物理气相沉积

物理气相沉积法名词解释
物理气相沉积法(Physical相沉积法)是一种化学沉积技术,通过物理过程
将化学物质沉积到基材表面,从而制备出具有特殊结构或功能的膜、涂层或颗粒。

物理气相沉积法通常涉及三个基本步骤:气相沉积反应、沉积时间和冷却。

其中,气相沉积反应是指将化学物质溶解在气相中,并通过气相流在基材表面形成沉积物的过程。

沉积时间是指沉积物从气相中形成到脱落的时间。

冷却则是指使用气流或喷淋等方式将沉积物表面降温,从而使其更加稳定。

物理气相沉积法的应用非常广泛,包括制备膜材料、涂层材料、纳米材料、生物材料、催化剂等。

其中,膜材料是物理气相沉积法最为著名的应用之一。

膜材料可以用于水处理、废气处理、药物分离等领域,具有高效过滤、分离、浓缩等功能。

此外,物理气相沉积法还可以用于制备纳米材料、生物材料等,具有治疗疾病、提高材料性能等潜在应用价值。

除了应用价值外,物理气相沉积法还存在一些挑战和限制。

例如,沉积物质量的影响因素很多,包括气相组成、反应条件、温度、压力等。

因此,在实际应用中需要不断调整反应条件,以达到最优的沉积效果。

此外,由于沉积物表面通常需要经过清洗和表征等步骤,因此需要对沉积物表面进行处理,以获得所需的表征结果。

总之,物理气相沉积法是一种制备高性能材料的有效方法,具有广泛的应用前景和研究价值。

随着技术的不断发展和完善,相信它将在未来发挥更加重要的作用。

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 HdT 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。

RTH C P V ∆-=ln R ：气体普适常数TBA 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CT KT E M RTm KT v kTm v E m m 2500~1000 23332122====== 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 dtA 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 =0mkT Pv π2/Re =质量蒸发速率：3RT MP kTmP m R VVm ππ22Re ===（千克/米2·秒） 沉积速率：mkT rA P R V d /2cos 2ππρθ⋅=（米/秒）U 型旋螺形篮形舟加盖舟圆筒形Jacques形坩埚+辐射丝“榴弹炮”2、电子束加热法电子的动能：45()skm v kv u s cm u v U e m v E /106 ,10/1093.521472⨯==⨯=⋅==电子束的能量：W=n ⋅e ⋅U=IU 热量：Q=0.24WtA 、直式电子枪图2-2 直枪（皮尔斯枪）结构示意图B 、电磁偏转式电子枪： 环枪（电偏转）e 形枪（磁偏转）图2-3 环枪剖面图图2-4 e枪结构示意图3、激光蒸发激光作为蒸发材料的一种热源。

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年迅速开展，成为一门极具广阔应用前景的新技术。

，并向着环保型、清洁型趋势开展。

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外表处理方面到达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——固体或液体外表气化成气态原子、分子或局部电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体外表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。

开展到目前，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。

真空蒸镀根本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体外表上，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，然后沉积在基体外表，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。

溅射镀膜根本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进展辉光放电，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外表。

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。

电弧等离子体镀膜根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)之间进展弧光放电，阴极外表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。

离子镀根本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子局部电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
PVD(物理气相沉积)简介
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。

PVD简介(物理气相沉积)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。

物理气相沉积技术
物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition，PVD）技术是一种常用的薄膜制备技术，广泛应用于电子材料、光学材料、建筑材料及生物医学等领域。

该技术通过将材料加热至高温并使其蒸发，在真空环境下，蒸发的材料质子或原子沉积在待加工的基底表面上，形成具有特定性能的薄膜。

在物理气相沉积技术中，常用的蒸发材料包括金属、合金、陶瓷、多层膜等。

沉积方式分为多种，如溅射、蒸发、离子束沉积等。

其中，溅射技术被广泛应用于金属和合金薄膜的制备领域，而离子束沉积技术则常用于光学薄膜的制备。

物理气相沉积技术具有多种优点，如可在真空环境下进行操作，制备出高纯度、高质量、高稳定性的薄膜，沉积速度较快等。

同时，该技术也存在一些缺点，如薄膜厚度难以控制、成本较高等。

为了解决这些问题，研究者们不断探索新的材料和工艺，开发出了一系列改进的物理气相沉积技术，例如磁控溅射、电弧离子镀等。

总的来说，物理气相沉积技术在各个领域都有着广泛的应用和重要的地位，其不断的发展和改进也为相关领域的研究提供了更多的可能性。

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PVD(物理气相沉积)简介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。

二、物理气相沉积三种基本方法的比较物理气相沉积是在真空条件下，利用蒸发或溅射等物理形式，把固体的材料转化为原子、分子或者离子态的气相物质然后使这些携带能量的蒸发粒子沉积到基体或零件的表面，以形成膜层的膜制备方法。

物理气相沉积法主要有真空蒸镀、溅射和离子镀。

真空蒸镀：在真空中加热使金属、合金或化合物蒸发，然后凝结在基体表面上的方法叫真空蒸镀。

溅射：溅射是利用高速正离子轰击某一靶材（阴极），使靶材表面原子以一定能量逸出，后在工件表面沉积的过程。

离子镀：离子镀借助于一种惰性气体的辉光放电使欲镀金属或合金蒸发离子化，并在这些荷能离子轰击基体（工件）表面并同时沉积在其上形成镀膜。

三种方法的比较如下：1、从沉积粒子能量（中性原子）来看，真空蒸镀为0.1-1eV，溅射为1-10eV，离子镀为0.1-1eV（此外还有高能中性原子）。

2、从沉积速率来看，真空蒸镀为0.1-70μm/min，溅射为0.01-0.05μm/min(磁控溅射接近于真空蒸镀)，离子镀为0.1-50μm/min。

3、从膜层特点看，真空蒸镀低温时密度小但表面光滑、气孔低温时多、附着性不太好、内应力为拉应力绕射性差；溅射密度大、气孔少但混入溅射气体较多、附着性较好、内应力为压应力、绕射性差；离子镀密度大，无气孔但膜层缺陷较多，附着性很好，内应力视工艺条件而定，绕射性较好。

4、从被沉积物质的气化方式看，真空蒸镀为电阻加热、电子束加热、感应加热、激光加热等；溅射的镀料原子不是靠加热方式蒸发，而是靠阴极溅射由靶材获得沉积原子；离子镀可以分为蒸发式或者溅射式，蒸发式为电阻加热、电子束加热、感应加热、激光加热等，溅射式由进入辉光放电空间的原子由气体提供，反应物沉积在基片上。

5、从镀膜的原理及特点看，真空蒸镀工件不带电，真空条件下金属加热蒸发沉积到工件表面，沉积粒子的能量与蒸发时的温度对应。

溅射的工件为阳极，靶为阴极，利用氩原子的溅射作用把靶材原子击出而沉积在工件表面上，沉积原子的能量由被溅射原子的能量分布决定。