第6章PVD与CVD
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1. PVD简介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。
2. PVD技术的发展PVD技术出现于二十世纪七十年代末,制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。
最初在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视,人们在开发高性能、高可靠性涂层设备的同时,也在硬质合金、陶瓷类刀具中进行了更加深入的涂层应用研究。
与CVD工艺相比,PVD工艺处理温度低,在600℃以下时对刀具材料的抗弯强度无影响;薄膜内部应力状态为压应力,更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层;PVD工艺对环境无不利影响,符合现代绿色制造的发展方向。
目前PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。
PVD技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合强度,涂层成分也由第一代的TiN发展为TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx、DLC和ta-C等多元复合涂层。
3. 星弧涂层的PVD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。
.PVD和CVD涂层方法涂层方法目前生产上常用的涂层方法有两种:物理气相沉积(PVD) 法和化学气相沉积(CVD) 法。
前者沉积温度为500℃,涂层厚度为2~5μm;后者的沉积温度为900℃~1100℃,涂层厚度可达5~10μm,并且设备简单,涂层均匀。
因PVD法未超过高速钢本身的回火温度,故高速钢刀具一般采用PVD法,硬质合金大多采用CVD法。
硬质合金用CVD法涂层时,由于其沉积温度高,故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(η相),导致刀片脆性破裂。
近十几年来,随着涂覆技术的进步,硬质合金也可采用PVD法。
国外还用PVD/CVD相结合的技术,开发了复合的涂层工艺,称为PACVD法(等离子体化学气相沉积法)。
即利用等离子体来促进化学反应,可把涂覆温度降至400℃以下(目前涂覆温度已可降至180℃~200℃),使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应,可保持刀片原有的韧性。
据报道,这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼(CBN)超硬涂层特别有效。
用CVD法涂层时,切削刃需预先进行钝化处理(钝圆半径一般为0.02~0.08mm,切削刃强度随钝圆半径增大而提高),故刃口没有未涂层刀片锋利。
所以,对精加工产生薄切屑、要求切削刃锋利的刀具应采用PVD法。
涂层除可涂覆在普通切削刀片上外,还可涂覆到整体刀具上,目前已发展到涂覆在焊的硬质合金刀具上。
据报道,国外某公司在焊接;..式的硬质合金钻头上采用了PCVD法,结果使加工钢料时的钻头寿命比高速钢钻头长10倍,效率提高5倍。
涂层成份又有哪些呢?各自的区别在哪里,应用面怎样。
通常使用的涂层有:TiC、TiN、Ti(C.N)、Gr7O3、Al2O3等。
以上几种CVD的硬质涂层基本具备低的滑动摩擦系数,高的抗磨能力,高的抗接触疲劳能力,高的表面强度,保证表面具有足够的尺寸稳定性与基体之间有高的粘附强度。
PVD与CVD涂层工艺比较;..PVD与CVD涂层工艺比较涂层涂层表面主要涂层对环境主要应用领域结合强沉积温度涂层厚度状态材料影响度1.高速钢通用刀具:TiN钻头、丝锥、物立铣刀。
PVD和CVD涂层方法涂层方法目前生产上常用的涂层方法有两种:物理气相沉积(PVD) 法和化学气相沉积(CVD) 法。
前者沉积温度为500℃,涂层厚度为2~5µm;后者的沉积温度为900℃~1100℃,涂层厚度可达5~10µm,并且设备简单,涂层均匀。
因PVD法未超过高速钢本身的回火温度,故高速钢刀具一般采用PVD法,硬质合金大多采用CVD法。
硬质合金用CVD法涂层时,由于其沉积温度高,故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(η相),导致刀片脆性破裂。
近十几年来,随着涂覆技术的进步,硬质合金也可采用PVD法。
国外还用PVD/CVD相结合的技术,开发了复合的涂层工艺,称为PACVD法(等离子体化学气相沉积法)。
即利用等离子体来促进化学反应,可把涂覆温度降至400℃以下(目前涂覆温度已可降至180℃~200℃),使硬质合金基体与涂层材料之间不会产生扩散、相变或交换反应,可保持刀片原有的韧性。
据报道,这种方法对涂覆金刚石和立方氮化硼(CBN)超硬涂层特别有效。
用CVD法涂层时,切削刃需预先进行钝化处理(钝圆半径一般为0.02~0.08mm,切削刃强度随钝圆半径增大而提高),故刃口没有未涂层刀片锋利。
所以,对精加工产生薄切屑、要求切削刃锋利的刀具应采用PVD法。
涂层除可涂覆在普通切削刀片上外,还可涂覆到整体刀具上,目前已发展到涂覆在焊的硬质合金刀具上。
据报道,国外某公司在焊接式的硬质合金钻头上采用了PCVD法,结果使加工钢料时的钻头寿命比高速钢钻头长10倍,效率提高5倍。
涂层成份又有哪些呢?各自的区别在哪里,应用面怎样。
通常使用的涂层有:TiC、TiN、Ti(C.N)、Gr7O3、Al2O3等。
以上几种CVD的硬质涂层基本具备低的滑动摩擦系数,高的抗磨能力,高的抗接触疲劳能力,高的表面强度,保证表面具有足够的尺寸稳定性与基体之间有高的粘附强度。
PVD与CVD涂层工艺比较PVD与CVD涂层工艺比较沉积温度涂层厚度涂层表面状态主要涂层材料涂层结合强度对环境影响主要应用领域物理气相沉积500℃或更低,沉积温度低刀具变型不,基体的硬度强度不降低。
pvd与cvd技术适用的薄膜制程薄膜制程是一种利用物理或化学方法在基底上形成一层薄膜的工艺。
在材料科学和工程中,薄膜制程被广泛应用于各种领域,如电子器件、光学器件、表面涂层等。
其中,物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)和化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)是两种常见的薄膜制备技术。
PVD技术是一种将固态材料通过物理蒸发或溅射的方式沉积在基底上的方法。
它通常包括蒸发、溅射和离子镀三种方式。
蒸发是将材料加热至高温,使其蒸发并沉积在基底上;溅射是通过离子轰击的方式将材料从固态转变为气态,并在真空环境中沉积在基底上;离子镀是利用离子束轰击材料表面,使其释放出离子,并将离子沉积在基底上。
PVD技术具有高纯度、致密性好、结构均匀等优点,适用于制备金属薄膜、合金薄膜、氧化物薄膜等。
CVD技术是一种将气态或液态前体物质在基底表面化学反应生成固态产物的方法。
它通常包括化学气相沉积和低压化学气相沉积两种方式。
化学气相沉积是将气态前体物质与氧化剂在基底表面进行反应,生成固态产物;低压化学气相沉积是在较低的压力和温度下进行沉积。
CVD技术具有成膜速度快、控制性好、沉积均匀等优点,适用于制备金属薄膜、氧化物薄膜、氮化物薄膜等。
PVD和CVD技术在薄膜制程中有着不同的适用性。
PVD技术适用于制备厚度较薄的薄膜,通常在几纳米到几十微米之间。
由于PVD 技术在沉积过程中,材料以固态形式进行转移,因此PVD制备的薄膜具有较高的致密性和纯度。
此外,PVD技术还可以在复杂的表面结构上进行沉积,如孔洞、凹槽等,适用于制备具有特殊形状要求的薄膜。
相比之下,CVD技术适用于制备较厚的薄膜,通常在几十纳米到几百微米之间。
由于CVD技术是通过化学反应生成固态产物,因此可以在基底表面上形成较为均匀的薄膜。
此外,CVD技术还可以在较低的温度下进行沉积,适用于对基底温度敏感的材料。