Fizikai gőzlerakódás

A fizikai gőzfázisú leválasztás (PVD) egy fejlett technológia, amely fizikai eszközöket használ az anyagok vákuumkörnyezetben történő atomokká, molekulákká vagy ionokká történő elpárologtatására, majd egy hordozó felületére történő leválasztására, hogy vékony filmet képezzen.

A fizikai gőzfázisú leválasztás végső útmutatója

A modern anyagtudomány és felületkezelés területén a fizikai gőzfázisú leválasztás (PVD) technológia kulcsszerepet játszik. Az elektronikai termékektől a precíziós optikai eszközökön át a csúcskategóriás területek, például a repülőgépipar kulcsfontosságú alkatrészeiig a PVD technológia mindenhol jelen van. Lehetővé teszi egy speciális funkciókkal rendelkező vékonyréteg leválasztását az anyag felületére. Ezek a filmek nemcsak az anyag fizikai tulajdonságait, például a kopásállóságot, a korrózióállóságot és a vezetőképességet javítják, hanem egyedi optikai, elektromos és mágneses tulajdonságokat is biztosítanak az anyagnak, jelentősen bővítve az anyag alkalmazási körét. A tudomány és a technológia gyors fejlődésével az anyagok teljesítményére vonatkozó követelmények egyre szigorúbbak. A PVD technológia is folyamatosan újul és fejlődik, erős technikai támogatást nyújtva a különböző iparágak igényeinek kielégítésére.

Rövid története

Az eredete fizikai gőzfázisú leválasztási technológia a 20. század elejére vezethető vissza. Akkoriban voltak kezdeti alkalmazásai, de a technikai feltételek miatt lassan fejlődött. Az igazi gyors fejlődés az elmúlt 30 évben kezdődött. A vákuumtechnológia, a plazmatechnológia és az anyagtudomány folyamatos fejlődésével a PVD technológia fokozatosan kiforrottá vált, és számos területen széles körben alkalmazzák.

Az 1960-as években az ionbevonatolási technológiát javasolta DMMattox, ami fontos alapot teremtett a PVD technológia fejlesztéséhez. Ezt követően, az 1970-es években Bunshah és Juntz bevezette a reaktív párolgásos ionbevonatolást (AREIP), sikeresen lerakva szuperkemény fóliákat, például TiN-t és TiC-t. Ezek a szuperkemény fóliák rendkívül nagy keménységgel és kopásállósággal rendelkeznek, ami nagymértékben bővíti a PVD technológia alkalmazását az ipari területen, például a szerszámbevonatolásban. Ugyanakkor Moley és Smith kifejlesztette és tökéletesítette az üreges forró katódos ionbevonatolást, majd 1973-ban kifejlesztette a rádiófrekvenciás ionbevonatolást (RFIP), tovább gazdagítva a PVD technológia eszközeit és alkalmazási körét.

Az 1980-as években egymás után jelent meg a magnetronos porlasztásos ionbevonatolás (MSIP) és a többíves ionbevonatolás (MAIP). A magnetronos porlasztásos ionbevonatolás ötvözi a magnetronos porlasztás és az ionbevonatolás előnyeit, javítva a lerakódási sebességet és a film minőségét; a többíves ionbevonatolás a felületkezelés területén jelent meg magas ionizációs sebességével és magas lerakódási sebességével, és széles körben használják formák, mechanikus alkatrészek stb. felületbevonatainak előállításában.

Az 1990-es évektől kezdve a PVD technológiát egyre szélesebb körben alkalmazzák az óraiparban, különösen a csúcskategóriás fém megjelenésű alkatrészek felületkezelésében. Kiváló bevonathatása és jó kopásállósága egyedi bájt és értéket kölcsönöz az óráknak. A PVD technológia folyamatos innovációjával számos fejlett technológia jelent meg, beleértve a többíves ionbevonatolást és a magnetron porlasztással kompatibilis technológiát, a nagy téglalap alakú hosszú ívű célpontokat és a... porlasztó célpontok, kiegyensúlyozatlan magnetronos porlasztási céltárgyak, ikercéltárgyak, szalaghabos többíves leválasztásos tekercselési bevonat, szalagszálas szövet tekercselési bevonat stb. A használt bevonóberendezések is a számítógépes teljes automatizálás és a nagyüzemi ipari méretek felé fejlődnek. Ez nélkülözhetetlen szerepet játszik számos területen, például a repülőgépiparban, az elektronikában, az optikában, a gépiparban, az építőiparban, a könnyűiparban, a kohászatban stb.

PVD működési elv

A fizikai gőzfázisú leválasztás (PVD) az anyagforrás (szilárd vagy folyékony) felületének vákuum alatti elpárologtatását gáznemű atomokká, molekulákká vagy részlegesen ionizált ionokká történő elpárologtatását jelenti fizikai módszerekkel, majd egy speciális funkciókkal rendelkező vékony réteget visznek fel az aljzat felületére alacsony nyomású gáz (vagy plazma) segítségével. Alapelvében három fő lépésre osztható:

Párologtatás

A bevonóanyagot melegítéssel, porlasztással, ívhegesztéssel stb. elpárologtatják, szublimálják vagy porlasztják, így létrehozva a bevonóanyag párologtatási forrását. Például vákuumos párologtatásos bevonásnál a szilárd bevonóanyagot ellenállásfűtéssel, elektronnyalábos melegítéssel stb. melegítik a párolgási hőmérsékletre, így gáz halmazállapotú atomokká vagy molekulákká alakul; a porlasztásos bevonásnál nagy energiájú ionokat használnak a célanyag bombázására, hogy a felületén lévő atomok elegendő energiát kapjanak a kilépéshez és gáz halmazállapotú atomokká vagy molekulákká alakuljanak.

elvándorlás

Az elpárologtatott bevonat atomjai, molekulái vagy ionjai vákuumkörnyezetben, alacsony nyomású gázban vagy plazmában vándorolnak. A migrációs folyamat során más részecskékkel ütköznek, ami különféle reakciókat eredményez, például szóródást és gerjesztést. Például plazmakörnyezetben az ionok elektromos tér hatására felgyorsulnak, gázmolekulákkal ütköznek és ionizálják azokat, tovább növelve a plazma sűrűségét és aktivitását.

leválasztás

A hordozó felületére vándorló bevonati atomok, molekulák vagy ionok adszorbeálódnak, diffundálnak, nukleálódnak és növekednek a hordozó felületén, végül pedig egy folytonos filmet alkotnak. A lerakódás során az atomok vagy ionok megfelelő helyet találnak a hordozó felületén a tapadáshoz, és fokozatosan összegyűlnek, apró kristálymagokat képezve. További atomok vagy ionok érkezésével a kristálymagok tovább növekednek és összekapcsolódnak egymással, végül egy teljes filmet alkotnak.

A PVD típusai

A PVD technológiát főként három kategóriába sorolják: vákuumos párologtatásos bevonatolás, vákuumos porlasztásos bevonatolás és vákuumos ionbevonatolás. Hasonlítsuk össze a három PVD technológiát egy táblázatban:

típus	Alosztályozás	Alapelv
Vákuumpárologtatásos bevonat	Ellenállásfűtéses párolgásbevonat	Amikor egy elektromos áram áthalad egy ellenálláson, hő keletkezik. A hő hatására a bevonóanyag elpárolog. Az elpárologtatott anyag lecsapódik az aljzat felületén, filmet képezve. Például fémfilm készítésekor a fémet vagy fémlemezt egy ellenállással fűtött párologtató forrásra (például volfrámszálra) helyezzük. Az elektromosítás után a fűtőelem hőt termel, hogy a fémanyag elpárologjon és bevonatot képezzen.
	Elektronsugaras párologtatásos bevonat	Nagy energiájú elektronnyalábbal bombázza a bevonóanyagot. Az elektronok mozgási energiája hőenergiává alakul, így a bevonóanyag elpárolog. Az elektronnyalábot elektronágyú állítja elő. Párologtassa el a bevonóanyagot nagy vákuumban, hogy az anyag magas párolgáspontját elérje. Gyakran használják optikai vékonyrétegek, félvezető vékonyrétegek stb. előállítására, például titán-dioxid (\(TiO_2\)) optikai tükröződésgátló fóliák előállításához.
	Ívkisüléses párologtatási bevonat	Ív létrehozása a katód és az anód között a bevonóanyag elpárologtatásához és ionizációjához. Az ív magas hőmérséklete a bevonóanyag gyors elpárologtatását és ionizációját okozhatja. Az ionokat az elektromos mező felgyorsítja, és lerakódnak az aljzat felületén. Például keményötvözet bevonat készítésekor ívkisüléssel elpárologtathatók a fémvegyületek, és kemény bevonat rakható le a szerszám felületére.
	Lézersugaras párologtatásos bevonat	Nagy energiájú lézersugarat használjon a bevonóanyag besugárzásához, hogy a bevonóanyag egyidejűleg elpárologjon és ionizálódjon. A lézer nagy energiája pontosan szabályozhatja a párolgási területet és a párolgás mennyiségét, és alkalmas speciális vékonyrétegek és mikro-nano szerkezetű filmek előállítására. Például egy ultra-kemény film szerszámon történő előállításakor megfelelő anyagokat kell választani, és a lézeres ablációnak meg kell felelnie a tervezési követelményeknek.
Vákuumporlasztásos bevonat	DC porlasztásos bevonat	Vákuumkörnyezetben inert gázt (például argont) kell bevezetni. Egyenfeszültséggel a gáz plazmát generál az elektródák között. A pozitív ionokat az elektromos mező felgyorsítja, bombázza a célanyagot, és a porlasztott célatomok lerakódnak az aljzat felületére, filmet képezve. Gyakran használják fémfilmek leválasztására, például fémfilm üvegre porlasztására, hogy fémbevonatú üveget készítsenek elő a visszaverődéshez.
	RF porlasztásos bevonat	Szigetelőanyagok esetén RF tápegységgel kell RF elektromos mezőt létrehozni a gázplazma létrehozásához. Az RF elektromos mező rezgésbe hozhatja az elektronokat az elektromos mezőben, ütköztetheti őket a gázmolekulákkal ionizáció céljából, és plazmát generálhat, így megvalósítva a szigetelőanyagok porlasztásos bevonatát. Használható oxid, nitrid és egyéb szigetelő filmek előállítására, például szilícium-dioxid (\(SiO_2\)) fólia integrált áramkörök szigetelésére.
	Magnetron porlasztásos bevonat	Mágneses mezőt vezetnek be a porlasztókamrába. A mágneses mező hatására az elektronok mozgási útja meghosszabbodik, növelve az elektronok és a gázmolekulák ütközési valószínűségét, javítva a gáz ionizációs sebességét és a céltárgy kihasználtsági arányát. Széles körben használják különféle vékonyrétegek előállításában, például átlátszó és vezetőképes indium-ón-oxid (ITO) film porlasztására síkképernyőn.
Vákuum ionos bevonat	Ion bevonat	A bevonóanyagot elektromos térben párologtatják, porlasztják vagy más módon ionizálják. Az aljzatra ható elektromos tér hatására az ionok felgyorsulnak és lerakódnak az aljzaton, filmet képezve. Az ionbevonat film-alapanyag kötési ereje erős, a filmréteg sűrű és egyenletes, és különféle anyagok felületbevonására használható, például titán-nitrid (TiN) film bevonására a forma felületén a kopásállóság javítása érdekében.
	Reaktív ionbevonat	Az ionbevonatolási folyamat során reaktív gázt (például oxigént, nitrogént stb.) vezetnek be, amely reakcióba lép az aljzat felületén elpárologtatott bevonóanyag atomjaival, és egy összetett filmet képez. Például oxigént vezetnek be, és az elpárologtatott titánionok reakcióba lépnek az oxigénnel, és titán-dioxidot (\(TiO_2\)) film az aljzat felületén, amely optikában, fotokatalízisben és más területeken használható.
	Többíves ionbevonat	Katódos ívkisüléssel több ívfoltot hozhatnak létre a célfelületen. Az ívfoltoknál lévő bevonóanyagot egyidejűleg elpárologtatják és ionizálják. Az ionok felgyorsulnak és az elektromos tér hatására lerakódnak az aljzat felületén. A többíves ionbevonat bevonóanyagának ionizációs sebessége magas, a lerakódási sebesség pedig gyors. Gyakran használják dekoratív és funkcionális bevonatok előállítására, például aranyréteg bevonására hardverfelületeken dekoráció céljából.

PVD műveleti lépések

Anyag előkészítés: Válassza ki a megfelelő bevonóanyagokat és hordozóanyagokat. A bevonóanyagokat a kívánt fólia teljesítménye és alkalmazása alapján kell kiválasztani. Például, ha kopásálló bevonatot szeretne készíteni, választhat TiN-t, CrN-t és más anyagokat; az hordozóanyag kiválasztásakor figyelembe kell venni a fóliával való kompatibilitást és az alkalmazási forgatókönyvet, például a fém hordozókat gyakran használják mechanikus alkatrészek bevonására. Az üveg hordozókat gyakran használják optikai fóliákhoz. Biztosítsa a bevonóanyag és az hordozóanyagok tisztaságát és minőségét, távolítsa el a szennyeződéseket, olajfoltokat és oxidokat a felületről, és használjon kémiai tisztítást, ultrahangos tisztítást és egyéb előkezeléseket. Egyes, rendkívül magas felületi minőségi követelményeket támasztó alkalmazásoknál polírozásra is szükség lehet.

Berendezés előkészítésPVD berendezések, beleértve a vákuumrendszert, a fűtőrendszert, az energiaellátó rendszert, a gázellátó rendszert stb. ellenőrzése és hibakeresése. Győződjön meg arról, hogy a vákuumrendszer eléri a kívánt vákuumfokot. A PVD-t általában nagy vákuumkörnyezetben kell végezni, és a vákuumfoknak általában el kell érnie a 10⁻³ – 10⁻⁶ Pa vagy akár alacsonyabb értéket. A fűtőrendszernek képesnek kell lennie a hőmérséklet pontos szabályozására a galvanizálási gázosítás követelményeinek teljesítése érdekében. Az energiaellátó rendszernek stabilnak és megbízhatónak kell lennie, megfelelő feszültséget és áramot kell biztosítania a különböző ionizációs és porlasztási folyamatokhoz. A gázellátó rendszernek biztosítania kell a gáz tisztaságát és áramlását. A különböző PVD módszerektől és vékonyréteg-anyagoktól függően argon, nitrogén, oxigén és más gázok bevezetésére lehet szükség.

Kemencébetöltés: Helyezze az előkezelt hordozót és a bevonóanyagot a PVD berendezés vákuumkamrájába. A hordozót megfelelő helyzetben kell elhelyezni, hogy a bevonóanyag egyenletesen tudjon lerakódni rá. A hordozó rögzítésére speciális rögzítőelem vagy akasztó használható. A bevonóanyagot a párologtatási forrásba, a célanyagba és más helyekre szerelik fel. Például az ellenállásos párologtatásos bevonatolásnál a bevonóanyagot az ellenállásos fűtőelemre helyezik; a porlasztásos bevonatolásnál a célanyagot a porlasztási katódra szerelik fel. A beépítési folyamat során ügyelni kell arra, hogy elkerüljük az új szennyeződések és szennyeződések bejutását.

porszívózás: Indítsa el a vákuumrendszert, és szívja ki a levegőt a vákuumkamrából a kívánt vákuumfok eléréséhez. Általában mechanikus szivattyút használnak a durva szivattyúzáshoz, hogy a vákuumfok körülbelül 1-10 Pa-ra csökkenjen, majd diffúziós szivattyút, molekuláris szivattyút stb. használnak a nagy szivattyúzáshoz, hogy a vákuumfok tovább csökkenjen a célértékre. A vákuumozási folyamat során a vákuumfok változásait figyelni kell a vákuumrendszer normál működésének biztosítása érdekében. Ha problémák merülnek fel, például légszivárgás, azokat azonnal ellenőrizni és megoldani kell.

Fűtés és párologtatásA kiválasztott PVD módszer szerint a bevonóanyagot melegítéssel párologtatják. Vákuumpárologtatásos bevonás során a bevonóanyagot ellenállásfűtéssel, elektronsugaras melegítéssel stb. melegítik és párologtatják; porlasztásos bevonás során a célanyagot plazmában lévő ionokkal bombázzák, hogy a célatomokat porlasztsák; ionbevonás során a bevonóanyagot ívkisüléssel párologtatják és ionizálják stb. A melegítési és párologtatási folyamat során a hőmérsékletet és a teljesítményt pontosan szabályozni kell, hogy biztosítsák a párolgási sebesség stabilitását és a bevonóanyag minőségét.

leválasztásA gáz halmazállapotú bevonóanyag atomjai, molekulái vagy ionjai vákuumkörnyezetben a hordozó felületére vándorolnak, és vékony filmet képezve lerakódnak a hordozó felületén. A leválasztási folyamat során a hordozót szükség szerint melegíthetjük vagy hűthetjük a film növekedési sebességének és minőségének szabályozása érdekében. Például a hordozó hőmérsékletének megfelelő növelése elősegítheti az atomok diffúzióját a hordozó felületén, és sűrűbbé teheti a filmet; míg a hordozó hőmérsékletének csökkentése a filmben fellépő feszültség növekedéséhez vezethet. Ugyanakkor a film szerkezete és tulajdonságai is beállíthatók olyan paraméterek szabályozásával, mint az ionok energiája és beesési szöge.

Hűtés és kirakodásA lerakódás befejezése után állítsa le a melegítést, és hagyja a vákuumkamrában a hőmérsékletet fokozatosan csökkenni. Miután a hőmérséklet megfelelő tartományba esett, nyissa ki a vákuumkamrát, és vegye ki a fóliával bevont hordozót. A hűtési folyamat során ügyeljen arra, hogy elkerülje a gyors hőmérsékletváltozások miatti repedéseket vagy a fólia leválását. Az eltávolított mintákat később tesztelheti és feldolgozhatja, például fóliavastagság-mérést, összetételelemzést, teljesítményvizsgálatot stb.

PVD technológiájú anyagok

Párolgásos bevonat

A párologtatásos bevonathoz alacsonyabb olvadáspontú és gőznyomású bevonóanyag szükséges. Ezért a fémek (például alumínium, réz, arany stb.) és néhány alacsony olvadáspontú ötvözet (például ón-ólom ötvözet) alkalmasabbak a párologtatásos bevonathoz. A párologtatási forrás hőmérsékletét és párolgási sebességét pontosan szabályozni kell a filmréteg egyenletességének és minőségének biztosítása érdekében.

Porlasztó bevonat

A porlasztásos bevonat viszonylag enyhébb követelményeket támaszt a bevonóanyaggal szemben, és a fémek, ötvözetek, kerámiák, félvezetők stb. mind elfogadhatók. A különböző anyagok porlasztási sebessége és porlasztási jellemzői eltérőek. Megfelelő porlasztási paramétereket kell kiválasztani az anyag tulajdonságai, például a porlasztógáz típusa, a porlasztási teljesítmény, a porlasztógáz nyomása stb. alapján.

Ion bevonat

Az ionbevonatolás ötvözi a párologtatásos és a porlasztásos bevonás előnyeit, javítva a filmréteg és az aljzat közötti kötésszilárdságot, valamint a filmréteg minőségét. Az ionbevonatolás során a bevonó részecskék ionizálódnak és gyorsulnak, ezért a bevonóanyagnak jó vezetőképességgel kell rendelkeznie, vagy bizonyos körülmények között ionizálnia kell.

Fémek

Alumínium (Al), titán (Ti), króm (Cr), nikkel (Ni), réz (Cu), arany (Au), ezüst (Ag) stb. Az alumíniumfólia jó vezetőképességgel és fényvisszaverő képességgel rendelkezik, és gyakran használják elektronikus eszközök elektródáiban és optikai reflektoraiban; a titánfólia kiváló korrózióállósággal és biokompatibilitással rendelkezik, és széles körben használják orvostechnikai eszközökben, repülőgépiparban és más területeken; a krómfólia nagy keménységgel és jó kopásállósággal rendelkezik, és gyakran használják mechanikus alkatrészek felületbevonására; az arany- és ezüstfóliák az elektronika és a dekoráció területén kedveltek jó vezetőképességük és kémiai stabilitásuk miatt.

Ötvözet

Mint például a titán-alumínium ötvözet (TiAl), a nikkel-króm ötvözet (NiCr) stb. Az ötvözetfólia több fém előnyeit ötvözi. Például a TiAl ötvözetfólia mind a titán, mind az alumínium tulajdonságaival rendelkezik, nagy hőállósággal, alacsony sűrűséggel és jó oxidációs ellenállással rendelkezik, így alkalmas magas hőmérsékletű alkatrészek, például repülőgép-motorok bevonására; a NiCr ötvözetfólia jó hőállósággal és korrózióállósággal rendelkezik, és gyakran használják fűtőelemekben és korróziógátló bevonatokban.

vegyületek

karbidokpéldául titán-karbid (TiC), króm-karbid (CrC) stb. A keményfém filmek rendkívül nagy keménységgel, kiváló kopásállósággal és magas hőmérséklettel szembeni ellenállással rendelkeznek, és gyakran használják szerszámok, formák stb. felületbevonataihoz.

Nitridekpéldául titán-nitrid (TiN), króm-nitrid (CrN), titán-alumínium-nitrid (TiAlN) stb. A nitrid filmek nemcsak kemények, hanem jó kémiai stabilitással és dekoratív tulajdonságokkal is rendelkeznek. A TiN filmek aranysárgák, és gyakran használják arany utánzatú dekoratív bevonatokhoz. Gyakori anyag a szerszámbevonatokhoz is; a TiAlN filmek magas hőmérsékleten is megőrzik a nagy keménységet és az oxidációs ellenállást, és alkalmasak nagy sebességű vágószerszámokhoz.

oxidoktitán-dioxid (porlasztási célvegyületek), cink-oxid (ZnO), indium-ón-oxid (ITO) stb. A TiO₂ film fotokatalitikus aktivitással, optikai áteresztőképességgel és korrózióállósággal rendelkezik, és szennyező anyagok fotokatalitikus lebontására, napelemekre és optikai eszközökre használják; a ZnO film piezoelektromos, félvezető és UV-védő tulajdonságokkal rendelkezik, és érzékelőkben, elektronikus eszközökben és naptej-anyagokban használják; az ITO film egy átlátszó vezetőképes film, amelyet széles körben használnak elektronikus eszközökben, például folyadékkristályos kijelzőkben és érintőképernyőkben.

Boridpéldául titán-borid (TiB₂), cirkónium-borid (ZrB₂) stb. A borid filmek nagy keménységgel, magas olvadásponttal és jó vezetőképességgel rendelkeznek, és kopásálló bevonatokhoz, elektródaanyagokhoz stb. használják őket.

A PVD bevonat előnyei

Jó teljesítmény

A PVD bevonat kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, mint például a nagy keménység, a nagy kopásállóság és az alacsony súrlódási együttható. Például a TiN bevonat keménysége elérheti a 2000-2500 HV-t, ami 3-4-szerese a gyorsacél keménységének.

Erős kötés az aljzattal

Amikor a bevonat atomjai vagy ionjai lerakódnak az aljzat felületére, diffundálnak és kémiailag kötődnek az aljzat atomjaihoz, erős kötést képezve. Ez biztosítja a bevonat hosszú távú hatékonyságát és stabilitását.

Többféle anyag lehetőség

Különböző anyagokat, például fémeket, ötvözeteket és vegyületeket használnak bevonóanyagként különböző kémiai összetételű és tulajdonságú filmek előállításához. A film összetételét, szerkezetét és tulajdonságait pontosan szabályozzák, hogy megfeleljenek a különböző területek változatos igényeinek.

Egyenletes és szabályozható bevonatvastagság

A PVD technológia egyenletes bevonatlerakódást érhet el összetett alakú hordozók felületén. A lerakódási idő, a teljesítmény, a gázáramlás stb. pontos kiszámítása lehetővé teszi a bevonat vastagságának pontos szabályozását. Néhány nanométertől akár több tíz mikronig is.

Nincs szennyezés

A hagyományos galvanizálással összehasonlítva a PVD technológiát vákuumkörnyezetben végzik, nem használ nagy mennyiségű kémiai oldatot, elkerüli a szennyvíz, a hulladékgáz és a hulladékmaradványok képződését stb., és környezetbarát.

Jó dekoratív hatás

A PVD bevonat számos színben és csillogásban kapható, például arany, ezüst, fekete, rozéarany stb., a szín tartós és stabil, és nem fakul ki könnyen. Javítja az ékszerek, órák stb. megjelenését, minőségét és dekoratív hatását.

Alkalmazás

A PVD technológia a modern ipar szinte minden aspektusát lefedi, az elektronikától, optikától, gépipartól a dekoráción, az orvostudományon, a repülőgépiparon és más területeken át, nélkülözhetetlen szerepet játszva. Nemcsak az alkatrészek teljesítményét és minőségét javítja, hanem kielégíti az emberek szépségápolási, környezetvédelmi és egyéb igényeit is.

Mechanikai gyártás

A PVD bevonatot elsősorban szerszámok, öntőformák és mechanikus alkatrészek teljesítményének javítására használják. A szerszámok általában TiN, TiCN, TiAlN és egyéb bevonatokat választanak a szerszámok keménységének, kopásállóságának és vágási teljesítményének javítására; a forma felületét gyakran Cr, TiAl ötvözettel és egyéb bevonatokkal vonják be, hogy csökkentsék a súrlódási együtthatót a forma és a munkadarab között; mechanikus alkatrészek, például csapágyak és fogaskerekek esetében a DLC (gyémántszerű szén) bevonat használható a súrlódási veszteség csökkentésére, valamint az alkatrészek mozgáspontosságának és megbízhatóságának javítására.

Elektronikai mező

A PVD bevonatolási technológiát széles körben alkalmazzák az integrált áramkörök gyártásában, síkképernyős kijelzőkben, érzékelőkben stb. Az integrált áramkörök gyártásában nagy tisztaságú fémanyagokra (például rézre és alumíniumra) és félvezető anyagokra (például szilíciumra) van szükség az elektródák, összekötők és félvezető eszközök bevonásához; a síkképernyős kijelzők területén az ITO fóliákat széles körben használják átlátszó vezető elektródaként LCD, OLED és más kijelzőeszközökben; az érzékelők területén a fóliák speciális funkciókkal való bevonásával (például gázérzékeny fóliák, páratartalom-érzékeny fóliák stb.) az érzékelők képesek specifikus fizikai vagy kémiai mennyiségeket érzékelni.

Optikai mező

Az optikai területen a PVD bevonatot főként optikai vékonyrétegek, például fényvisszaverő fóliák, tükröződésmentes fóliák, szűrőfóliák stb. előállítására használják. A különböző optikai teljesítménykövetelményeknek megfelelően kell kiválasztani a megfelelő optikai anyagokat és bevonási technológiát. Például optikai eszközökben, például teleszkópokban és mikroszkópokban több réteg tükröződésmentes fóliát kell bevonni a lencse felületén a fény visszaverődésének veszteségének csökkentése, valamint a műszer fényáteresztő képességének és képalkotási minőségének javítása érdekében; lézeres eszközökben nagy fényvisszaverő képességű fényvisszaverő fóliákat kell bevonni a lézer kimeneti teljesítményének és stabilitásának javítása érdekében.

légtér

A repülőgépiparban a PVD bevonattechnológiát főként a repülőgép-hajtómű-alkatrészek és a repülőgép-felületek teljesítményének javítására használják. Például a repülőgép-hajtómű-turbinalapátok felületére felvitt TiAl ötvözetfóliák javíthatják a lapátok magas hőmérsékleti szilárdságát, oxidációs ellenállását és hőkorrózióállóságát; a repülőgépek felületére felvitt sugárzásgátló fóliák hatékonyan blokkolhatják a kozmikus sugarakat és a napsugárzást, és védhetik a repülőgépen belüli berendezések és személyzet biztonságát.

Dekoráció

A dekorációs területen a PVD bevonatot főként a termékek szép megjelenésének és jó korrózióállóságának biztosítására használják. A gyakori dekorációs bevonóanyagok közé tartozik a TiN, ZrN, CrN, arany stb. A TiN és ZrN bevonatok aranyszínű megjelenést kölcsönözhetnek, és gyakran használják olyan termékekben, mint az órák, szemüvegkeretek és ékszerek; a CrN bevonatok fekete megjelenést kölcsönözhetnek, és gyakran használják olyan termékekben, mint az autó kerekei és a fürdőszobai hardverek; az aranyozás luxus aranyszínű megjelenést kölcsönözhet a termékeknek, és gyakran használják a luxus dekoráció területén.

PVD vs. CVD

Fizikai gőzfázisú leválasztás (PVD) és kémiai gőzleválasztás (CVD) két fontos vékonyréteg-előállítási technológia. Bizonyos különbségek vannak az elvekben, a folyamatjellemzőkben és az alkalmazási területeken. Az alábbiakban a PVD és a CVD részletes összehasonlítását láthatja táblázatos formában:

Összehasonlítási tételek	PVD (porlasztás, termikus párologtatás, elektronsugaras párologtatás, impulzuslézeres leválasztás, katódos ívleválasztás, magnetronos porlasztás).	CVD (kémiai gőzfázisú leválasztás, példaként a hagyományos termikus CVD és a plazma-továbbfejlesztett CVD eljárást használva).
Alapelv	A bevonóanyagot fizikai módszerekkel, például hőpárologtatással, ionporlasztással stb. gázosítsák. Ezután a gáz halmazállapotú bevonóanyag lerakódik az aljzat felületére, filmet képezve.	Gáz halmazállapotú vegyi anyagok felhasználásával kémiai reakciók következnek be olyan körülmények között, mint a magas hőmérséklet vagy a plazma, szilárd anyagok előállításához, amelyeket aztán a hordozó felületére rétegeznek, hogy filmet képezzenek.
Lerakódási hőmérséklet	Általában viszonylag alacsony, többnyire 500°C alatt. Egyes folyamatok, például az elektronsugaras bepárlás, szobahőmérsékleten is elvégezhetők.	Általában viszonylag magas. A termikus CVD általában 800–1200 °C között van. A plazmával fokozott CVD 300–800 °C-ra csökkenthető.掳C, de még mindig viszonylag magas.
Vékonyréteg minőség	A filmréteg sűrű, erősen tapad az aljzathoz, kiváló felületi minőséggel és alacsony szennyeződéstartalommal rendelkezik.	A filmréteg viszonylag vastag, jó kristályossággal és egyenletes szerkezettel rendelkezik, de kis mennyiségű szennyeződést tartalmazhat, és a felületi kidolgozás viszonylag alacsony.
Lerakódási arány	Viszonylag alacsony, különösen olyan módszereknél, mint a porlasztás. A lerakódási sebesség általában néhány nanométer/másodperctől több tucat nanométer/másodpercig terjed. A termikus párolgás és az elektronsugaras párolgás viszonylag gyorsabb.	Viszonylag magas. A termikus CVD lerakódási sebessége elérheti a több tucat nanométer/másodperctől a több mikrométer/másodpercig terjedő tartományt. A plazma-erősítésű CVD lerakódási sebessége is viszonylag gyors.
Eszközköltség	A berendezés összetett és viszonylag magas árú, mivel több precíziós alkatrészt foglal magában, például vákuumrendszereket és tápegységeket.	A berendezés viszonylag egyszerű, de magas hőmérsékletű fűtőberendezésre és gázellátó rendszerre van szükség. Az összköltség is viszonylag magas, és a magas hőmérsékletű berendezések karbantartási költsége is viszonylag magas.
A folyamat összetettsége	Számos folyamatparaméter létezik, és magas követelmények vonatkoznak a vákuum mértékének, hőmérsékletének, teljesítményének stb. szabályozására. A működési nehézség viszonylag nagy.	A folyamat kémiai reakciókat foglal magában, és a reakciógáz áramlási sebességének, arányának és hőmérsékletének paramétereinek pontos szabályozása szükséges. A reakciófolyamat monitorozásával és szabályozásával szemben magas követelményeket támasztanak.
Hatás az aljzatra	Az alacsony hőmérsékletű leválasztásnak csekély a termikus hatása az aljzatra, és nem könnyű deformálódni vagy teljesítményváltozást okozni az aljzaton. A nagy energiájú ionbombázás azonban bizonyos károsodást okozhat az aljzat felületén.	A magas hőmérsékletű lerakódás változásokat okozhat az aljzat anyagának szerkezetében és teljesítményében, például szemcsenövekedést és hőfeszültséget okozhat az aljzatban. Az aljzat anyagával és szerkezetével szemben bizonyos követelményeknek kell megfelelni.
Alkalmazható anyagok	Különböző anyagok, például fémek, ötvözetek és kerámiák bevonására alkalmas. Fém vékonyrétegek, összetett vékonyrétegek stb. előállítására alkalmas.	Különböző hordozóanyagokhoz alkalmas. Különféle vékonyrétegek, például kerámiák, félvezetők és fémek előállítására alkalmas. Különösen alkalmas magas olvadáspontú anyagok vékonyrétegeinek és összetett szerkezetű vékonyrétegek előállítására.
Alkalmazás mezők	Széles körben használják olyan területeken, mint az elektronika, az optika, a gépipar és a dekoráció, például fémhuzalozáshoz chipgyártásban, optikai lencsék tükröződésmentes fóliáihoz, vágóeszközök kopásálló bevonataihoz, órák dekoratív bevonataihoz stb.	Főként félvezetőgyártásban (például szigetelőrétegek és diffúziós rétegek előkészítése integrált áramkörökben), keményfém vágóbevonatokban, optikai mezőkben (például optikai szál előformák előkészítése) stb. használják olyan területeken, ahol magasak a vékonyréteg minőségére és szerkezetére vonatkozó követelmények.

PVD vs. galvanizálás

A PVD és a galvanizálás egyaránt elterjedt felületkezelési technológia. Nyilvánvaló különbségek vannak az elvekben, a folyamatjellemzőkben, a teljesítményben stb. Az alábbiakban táblázatos formában összehasonlítjuk:

Összehasonlítási tételek	PVD (porlasztás, termikus párologtatás, elektronsugaras párologtatás, impulzuslézeres leválasztás, katódos ívleválasztás, magnetronos porlasztás).	CVD (kémiai gőzfázisú leválasztás, példaként a hagyományos termikus CVD-t és a plazma-továbbfejlesztett CVD-t használjuk).
Alapelv	A bevonóanyagot fizikai módszerekkel, például termikus párologtatással, ionporlasztással stb. gázosítsák. Ezután a gáz halmazállapotú bevonóanyag lerakódik az aljzat felületére, filmet képezve.	Gáz halmazállapotú vegyi anyagok felhasználásával kémiai reakciók mennek végbe olyan körülmények között, mint a magas hőmérséklet vagy a plazma, szilárd anyagok előállításához, amelyek ezután lerakódnak az aljzat felületére filmet képezve.
Lerakódási hőmérséklet	Általában viszonylag alacsony, többnyire 500 alatt掳C. Néhány folyamat, például az elektronsugaras bepárlás, szobahőmérsékleten is elvégezhető.	Általában viszonylag magas. A termikus CVD általában 800–1200 °C között van. A plazma-erősítésű CVD 300–800 °C-ra csökkenthető, de még mindig viszonylag magas.
Vékonyréteg minőség	A filmréteg sűrű, erős kötőerővel rendelkezik az aljzattal, kiváló felületi minőséggel és alacsony szennyeződéstartalommal rendelkezik.	A filmréteg viszonylag vastag, jó kristályossággal és egyenletes szerkezettel rendelkezik, de kis mennyiségű szennyeződést tartalmazhat, és a felületi kidolgozás viszonylag alacsony.
Lerakódási arány	Viszonylag alacsony. Különösen az olyan módszereknél, mint a porlasztás, a lerakódási sebesség általában néhány nanométer/másodperctől több tucat nanométer/másodpercig terjed. A termikus párolgás és az elektronsugaras párolgás viszonylag gyorsabb.	Viszonylag magas. A termikus CVD lerakódási sebessége elérheti a több tucat nanométer/másodperctől a több mikrométer/másodpercig terjedő tartományt. A plazma-erősítésű CVD lerakódási sebessége is viszonylag gyors.
Eszközköltség	A berendezés összetett és viszonylag drága, több precíziós alkatrészt tartalmaz, például vákuumrendszereket és tápegységeket.	A berendezés viszonylag egyszerű, de magas hőmérsékletű fűtőberendezésre és gázellátó rendszerre van szükség. Az összköltség is viszonylag magas, és a magas hőmérsékletű berendezések karbantartási költsége is viszonylag magas.
A folyamat összetettsége	Számos folyamatparaméter létezik, és magas követelmények vonatkoznak a vákuumfok, a hőmérséklet, a teljesítmény stb. szabályozására, és a működési nehézség viszonylag nagy.	A folyamat kémiai reakciókat foglal magában, ami a reakciógáz áramlási sebességének, arányának és hőmérsékletének pontos szabályozását igényli, valamint magas követelményeket támaszt a reakciófolyamat monitorozásával és szabályozásával kapcsolatban.
Hatás az aljzatra	Az alacsony hőmérsékletű leválasztásnak csekély a termikus hatása az aljzatra, és nem könnyű deformálódni vagy teljesítményváltozást okozni az aljzaton. A nagy energiájú ionbombázás azonban bizonyos károsodást okozhat az aljzat felületén.	A magas hőmérsékletű lerakódás változásokat okozhat az aljzat anyagának szerkezetében és teljesítményében, például szemcsenövekedést és hőfeszültséget okozhat az aljzatban, és bizonyos követelmények vonatkoznak az aljzat anyagára és szerkezetére.
Alkalmazható anyagok	Különböző anyagok, például fémek, ötvözetek és kerámiák bevonására alkalmas, és fém vékonyrétegek, összetett vékonyrétegek stb. előállítására alkalmas.	Különböző szubsztrátanyagokhoz alkalmas, és különféle vékonyrétegek, például kerámiák, félvezetők és fémek előállítására alkalmas. Különösen alkalmas magas olvadáspontú anyagok vékonyrétegeinek és összetett szerkezetű vékonyrétegek előállítására.
Alkalmazás mezők	Széles körben használják olyan területeken, mint az elektronika, az optika, a gépipar és a dekoráció, például fémhuzalozáshoz chipgyártásban, optikai lencsék tükröződésmentes fóliáihoz, vágóeszközök kopásálló bevonataihoz, órák dekoratív bevonataihoz stb.	Főként félvezetőgyártásban (például szigetelőrétegek és diffúziós rétegek előállításában integrált áramkörökben), keményfém vágóbevonatokban, optikai mezőkben (például optikai szál előformák előállításában) stb. használják, olyan területeken, ahol magasak a vékonyréteg minőségére és szerkezetére vonatkozó követelmények.

Összegzés

A modern anyagfelület-kezelés egyik kulcsfontosságú technológiájaként a fizikai gőzfázisú leválasztás (PVD) technológia egyedi előnyökkel és széleskörű alkalmazási lehetőségekkel rendelkezik. A PVD technológia számos típust foglal magában, például vákuumpárologtatásos bevonatot, vákuumporlasztásos bevonatot és vákuumionos bevonatot. Mindegyik típusnak megvannak a saját jellemzői és alkalmazási köre, így számos lehetőséget kínál a különböző anyagok és alkalmazási forgatókönyvek esetében. Ugyanakkor a PVD technológia gazdag anyagválasztékkal rendelkezik, beleértve a fémeket, ötvözeteket, vegyületeket stb., és olyan fóliákat képes előállítani, amelyek megfelelnek a különböző teljesítménykövetelményeknek, például kopásálló, korrózióálló, optikai, elektromos és egyéb funkcionális fóliák.

Az alkalmazási területen a PVD technológia a modern ipar szinte minden aspektusát lefedi, a csúcstechnológiás területektől, mint például az elektronika, az optika és a gépek, a mindennapi és csúcskategóriás alkalmazási területekig, mint például a dekoráció, az orvosi kezelés és a repülőgépipar. Nélkülözhetetlen szerepet játszik. Más felületkezelési technológiákhoz, például a kémiai gőzfázisú leválasztáshoz (CVD) és a galvanizáláshoz képest a PVD technológia nyilvánvaló különbségeket mutat az elvek, a folyamatjellemzők, a filmtulajdonságok stb. tekintetében, és mindegyik más alkalmazási forgatókönyvhöz alkalmas.