓之差異造成鍍層成份比例偏差。舉例來說，對於一個金屬氧化靶材，濺鍍離子的流量η是
η= MO+ /(M+ + MO+) η受M-O 鍵結強度的影響。鍍層會較缺乏易氧化的原子，例如，石英鍍層會較缺乏氧原子；此種狀況可藉控制氣體成份以改善，例如可利用95%Ar：5%O2 產生完全氧化的薄層以避免缺陷的產生。3) 反應濺鍍(參考前例)
7.6 偏壓製程(直流或射頻偏壓)與離子轟擊
偏壓製程一般是把基材底座加一負偏壓以加速正離子向基材方向運動改變了帶電粒子的流量與能量。偏壓製程可使鍵結鬆散的材料重新濺鍍。離子轟擊是利用離子鎗產生正離子，而不用偏壓的方法以轟擊基材表面，進而改進鍍層品質。
偏壓製程與離子轟擊的結果(參照7.2)：1) 避免鍵結鬆散原子移除2) 增加表面的微缺陷提高成核密度3) 藉移動動能增加原子的移動能力，而增進核與核間的結合加速成核成長。濺鍍鍍層的例子：1) 玻璃上，調節太陽光的鍍層：反射太陽光
Glass/TiO2/Cr/TiO2
Glass/Cr/TiN
Glass/SnO2/NiCr/TiN
2) 玻璃上，低發散率的鍍層：將低溫的紅外線(長波長)反射，使太陽光進入室內。特別應用於較冷的氣候。
Glass/Ag/Ti/ZnO/TiO2
Glass/SnO2/NiCr/Ag/NiCr/Si3N4/SnO2
z 以上兩種不同的鍍層會因光的阻礙而產生不同的顏色。
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4.6.2 气相沉积技术
气相沉积是将含有形成沉积元素的气相物质，通过各种手段和反应，在工件表面形成沉积层(薄膜)的工艺方法。它可赋予基体材料表面各种优良性能(如强化、保护、装饰和电、磁、光等特殊功能)，也可用来制备具有更加优异性能的新型材料(如晶须、单晶、多晶或非晶薄膜)。这种新技术的应用有着十分广阔的前景，尤其是在高新科技领域潜力巨大。
气相沉积的基本过程包括三个步骤：即提供气相镀料；镀料向所镀制的工件(或基片)输送；镀料沉积在基片上构成膜层。按沉积过程的反应性质不同，气相沉积技术可分为物理气相沉积和化学气相沉积两大类。
4.6.2.1物理气相沉积
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简写PVD)是在真空条件下，利用各种物理方法，将沉积材料气化成原子、分子、离子并直接沉积到基体材料表面的方法。按气化机理不同，PVD法包括真空蒸镀、溅射镀膜和离子镀等三种基本方法。
1)真空蒸镀是在高真空(1.33×10-5～1.33×10-4Pa)的条件下，将蒸镀材料(即膜材料，可以是金属或非金属，但多为金属)加热蒸发成原子(或分子)进入气相，然后沉积在工件(衬底)材料表面，而形成薄膜镀层。根据蒸镀材料的熔点不同，其加热方式有电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光蒸发等多种。其工艺特点是：设备、工艺、操作均较简单；适镀材料广泛，玻璃、陶瓷、有机合成材料、纤维、木材、纸等均可；沉积速度快，但绕镀能力差；因气化粒子的动能低，镀层与基体结合力较弱，镀层较疏松，故耐冲击、耐磨损性能不高，此点限制了真空蒸镀膜在强化机械零件方面的应用(如耐磨)；高熔点物质和低蒸汽压物质(如Pt、Mo等)的真空镀膜制作困难。
2)溅射镀膜是在一定的真空条件下，用荷能离子(如氩离子，可通过辉光放电获得)轰击某一靶材(即镀膜材料，常为阴极)，从而在其表面溅射出原子(或分子)进入气相，然后这些溅射粒子在工件表面(与阳极相连)沉积而形成镀层。其工艺特点是：由于气化粒子的动能大(为真空蒸镀的100倍)，故镀膜致密且与基体材料的结合力高；适用材料广泛，基体材料和镀膜材料均可是金属或非金属，可制造真空蒸镀难于得到的高熔点材料镀膜；均镀能力好，但绕镀性稍差；主要缺点是镀膜沉积速度较慢、设备昂贵。
3)离子镀是在含有惰性气体(如氩气)的真空中，利用气体放电对已被蒸发的粒子(气化原子或分子)离化和激化，在气体离子和沉积材料离子轰击作用的同时，于基体材料表面沉积形成镀膜。由此可见，离子镀将辉光放电、等离子体技术与真空蒸镀技术结合在一起，兼具蒸发镀的沉积速度快和溅射镀的离子轰击清洁表面及高动能气化粒子的特点，因而应用极为广泛。其主要特点是：镀层质量高、附着力强、绕镀与均镀能力好、沉积速度快等；但受蒸发源限制，高熔点镀膜材料的蒸发镀有一定困难，且设备复杂、昂贵。
真空蒸镀物理气相沉积技术目前主要用于表面功能与装饰用途。具有代表性的应用是各种光学膜(如透镜反射膜、电致发光膜等)，电学膜(导电、绝缘、半导体等)，磁性能膜(如磁带)，耐蚀膜，耐热膜，润滑膜，各种装饰膜(如固体材料表面的金、银膜)，太阳能电池等。
与真空蒸镀相比，溅射镀和离子镀物理气相沉积技术的镀膜质量较高(如致密、气孔少)且与基体材料结合牢固(尤其是离子镀)，故除可起到真空蒸镀相同的作用外，还可在材料表面形成耐磨强化膜(如TiN、TiC、Al2O3)，拓宽了气相沉积技术在结构零件和工具、模具上的应用。
4.6.2.2化学气相沉积
化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简写CVD)是利用空间气相反应在基材表面上沉积固态薄膜的工艺技术。化学气相沉积可根据气相反应的激发方式不同分为：热化学气相沉积(TCVD)、放电激发气相沉积(如等离子体PACVD)、辐射激发气相沉积等多种；按反应温度高低不同分为：高温CVD(>900℃)、中温CVD(500～800℃)和低温CVD(<500℃)。热化学气相沉积是最觉见的类型，其反应需高温激发，一般大于1000℃，这将限制CVD的应用范围。
化学气相沉积的基本过程为：把含有涂层材料元素的反应物质在较低温度下汽化，然后送入高温的反应室与工件表面接触产生高温化学反应，析出合金或金属及其化合物沉积于工件表面形成涂层。例如，在钢件表面沉积TiC涂层，是将钢件置于通入氢气的炉内，加热至900～1100℃，以氢气作为载体气将TiCl4和CH4带入真空反应室并发生下述化学反应：
TiCl4+CH4+H2—→TiC+4HCl↑+H2↑
生成TiC沉积钢件表面。
化学气相沉积的主要特点有：①在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而沉积固体；②可在常压或低压下进行沉积，一般而言低压效果要好些。当采用等离子和激光辅助技术可显著促进化学反应，使沉积可在较低温度下进行；③可沉积各种晶态或非晶态、成分精确可控的无机薄膜材料；④沉积层纯度高、致密，气孔极少，与基体的结合力强；⑤均镀性与绕镀性好，可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀制；⑥设备和工艺操作较简单。普通热化学气相沉积的最大缺点是沉积温度较高(>1000℃)，对不允许或难于高温加热的基体材料(如控制变形的精密件)，则必须采用放电激发或辐射激发的CVD技术，如采用辉光放电激发CVD，其沉积温度可降至300～500℃。
应用CVD法可在钢铁、硬质合金、有色金属、无机非金属等材料表面制备各种用途的薄膜，主要是绝缘体薄膜、半导体薄膜、导体及超导体薄膜以及耐蚀、耐磨薄膜等。常用于耐蚀、耐磨的CVD涂层是各种金属陶瓷涂层，这些涂层一般都具有高硬度、高耐磨性、高耐蚀性、抗氧化性等性能，其典型应用主要有以下两方面：
①CVD涂层硬质合金刀具为进一步提高硬质合金刀具的耐磨性，常在硬质合金刀具表面用CVD法沉积TiC、TiN、α－Al2O3涂层及Ti (C，N)、TiC－Al2O3复合涂层等。涂层刀具主要有滚刀、插齿刀、车刀、丝锥、钻头、绞刀等。TiC涂层硬度为3 000～3 200HV，与无涂层刀具相比，TiC涂层硬质合金刀具具有高硬度、摩擦系数小、切削速度高、耐磨性好、寿命长、机加工成本低等优点。如粗车45钢轴外圆，加工数由23件增至80件。TiN 涂层的硬度为1 800～2450HV，由于其涂层的特殊性质，因而该涂层比TiC涂层刀具更耐磨。A1203涂层的硬度为3 100HV，具有很高的化学稳定性和抗腐蚀能力，可承受1000℃以上高温，特别适于高速切削。α－Al2O3涂层刀具比无涂层刀具寿命提高5倍，比TiC涂层刀具高2倍。
②CVD涂层钢制工模具及耐磨零件CVD涂层也适于钢制切削刀具、螺纹加工刀具、成形刀具、冲头、模具及夹具和一些要求耐磨损、耐腐蚀零件。例如，为提高冷成形加工的钢制冲头、凹模、刀具等的抗黏着磨损，采用TiC、TiN涂层或复合涂层，可提高使用寿命近10倍。又如，采用中温沉积的TiC涂层可大大提高塑料模具的寿命，通常比渗氮模具高9～14倍。除磨粒磨损外，由于某些塑料还伴有氯和氟的化合物的逸出，因而模具还存在腐蚀问题，采用Cr2C与TiN复合涂层成为防止腐蚀的有效措施。
表4-3为各种气相沉积技术的基本特点的比较。
物理气相沉积(PVD)技术 第一节概述 物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用，但在最近30年迅速发展，成为一门极具广阔应用前景的新技术。，并向着环保型、清洁型趋势发展。20世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面达到越来越为广泛的应用。 物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。 溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。 离子镀基本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。 物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤： (1)镀料的气化：即使镀料蒸发，异华或被溅射，也就是通过镀料的气化源。 (2)镀料原子、分子或离子的迁移：由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。 (3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。 物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光
膜是什么？ 新华字典： 膜：①动植物体内象薄皮的组织；②象膜的薄皮。 这种解释“膜”就是薄皮，因此又有薄膜之说，我们所要探讨的特指薄膜。至于其他的膜种比如耳膜、骨膜、肋膜由医学界研究，还有敏感部位与节操有关的膜大部分被腐败的领导们研究了，在此也不做赘述。 薄膜又是什么呢？ 《薄膜科学与技术》：膜是两个几何学平行平面向所夹的物质。薄膜多数是由一个个的原子以无规则的方式射到平整表面上，并使其凝结而形成的，在薄膜形成的初期，由于原子的表面迁移、生核等，从徽观上，所得到的物质多数为是丘陵似的岛状结构，在这种状态下从宏观上可看作是各向同性且均匀，这种物质即为薄膜。 通俗讲薄膜就是贴皮：A物质（可以多种构成）以原子或离子态附着在B物质上，且A物质同时满足以下几个条件：薄、匀、牢、密，各种涂层形成的表面都可以叫做薄膜。 多薄才可以叫薄膜呢？ 木有严格定义，一般来说应该比B物质薄、不影响B物质使用且能够起保护作用或提高B物质功能属性。
薄膜起什么作用？ 首先是保护，薄膜附着在机体上，可以首先磨损薄膜，防腐蚀耐磨损；其次是改性，使原来的物质具备薄膜的物理属性：提高硬度、提高耐高温能力、降低摩擦系数；第三改变颜色，使机体更炫更美。 薄膜的物理属性有哪些？ 1、有一定的厚度，无论多薄的膜，都有一定的厚度； 2、薄膜有一定的致密性，孔隙率越小致密性越大，膜的质量 月好； 3、有一定的硬度，根据使用要求不同，薄膜应该满足相应的 硬度需求，由于薄膜的构成和制备工艺不同硬度也千差万别； 4、有一定的结合力，薄膜和机体的结合力应该满足使用要求； 其结合力的强度决定于薄膜的构成和制备工艺； 5、薄膜有特定的色泽，薄膜成分不同会产生万紫千红、色彩 斑斓的表面颜色，根据需求选择适合的元素搭配。 薄膜有哪些分类？ 致密性薄膜从大类上可分为装饰膜和功能膜两种。 功能膜又可以分成硬膜和润滑膜。 如何测量膜的硬度？ 硬度是材料抵抗异物压入的能力，是材料多种力学性能的综合表
气相沉积综述(总6页)本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
气相沉积技术研究现状及应用 任强，吴玉萍 （河海大学，南京） 摘要:本文主要阐述了气相沉积技术的研究现状，介绍了化学气相沉积技术和物理气相沉积技术，分析并展望了其未来的发展趋势。 关键词：材料表面工程；气相沉积；薄膜技术； The Recent Research andApplication of Vapor Deposition Technology REN Qiang,Wu Yuping (College of Mechanical and Eletronic Engineering ,Hohai University, Nanjing,China) Abstract:This article mainly expounds the research status quo of vapor deposition technology, introduces the chemical va por deposition technology and physical vapor deposition techno logy, analyses and prospects its development trend of the fu ture. Keywords: Material Surface Engineering; Vapor deposition; Thin film technology 0 前言 涂层材料近十几年来的迅速发展和应用，无疑是和各种气相沉积技术的发展有着密切的关系。气相沉积技术是一种获得薄膜的技术，它不仅可以用来制备各种特殊力学性能（如超硬、高耐蚀、耐热和抗氧化等）的薄膜涂层，而且还可以用来制备各种功能薄膜材料和装饰薄膜涂层。它是在真空中产生待沉积材料的蒸汽，然后将其冷凝于基体材料上，而产生所需要的膜层。主要有物理气相沉积(PV D)和化学气沉积(CVD)，以及在此基础上发展的物理化学气相沉积(PCVD)。在物理气相沉积情况下，膜层材料由熔融或固体状态经蒸发或溅射得到，而在化学气相沉积情况下，沉积物由引人到高温沉积区的气体离解所产生[1]。 由于气相沉积获得的膜层具有结构致密、厚度均匀、与基材结合力好等优点，尤其是可以制备多种功能性薄膜，因此作为一种新的表面改性技术，它引起了极大的关注和研究，得到了迅速的发展。已成功地应用于机械加工(如各种刀具等)、建筑装修、装饰、汽车、航空、航天、食品包装、微电子光学等各个领域中。 1化学气相沉积
1 第二章 物理气相沉积 一、物理气相淀积（Physical Vapor Deposition, PVD ）的第一类 1、电阻热蒸发（thermal vaporization ） 蒸发材料在真空室中被加热时，其原子或分子就会从表面逸出，这种现象叫热蒸发。 A 、饱和蒸气压P V 在一定温度下，真空室中蒸发材料的蒸汽在与固体或液体平衡过程中所表现出的压力称为该温度下的饱和蒸汽压。 () L G V V V T H dT dP -?= ?H ：mol 汽化热，T ：绝对温度。 V G 、V L ：分别为汽相和液相mol 体积。 RT H C P V ?- =ln R ：气体普适常数 T B A P V - =ln 下图给出了以lgP V 和lgT 为坐标而绘制的各种元素的饱和蒸汽压曲线。 图2-1 某些元素的平衡蒸气压
2 饱和蒸汽压随着温度升高而迅速增加。由上图1曲线知， a. 达到正常薄膜蒸发速率所需的温度，即P V =1Pa 时温度； b. 蒸发速率随温度变化的敏感性； c. 蒸发形式：蒸发温度高于熔点，蒸发状态是熔化的，否则是升华。 下表是几种介质材料的蒸汽压与温度的关系 B 、蒸发粒子的速度和能量 C T KT E M RT m KT v kT mv E m m 2500~1000 2 3 332122 === === 平均速度105cm/s ，eV E 2.0~1.0= C 、蒸发速率和淀积速率 ()[] mkT P P dt A dN h V e πα2/Re -=?= （个/米2 ·秒） dN ：蒸发粒子数，α e ：蒸发系数，A ：面积 P V ：饱和蒸汽压；P h ：液体静压，m ：原子量， K ：玻耳兹曼常数。 设α e =1， P h =0 mkT Pv π2/Re = 质量蒸发速率：
物理气相沉积(PVD)技术 第一节 概述 物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用，但在最近30年迅速发展，成为一门极具广阔应用前景的新技术。，并向着环保型、清洁型趋势发展。20世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面达到越来越为广泛的应用。 物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。 物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。 溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。 电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。 离子镀基本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。 物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤： (1)镀料的气化：即使镀料蒸发，异华或被溅射，也就是通过镀料的气化源。 (2)镀料原子、分子或离子的迁移：由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。 (3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。 物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。随着高科技及新兴工业发展，物理气相沉积技术出现了不少新的先进的亮点，如多弧离子镀与磁控溅射兼容技术，大型矩形长弧靶和溅射靶，非平衡磁控溅射靶，孪生靶技术，带状泡沫多弧沉积卷绕镀层技术，条状纤维织物卷绕镀层技术等，使用的镀层成套设备，向计算机全自动，大型化工业规模方向发展。 第二节 真空蒸镀
论述物理气相沉积和化学气相沉积的优缺点 物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。 溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。 离子镀基本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。 物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤： (1)镀料的气化：即使镀料蒸发，异华或被溅射，也就是通过镀料的气化源。 (2)镀料原子、分子或离子的迁移：由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。 (3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。 物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。 随着高科技及新兴工业发展，物理气相沉积技术出现了不少新的先进的亮点，如多弧离子镀与磁控溅射兼容技术，大型矩形长弧靶和溅射靶，非平衡磁控溅射靶，孪生靶技术，带状泡沫多弧沉积卷绕镀层技术，条状纤维织物卷绕镀层技术等，使用的镀层成套设备，向计算机全自动，大型化工业规模方向发展。 化学气相沉积是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料，这些功能材料必须是高纯的，或者是在高纯材料中有意地掺人某种杂质形成的掺杂材料。但是，我们过去所熟悉的许多制备方法如高温熔炼、水溶液中沉淀和结晶等往往难以满足这些要求，也难以保证得到高纯度的产品。因此，无机新材料的合成就成为现代材料科学中的主要课题。 化学气相沉积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，也可以是III-V、II-IV、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。目前，化学气相
粉末冶金基本知识篇 绪论 粉末冶金（也称金属陶瓷法）：制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。 粉末冶金工艺：1）、制取金属、合金、金属化合物粉末以及包覆粉末； 2）、将原料粉末通过成形、烧结以及烧结后的处理制得成品。大概流程：物料准备（包括粉末预先处理（如加工，退火）、粉末分级、混合和干燥等）→成形→烧结→烧结后处理（精整、浸油、机加工、热处理、粉末冶金的特点： 1. 能生产用普通熔炼方法无法生产的具有特殊性能的材料： ①能控制制品的孔隙度(多孔材料、多孔含油轴承等)； ②能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果，生产各种特殊性能的材 料（钨-铜假合金型的电触头材料、金属和非金属组成的摩擦材料等）； ③能生产各种复合材料。 2.粉末冶金方法生产的某些材料，与普通熔炼法相比，性能优越： ①高合金粉末冶金材料的性能比熔铸法生产的好（粉末高速钢可避免成分 的偏析）； ②生产难熔金属材料或制品，一般要依靠粉末冶金法（钨、钼、铌等难熔 金属）。 粉末冶金技术的优越性和局限性： 优越性：1）、无切削、少切削，能够大量节约材料，节省能源，节省劳动。普通铸造合金切削量在30-50%，粉末冶金产品可少于5%。2）、能够大量能够制备其他方法不能制备的材料。3）、能够制备其他方法难以生产的零部件。 局限性：1、粉末成本高；2、制品的大小和形状受到一定限制；3、烧结零件的韧性较差。 常用粉末冶金材料：粉末冶金减摩、多孔、结构、工具模、高温和电磁材料。 第一章：粉末的制取 第一节：概述 制粉方法分类： 机械法：由机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法。物理法：采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变，获得粉末。 化学法：依靠化学或电化学反应，生成新的粉态物质（气相沉积、还原化合、电化学发）。 在固态下制取粉末的方法包括：有机械粉碎法和电化腐蚀法；还原法；还原-化合法。 在气态制备粉末的方法包括:蒸气冷凝法；羟基物热离解法。 在液态制备粉末的方法有:雾化法；置换法、溶液氢还原法；；水溶液电解法；熔盐电解法。 从过程的实质看，现有制粉方法大体上可归纳为两大类，即机械法和物理化学法。机械法是将原材料机械地粉碎，而化学成分基本上不发生变化；物理化学法是
气相沉积 简介 CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积），指把含有构成薄膜元素的气态反 应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。经过CVD处理后，表面处理膜密着性约提高30%，防止高强力钢的弯曲，拉伸等成形时产生的刮痕。 特点 沉积温度低，薄膜成份易控，膜厚与淀积时间成正比，均匀性，重复性好，台阶覆盖性优良。 制备的必要条件 1）在沉积温度下，反应物具有足够的蒸气压，并能以适当的速度被引入反应室；2）反应产物除了形成固态薄膜物质外，都必须是挥发性的； 3）沉积薄膜和基体材料必须具有足够低的蒸气压。 PVD是英文Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）的缩写，是指在真空条件 下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。 涂层技术 增强型磁控阴极弧：阴极弧技术是在真空条件下，通过低电压和高电流将靶材离化成离子状态，从而完成薄膜材料的沉积。增强型磁控阴极弧利用电磁场的共同作用，将靶材表面的电弧加以有效地控制，使材料的离化率更高，薄膜性能更加优异。 过滤阴极弧：过滤阴极电弧(FCA )配有高效的电磁过滤系统，可将离子源产生的等离子体中的宏观粒子、离子团过滤干净，经过磁过滤后沉积粒子的离化率为100%，并且可以过滤掉大颗粒，因此制备的薄膜非常致密和平整光滑，具有抗腐蚀性能好，与机体的结合力很强。 磁控溅射：在真空环境下，通过电压和磁场的共同作用，以被离化的惰性气体离子对靶材进行轰击，致使靶材以离子、原子或分子的形式被弹出并沉积在基件上形成薄膜。根据使用的电离电源的不同，导体和非导体材料均可作为靶材被溅射。 离子束DLC：碳氢气体在离子源中被离化成等离子体，在电磁场的共同作用下，离子源释放出碳离子。离子束能量通过调整加在等离子体上的电压来控制。碳氢离子束被引到基片上，沉积速度与离子电流密度成正比。星弧涂层的离子束源采用高电压，因而离子能量更大，使得薄膜与基片结合力很好；离子电流更大，使得DLC膜的沉积速度更快。离子束技术的主要优点在于可沉积超薄及多层结构，工艺控制精度可达几个埃，并可将工艺过程中的颗料污染所带来的缺陷降至最小。
物理气相沉积真空镀膜设备介绍 （上海大学材料科学与工程学院电子信息材料系，上海200444） 摘要：本文主要介绍了五类物理气相沉积的真空镀膜设备。五种设备分别为：电阻式蒸发装置、电子束蒸发装置、电弧蒸发装置、激光蒸发装置以及空心阴极蒸发装置。介绍了相关设备的原理，优缺点等。其中，着重列出了有关电子束蒸发装置的其中一个应用，是厚度为200μm左右的独立式的铁铬-Y2O3非晶态/晶态复合涂层的已经从基板温度500oC左右的铁铬和氧化钇材料的电子束物理气相沉积产生。 Abstract:It describes the five physical vapor deposition vacuum coating equipment in this article.Five kinds of equipment are: resistive evaporation apparatus, an electron beam evaporation apparatus, arc evaporation apparatus, laser evaporation apparatus and a hollow cathode evaporation apparatus.It introduces the principle of related equipment, advantages and disadvantages. Emphatically identifies the electron beam evaporation apparatus in which an application.It is that Freestanding FeCrAl-Y2O3 amorphous/crystalline composite coating with a thickness of about 200nm has been produced from electron-beam physical vapor deposition of FeCrAl and yttria materials with a substrate temperature of 500 ℃ around. 关键词：电阻式蒸发装置、电子束蒸发装置、电弧蒸发装置、激光蒸发装置、空心阴极蒸发装置 Keyword :Resistive evaporation apparatus, an electron beam evaporation apparatus, arc evaporation apparatus, a laser evaporation apparatus, a hollow cathode evaporation device
防指纹涂层剂的相关知识普及 常被触摸的表面通常易于被指纹、皮肤上的油脂、汗水和化妆品所污染。只有无指纹的屏幕可以有无限的多媒体享受。触摸屏表面指纹的积聚，除了外观不太有吸引力，还会导致触摸面板的可读性迅速下降，这降低了设备的可用性。并且屏幕上的指纹，对有强迫症患者来说肯定是一场噩梦。 现在有一种新材料出现可以解决这个问题，那就是防指纹涂层剂。什么是防指纹涂层剂呢？它有什么特性、作用呢？它又该怎么使用和储存呢？下面就由EUBO优宝小编一一告诉大家。 什么是防指纹涂层剂 优宝防指纹涂层剂是新型的功能性全氟聚醚 (PFPE)聚合物，具有含氟聚合物的疏油和低摩擦系数的特性，同时也具有疏水和耐久特性。它主要应用于触摸屏的防水防油表面处理，减少在表面上粘附的灰尘和指印。通过对PFPE 聚合物与功能性封端的烷氧基硅烷反应，可以使目前的表面获得更好的耐摩擦和耐久抗污性。功能化PFPE通过活性端基团和基材表面化学键合紧密连接，优良的粘接提供了触摸屏显示器应用所需要的持久性和耐磨性。 优宝防指纹涂层剂特点： 减少指纹及各种污渍附着，提高擦拭清洁能力 优异的防水防污效果 化学键合，耐久性强 有效防止表面划伤 低摩察系数表面 均匀超薄的涂层保持基材本身的光学特性 高性能的憎水憎油纳米涂层 塑料、金属、玻璃表面上、常温下形成涂覆 形成极薄纳米级的透明且柔软性高的薄膜 极低的表面张力（11~12mN/m），易于涂覆，优异的防水、防油及防污效果 提供优异的作业环境 室温下干燥速度快，提高工作效率
无毒产品，是安全产品 无闪点、安全性高产品 保护环境的绿色产品 不含氯和溴 不会破坏臭氧层，ODP值为0 地球温室效应值，GWP为 320 优宝防指纹涂层剂用途广泛： 触摸屏玻璃面板（手机、显示器）、玻璃制品、塑料、金属制品、陶瓷材料等典型的应用包括： ?平板显示器 ?电子设备触摸屏显示器 ?办公OA设备 ?手机部件 ?光学镜头和光学产品 优宝防指纹涂层剂重要指标：
现代材料加工工艺、技术与装备 题目：气相沉积技术 姓名：肖彦荣 学号：123312053 学院：粉末冶金研究院
1.概述 1.1 气相沉积的分类及特点 气相沉积技术是近30年来迅速发展的一门新技术，它是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。这种技术的应用有十分广阔的前景。气相沉积基体过程包括三个走骤：即提供气相镀料；镀料向所镀制的工件（或基片）输送；镀料沉积在基片上构成膜层。沉积过程中若沉积粒子来源于化合物的气相分解反应，则称为化学气相沉积（CVD）；否则称为物理气相沉积（PVD），还有一种是物理化学气相沉积（PVCD）。物理气相沉积与化学气相沉积的主要区别在于获得沉积物粒子(原子、分子、离子)的方法及成膜过程不同。化学气相沉积主要通过化学反应获得沉积物的粒子并形成膜层。物理气相沉积主要是通过蒸发或辉光放电、弧光放电等物理方法获得沉积物粒子并形成膜层。物理化学气相沉积主要是利用产生等离子体的物理方法增强化学反应沉积，降低沉积温度，获得膜层的方法。 气相沉积分类 气相沉积一般在密封系统的真空条件下进行，除常压化学气相沉积(NPLVD)系统的压强约为一个大气压外，都是负压。沉积气氛在真空室内反应，原料转化率高，可以节约贵重材料资源。气相沉积可降低来自空气等的污染，所得到的沉积膜或材料纯度高。能在较低温度下制备高熔点物质如各种超硬涂层。适于制备多层复合膜、层状复合材料和梯度材料。如在硬质合金刀具表面用CVD法沉积TiC-Al2O3-TiN的复合超硬膜；用PCVD法沉积Ti-TiC系的多
层梯度材料等。 1.2 气相沉积的基本过程 气相物质的产生：一是使镀料加热蒸发产生气相物质；二是用具有一定能量的离子轰击靶材(镀料)，从靶材上轰击出镀料原子。 气相物质的输送：在真空中进行，避免气体碰撞妨碍气相镀料到达基片。 气相物质的沉积：气相物质在基片上沉积是一个凝聚过程。根据凝聚条件的不同，可以形成非晶态膜、多晶膜或单晶膜。 2.物理气相沉积（PVD） 2.1 概述 物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。 溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。离子镀基本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。 物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤： (1)镀料的气化：即使镀料蒸发，异华或被溅射，也就是通过镀料的气化源。 (2)镀料原子、分子或离子的迁移：由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。 (3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。 物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等
液相制备纳米材料的原理、方法和形成机理 液相法实在液体状态下通过化学反应制取纳米材料方法的总称，又称为湿化学法或溶液法。现在,有各种各样的制备方法，文献中无公认一致的分类方法，相反还有些凌乱。为清晰醒目，特点明显，便于理解。这里将液相材料的纳米制备方法分为:沉淀法、溶胶—凝胶(sol-gel）法、水热法、化学还原法、化学热分解法、微乳胶法、声化学法、电化学法和水中放电法等9中。本章就沉淀法、溶胶—凝胶(sol-gel）法加以讨论。 沉淀法 沉淀法是在金属盐溶液中加入沉淀剂，进行化学反应，生成难容性的反应物，在溶液中沉淀下来，或将沉淀物加热干燥和煅烧，使之分解得到所需要的纳米材料的方法。沉淀法又主要分为共沉淀(CP），分布沉淀（SP），均匀沉淀（HP）等几种。下面对这几种沉淀法做一简要分析。 含1种或多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后,所有离子完全沉淀的方法称共沉淀法。（包括:单项共沉淀发和混合共沉淀法）下图给出共沉淀法的典型工艺流程。
沉淀物为单一化合物或单相固溶体时，称为单相共沉淀，亦称化合物沉淀法。其原理为溶液中的金属离子是以具有与配比组成相等的化学计量化合物形式沉淀的，因而，当沉淀颗粒的金属元素之比就是产物化合物的金属元素之比时,沉淀物具有在原子尺度上的组成均匀性。但是，对于由二种以上金属元素组成的化合物,当金属元素之比按倍比法则,是简单的整数比时,保证组成均匀性是可以的。然而当要定量的加入微量成分时,保证组成均匀性常常很困难，靠化合物沉淀法来分散微量成分,达到原子尺度上的均匀性.如果是形成固溶体的系统是有限的,固溶体沉淀物的组成与配比组成一般是不一样的，则能利用形成固溶体的情况是相当有限的.要得到产物微粒，还必须注重溶液的组成控制和沉淀组成的管理。为方便理解其原理以利用草酸盐进行化合物沉淀的合成为例.反应装置如图: 图利用草酸盐进行化合物沉淀的合成装置
表面活性剂辅助化学气相沉积法 制备高性能GaSb纳米线 摘要： 虽然基于GaSb纳米线的各种电子器件和结构已经可以实现，但是由于对纳米线径向生长过程的控制过程不易实现，从而会导致结构的不均匀和制备出的纳米线直径过大（在几十个纳米以上），从而不利于该类器件性能的进一步提升。本文中，我们使用硫表面活性剂，通过化学气相沉积的方法，制备出了非常均匀的薄膜材料，GaSb纳米线的直径在20nm以下。与通常用于液相和薄膜制备技术的表面活性剂作用机制不同，硫原子有助于在纳米线界面形成稳定的S-Sb键，能够有效地稳定晶体界面，并抑制纳米线在径向的无规生长。将该类材料应用到晶体管中，表现出非常优异的电性能，其空穴迁移率峰值达到200 cm2V-1s-1，比现有报道的GaSb纳米线设备的相关性能要优异。相关研究结果表明这种表面活性剂辅助法，是制备高性能小直径的GaSb纳米线的有效方法。
在过去的十几年里，由于具有比较独特的物理化学性质，一维(1D)半导体纳 米线(NWs)已引起了广泛的关注，被用于下一代电子、光电、光伏等器件的主要组成部分。虽然已经在NW成核的控制和二元、三元系统的组成等方面取得了 显著的研究进展，但是对于纳米线形态的和NWs长度尺度(特别是从原子水品上)的控制依然是一项技术挑战，特别是对于非常重要的III-Sb纳米线。一般来说，III-Sb纳米线很难以直径较小的催化剂粒子为基础通过化学气相淀积(CVD)等其 他方法来制备得到，从而其制备出的直径都要比III-As NWs的直径大。这主要 是因为需要的前驱体的分压高，并且Sb原子的大小较大。特别是在CVD过程中，由于Gibbs-Thomson效应使得Sb的过度饱和度在较小的催化剂粒子作用下显著降低，因此小直径NWs的制备只能通过增加前驱体的浓度来实现。除此之外，Sb较大的原子半径会影响表面活性剂的作用效果，Sb原子一般会在生长界面的上表面漂浮，从而影响表面或界面能量和减少吸附原子的迁移长度。因此，上述这些因素将不可避免地产生不可控径向(vapour-solid,VS)的生长，不利于 III-Sb NWs直径的控制。 到目前为止，很少有研究工作能够合成出小直径(低于几十纳米)的III-Sb NWs，然而小直径的NWs是改善电子设备和器件的应用性能所必需的。例如，小型化的InSb NWs被证实具有Majorana费米粒子的形成。GaSb NWs在单电子晶体管、自旋电子学和高效能的设备结构的应用方面具有突出的应用优势，因为小直径可以减少载流子的热效应，并且可以通过门静电耦合以及更少的散射来提高其应用性能。因此，要减少NW的不可控径向生长，需要对相应的表面能量进行操纵，这是提高III-Sb NWs设备和器件的实际应用与性能优化的重要途径。 最近的研究结果表明，采用较高的Sb分压和异质结构，Sb在催化剂粒子中 的过度饱和得到有效控制，从而GaSb NWs成功缩小到32 nm。结果发现，随着Sb分压的进一步增加，其径向生长增加，从而并没有减少NW的直径。在本文 所述的研究中，我们探索了表面活性剂的使用(硫表面活性剂)对CVD法制备小 直径NWs的作用效果，以获得GaSb NWs的直径能小于20nm。与液相中(例如,溶剂热和水热合成法)的表面活性剂的作用机制不同，硫原子通常用于III-V 半 导体的表面钝化，导致在生长的NW表面形成S-Sb键，能够有效地稳定晶体界面，从而抑制纳米线的径向增长。重要的是，获得的NWs具有高度化学计量匹
陶瓷涂层技术知识 一、金属基陶瓷涂层简介 金属基陶瓷涂层是指涂在金属表面上的耐热无机保护层或表面膜的总称。他能改变金属底材料外表面的形貌、结构及化学组成，并赋予底材料新的性能。涂层的种类很多；按其组成可分为硅酸盐系涂层、氧化物涂层、非氧化物涂层及复合陶瓷涂层等，按工艺方法可分为熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积及扩散涂层、低温烘烤涂层、电化学工艺涂层、溶胶-凝胶涂层及原位原位反应涂层等；按其性能与用途可分为温控涂层（包括温控、隔热、红外辐射涂层等）、耐热涂层（包括抗高温氧化、抗腐蚀、热处理保护涂层等）、摩擦涂层（包括减磨、耐磨润滑涂层）、电性能涂层（包括导电、绝缘涂层等）、特种性能涂层（包括电磁波吸收、防原子辐射涂层等）及工艺性能涂层等。 二、金属基陶瓷涂层制备技术 1．喷涂法（等离子喷涂法） 2．化学气相沉积法（CVD）：在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体的某些成分分解，并在基体表面形成一种金属或化合物的固态薄膜镀层。 3．物理气相沉积法（PVD）：离子镀法、溅射法、蒸镀法、离子注入等，离子化使镀层更致密。目前CVD和PVD的界限已不明显，两者相互渗透，CVD技术引入等离子活化等物理过程，出现了PACVD技术，PVD技术也引入反应气体产生化学过程。 4．复合镀层 5．溶胶-凝胶法 6．原位反应法 三、应用 航天航空工业：航天飞机机身外皮发动机涡轮叶片燃烧室内壁齿轮箱传送装置 电力电子工业：增加介电常数 汽车工业：为了减轻重量而开发新一代汽车发动机，欧洲、日本的汽车制造厂已经采用了合金上电解沉积Ni-SiC复合镀层，这种镀层还能大大提高耐膜性能、润滑性能和耐高温氧化性能。将氧化锆陶瓷粉末喷涂在内燃机的燃烧室内壁，可提高内燃机的工作温度、节省燃料和简化结构。 切削刀具上的应用：硬度高、耐热粘结性强、化学稳定性高、切削韧性好、切削性能优良等特点。单双三层刀具，陶瓷镀层刀具寿命是原来的1-2倍，多镀层刀具是陶瓷镀层刀具寿命的0.5-1倍， 冶金和机械工业：金属的冶炼热加工和热处理都要在高温下进行，防止金属的高温氧化、渗氮、渗氧，往往在金属表面涂热处理保护涂层。 生物医学的应用：改善人体与金属的生物相容性。 石油化工：防腐 陶瓷、玻璃生产：增加强度和寿命 食品包装：耐热、高阻隔、透明度 四、发展方向 1．发展新涂层：研究解决陶瓷涂层与金属基体的热膨胀系数匹配问题，从而提高涂层与金属的结合力。 2．发展新工艺：简便、成本低、生产效率高以及产生无缺陷涂层的工艺 3．无损探伤方法，韧性、粘结强度等。 五、金属陶瓷镀膜技术在车用内燃机上的应用 为降低内燃机活塞环与气缸套表面的摩擦因数，提高发动机的机械效率，进而提高内燃机的性能，在内燃机活塞环上应用了金属陶瓷镀膜技术。采用此项技术后，发动机成本仅增加3%-5%，而整机动力性和经济性得到了明显改善，实用价值很高。
PVD简介 PVD是英文Physical Vapor Deposition的缩写，中文意思是“物理气相沉积”，是指在真空条件下，用物理的方法使材料沉积在被镀工件上的薄膜制备技术。 2. PVD镀膜和PVD镀膜机— PVD(物理气相沉积)镀膜技术主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。对应于PVD技术的三个分类，相应的真空镀膜设备也就有真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机这三种。 近十多年来，真空离子镀膜技术的发展是最快的，它已经成为当今最先进的表面处理方式之一。我们通常所说的PVD镀膜，指的就是真空离子镀膜；通常所说的PVD镀膜机，指的也就是真空离子镀膜机。 3. PVD镀膜技术的原理— PVD镀膜（离子镀膜）技术，其具体原理是在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。 4. PVD镀膜膜层的特点— 采用PVD镀膜技术镀出的膜层，具有高硬度、高耐磨性（低摩擦系数）、很好的耐腐蚀性和化学稳定性等特点，膜层的寿命更长；同时膜层能够大幅度提高工件的外观装饰性能。 5. PVD镀膜能够镀出的膜层种类— PVD镀膜技术是一种能够真正获得微米级镀层且无污染的环保型表面处理方法，它能够制备各种单一金属膜（如铝、钛、锆、铬等),氮化物膜（TiN、ZrN、CrN、TiAlN）和碳化物膜（TiC、TiCN),以及氧化物膜（如TiO等)。 6. PVD镀膜膜层的厚度— PVD镀膜膜层的厚度为微米级，厚度较薄，一般为0.3μm ～5μm，其中装饰镀膜膜层的厚度一般为0.3μm ～1μm ，因此可以在几乎不影响工件原来尺寸的情况下提高工件表面的各种物理性能和化学性能，镀后不须再加工。 7. PVD镀膜能够镀出的膜层的颜色种类— PVD镀膜目前能够做出的膜层的颜色有深金黄色，浅金黄色，咖啡色，古铜色，灰色，黑色，灰黑色，七彩色等。通过控制镀膜过程中的相关参数，可以控制镀出的颜色；镀膜结束后可以用相关的仪器对颜色进行测量，使颜色得以量化，以确定镀出的颜色是否满足要求。 8. PVD镀膜与传统化学电镀（水电镀）的异同— PVD镀膜与传统的化学电镀的相同点是，两者都属于表面处理的范畴，都是通过一定的方式使一种材料覆盖在另一种材料的表面。两者的不同点是：PVD镀膜膜层与工件表面的结合力更大，膜层的硬度更高，耐磨性和耐腐蚀性更好，膜层的性能也更稳定；PVD镀膜不会产生有毒或有污染的物质。 9. PVD镀膜技术目前主要应用的行业— PVD镀膜技术的应用主要分为两大类：装饰镀膜和工具镀膜。装饰镀的目的主要是为了改
化学气相沉积设备与装置 化学气相沉积设备与装置 136 化学工程与装备 ChemicalEngineering&Equipment 2011年第3期 2011年3月 化学气相沉积设备与装置 韩同宝 (中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司敦煌经理部,甘肃敦煌736200) 摘要:本文介绍了化学气相沉积设备的系统组成与典型装置,讨论了几种典型装置特点对化学气相沉积 过程的影响,分析和总结了典型装置的维护对沉积参数控制精度及沉积过程的 影响. 关键词:化学气相沉积;设各:装置 前言 化学气相沉积(CvD)技术是一种新型的材料制备方法, 它可以用于制各各种粉 体材料,块体材料,新晶体材料,陶瓷纤维,半导体及金刚石薄膜等多种类型的材料,广泛应用于宇航工业上的特殊复合材科,原子反应堆材料,刀具材料, 耐热耐磨耐腐蚀及生物医用材料等领域.同传统材料制各技术相比,Cv1)技术具有以下优点:(1)可以在远低于材科熔点的温度进行材料合成:(2)可以控制合成材料的元素组成, 晶体结构,微观形貌(粉末状,纤维状,技状,管状,块状 等):(3)不需要烧结助剂,可以高纯度合成高密度材料;(4) 可以实现材料结构 微米级,亚微米级甚至纳米级控制:(5) 能够进行复杂形状结构件及图层的制备;(6)能够制备梯度复合材料及梯度涂层和多层涂层:(7)能够进行亚稳态物质
及新材料的合成.目前,CVD己成为大规模集成电路的铁电材料,绝缘材料,磁性 材料,光电子材料,高温热结构陶瓷基复合材料及纳米粉体材料不可或缺的制备技术. 关于CVD技术的热力学,动力学,各种新型CVD方法及制各粉体,薄膜,纤维,块体,复合材料的研究已经有了大量的报道.然而,关于CVD设备与装置的系统报道却 很少见. 本文对CVD设备的系统组成,典型装置与仪器及其维护进行了分析和总结. 1CvD设备系统的构成 任何一种CVD系统都需要满足以下四个最基本的需求: 传输和控制先驱体气体,载气和稀释气体进入反应室:提供激发化学反应的能量源:排除和安全处理反应室 的副产物废气:精确控制反应参数,温度,压力和气体流量.对于大规模的生产,还 必须考虑一些其它的需求,如生产量,经济, 安全和维修等. 基于以上的这些要求.CVD设备系统通常要包括一些一些子系统: (1)气体传输系统.用于气体传输和混合:(2)反应 室,化学反应和沉积过程在其中进行:(3)进装科系统,用于装,出炉和产品在反 应室内的支捧装置;(4)能量系统, 为激发化学反应提供能量源;(5)真空系统.用于 捧除反应废气和控制反应压力,包括真空泵,管道和连接装置;(6) 工艺自动控制系统,计算机自动控制系统用于测量和控制沉积温度,压力,气体流量和沉积时间:(7) 尾气处理系统. 用于处理危害和有毒的尾气和柱子,通常包括冷阱,化学阱, 粉尘阱等. 2CvD设备系统的典型装置 2.I反应气体传输装置 CVD的反应物有气体,固体和液体三种形态.反应物为 气态的直接通入或通过载气传送近反应室内.反应物为固体的通过加热变为气 态或溶于无污染溶剂中变为液态经载气传输进反应室内.反应物为液态的可通过直 接蒸发,载气携带和鼓泡方式载入反应室内.气态反应物可通过气体减压器和流量