真空镀膜技术的现状及进展

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电子束蒸发源蒸镀法
电子束蒸发镀是将蒸发材料放入水冷铜坩锅中，
直接利用电子束加热， 使蒸发材料气化蒸发后凝结在 基板表面形成膜， 是真空蒸发镀膜技术中的一种重要 的加热方法和发展方向。电子束蒸发克服了一般电阻 加热蒸发的许多缺点， 特别适合制作熔点薄膜材料和 高纯薄膜材料。 真空蒸镀技术根据电子束蒸发源的型式不同， 又 可分为环形枪、 直枪 ( 皮尔斯枪 )、 + 型枪和空心阴极 电 子枪等几种。 环形枪是由环型的阴极来发射电子束， 经聚焦和 偏转后打在坩锅内使金属材料蒸发。它的结构较简 单， 但是功率和效率都不高， 基本上只是一种实验室
料的污染， 达到了膜层纯洁的目的。此外， 激光加热可 以达到极高的温度， 利用激光束加热能够对某些合金 或化合物进行快速蒸发。这对于保证膜的成分， 防止 膜的分馏或分解也是极其有用的。激光蒸发镀的缺点 是制作大功率连续式激光器的成本较高， 所以它的应 用范围有一定的限制， 导致其在工业中的广泛应用有 一定的限制。
理或化学方法， 使物体表面获得所需的膜体。镀膜技 术是最初起源于 $" 世纪 !" 年代，直到 %" 年代后期 才得到较大发展的一种技术。目前已被广泛应用于耐 酸、 耐蚀、 耐热、 表面硬化、 装饰、 润滑、 光电通讯、 电子 集成、 能源等领域。 真空蒸发、 溅射镀膜和离子镀等通常称为物理气 相沉积法， 是基本的薄膜制备技术。它们都要求淀积 薄膜的空间要有一定的真空度。所以， 真空技术是薄 膜制作技术的基础，获得并保持所需的真空环境， 是 镀膜的必要条件。
瓷坩锅放在水冷的高频螺旋线圈中央， 使蒸发材料在 高频带内磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞 使蒸发材料升温， 直至气化蒸发。在 损失 0 对铁磁体 1， 钢带上连续真空镀铝的大型设备中， 高频感应加热蒸 镀工艺已经取得了令人满意的结果。 高频感应蒸发源的特点是： 可比电阻蒸发源大 23 倍左右； （2） 蒸发速率大， （.） 蒸发源的温度均匀稳定， 不易产生飞溅现象； （-） 蒸发材料是金属时， 蒸发材料可产生热量。 所以， 坩锅可选用和蒸发材料反应最小的材料； 无需送料机构， 温度控制比较 （4） 蒸发源一次装料， 容易， 操作比较简单。 它的缺点是： 高温化学性能稳定的氮 （2） 必 须 采 用 抗 热 震 性 好 、 化硼坩锅； （. ） 蒸 发 装 置 必 须 屏 蔽 ， 并需要较复杂和昂贵的高 频发生器。
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磁控溅射镀膜技术5-6
磁控溅射法又叫高速低温溅射法。目前磁控溅射
法已在电学膜、 光学膜和塑料金属化等领域得到广泛 应用。磁控溅射法与蒸发法相比， 具有镀膜层与基材 的结合力强， 镀膜层致密、 均匀等优点。磁控溅射还有 其它优点， 如设备简单， 操作方便， 控制也不太难。在 溅 射 镀 膜 过 程 中 ，只 要 保 持 工 作 气 压 和 溅 射 功 率 恒 定， 基本上即可获得稳定的沉积速率。如果能精确地 控制溅射镀膜时间， 沉积特定厚度的膜层是比较容易 实现的。
’() 技术已经在工业生产中获得了应用。 *++$ 年
开始用于端面铣刀上， 在直径 $,"-. 的沉积室中处理。 通过控制沉积温度和界面氧的含量， 可以得到相对其 它商业涂层方法 /01 倍 的 寿 命 增 加 。 *++" 年 在 直 径
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磁控溅射在表面改性技术中的应用
应用磁控溅射技术， 可以根据需要， 在材料构件
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高频感应蒸发源蒸镀法
高频感应蒸发源是将装有蒸发材料的石墨或陶
表面沉积一层薄膜，从而提高其表面的力学性能， 抗 腐蚀、 耐磨损性能、 抗高温氧化性能以及改善表面光 学和电学性能， 同时由该技术沉积的薄膜与基材的结 合， 比其它方法所沉积的薄膜牢固得多。 目前， 在火车煤燃汽轮机导向叶片和航空发动机 涡 轮 叶 片 表 面 ， 使 用 磁 控 溅 射 技 术 沉 积 一 层 7879:
热、 电子束加热、 等离子电子束加热、 高频感应加热、 阴极弧光放电加热等。气体分子或原子的离化和激活 方式有： 辉光放电型、 电子束型、 热电子型、 等离子电 子束型、 多弧型及高真空电弧放电型， 以及各种形式 的离子源等。不同的蒸发源与不同的电离或激发方式 可以有多种不同的组合。目前比较常用的组合方式 有： （ *） 直流二极型 !)45’&。利用电阻或电子束加热使膜 材气化； 被镀基体作为阴极， 利用高电压直流辉光放 电将充入的气体 67! 也可充少量反应气体 & 离化。这种 方法的特点是： 基板温升大、 绕射性好、 附着性好， 膜 结构及形貌差， 若用电子束加热必须用差压板； 可用 于镀耐蚀润滑机械制品。 （/） 多阴极型。利用电阻或电子束加热使膜材气化； 依靠热电子、 阴极发射的电子及辉光放电使充入的真 空惰性气体或反应气体离化。这种方法的特点是： 基 板温升小， 有时需要对基板加热； 可用于镀精密机械 制品、 电子器件装饰品。 （1） 活性反应蒸镀法 !689&。利用电子束加热使膜材 气化； 依靠正偏置探极和电子束间的低压等离子体辉 光 放 电 或 二 次 电 子 使 充 入 的 :/、 ;/、 4/</ 等 反 应 气 体 离 化 。这 种 方 法 的 特 点 是 ： 基板温升小， 要对基板加 可用 热， 蒸镀效率高， 能 获 得 6*/$1、 =>;、 =>4 等 薄 膜 ； 于镀机械制品、 电子器件、 装饰品。 （"） 空心阴极离子镀 !<4)&。利用等离子电子束加热 使膜材气化； 依靠低压大电流的电子束碰撞使充入的 反应气体离化。这种方法的 气体 67 或其它惰性气体、 特点是： 基板温升小， 要对基板加热， 离化率高， 电子 束斑较大， 能镀金属膜、 介质膜、 化合物膜； 可用于镀 装饰镀层、 机械制品。 （#） 射频离子镀 !8?5’&。利用电阻或电子束加热使膜 材气化； 依靠射频等离子体放电使充入的真空 67 及其 它惰性气体、 反应气体 :/、 ;/、 4/</ 等离化。这种方法 的特点是： 基板温升小， 不纯气体少， 成膜好， 适合镀 化合物膜， 但匹配较困难。可应用于镀光学、 半导体器 件、 装饰品、 汽车零件等。 充入 67 或 （-） 增强 689 型。利用电子束进行加热； 离化方 其它惰性气体、 反 应 气 体 :/、 ;/、 4/</、 4<" 等 ； 式： 探极除吸引电子束的一次电子、 二次电子外， 增强 极发出的低能电子也可促进气体离化。这种方法的特 点是： 基板温升小， 要对基板加热； 可用于镀机械制 品、 电子器件、 装饰品等。
离子镀
磁控溅射
发展趋势
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前言
镀膜技术也叫薄膜技术， 是在真空条件下采用物
用的设备。 直枪是一种轴对称的直线加速枪， 电子从灯丝阴 极发射、 聚成细束， 经阳极加速后打在坩锅中使镀膜 材料熔化和蒸发。直枪的功率可变范围较大， 有的可 用于真空蒸发、 有的可用于真空冶炼。直枪的缺点是 蒸镀的材料会污染枪体结构， 给运行的稳定性带来困 难， 同时发射灯丝上逸出的钠离子等也会引起膜层的 玷污。最近由西德公司研究， 在电子束的出口处设置 偏转磁场， 并在灯丝部位制成一套独立的抽气系统而 做成直枪的改进型式， 不但彻底改变了灯丝对膜的污 染， 而且还有利于提高枪的寿命。
膜制备方法。这是由于激光器是可以安装在真空室之 外， 这样不但简化了真空室内部的空间布置， 减少了 加热源的放气， 而且还可完全避免了蒸发气对被镀材
金属材料的开发与应用
!""# 年 第 $ 期
总第 %!& 期
真空镀膜技术的现状及进展
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沉积的同时， 高通量的离子轰击基体， 具有低温 !!"#$ 高沉 积 速 率 、 大面积三维复杂形状直接沉积的特 %&、 点， 无需复杂的工件转架等特点。
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真空镀膜技术的现状及进展
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真空镀膜技术的现状及进展
邸英浩 曹晓明 （天津河北工业大学材料学院， !""#!"）
［摘要］ 介绍了在真空条件下真 空 蒸 发 镀 、 溅射镀膜和离子镀等镀膜技术的概念和这几种真空镀膜技术的特点、 应用及 发展的前景。 关键词
பைடு நூலகம்
真空蒸发镀
$;#<!= 合 金 可 提 高 叶 片 抗 高 温 氧 化 能 力 。 在 刀 具 刃
口、 引擎的表面， 应用反应磁控溅射技术溅射沉积一 从而很大地提高了它们抗热、 抗蚀 层 !;7 或 !;$ 薄膜， 和耐磨性。处于环境污染严重的气氛中的工件， 在其 表面溅射一层含铬的非晶态合金， 可显示出极好的耐 腐蚀性。甚至人们可以应用磁控溅射技术， 在不锈钢、 钨表面镀上一层镍， 或在铝、 钼、 钢表面镀上一层铜， 从而解决材料间不可焊接的难题。应用磁控溅射技 术，在材料或构件表面沉积一层特殊性能的薄膜， 从 而起了改性的作用， 其效果令人满意， 其成功的例子 举不胜举， 未来的应用前景仍非常乐观。
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电阻蒸发源蒸镀法
电阻加热蒸发法就是采用钨、钼等高熔点金属，
做成适当形状的蒸发源， 其上装入待蒸发材料， 让电 流通过， 对蒸发材料进行直接加热蒸发， 或者把待蒸 发材料放入坩锅中进行间接加热蒸发。 利用电阻加热器加热蒸发的镀膜设备构造简单、 造价便宜、 使用可靠， 可用于熔点不太高的材料的蒸 发镀膜， 尤其适用于对膜层质量要求不太高的大批量 的生产中。目前在镀铝制品的生产中仍然大量使用着 电阻加热蒸发的工艺。 电阻加热方式的缺点是： 加热所能达到的最高温 度有限， 加热器的寿命也较短。近年来， 为了提高加热 器的寿命， 国内外已采用寿命较长的氮化硼合成的导 电陶瓷材料作为加热器。
金属材料的开发与应用
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