Fizyczne osadzanie z fazy gazowej

Osadzanie fizyczne z fazy gazowej (PVD) to zaawansowana technologia, która wykorzystuje środki fizyczne w celu odparowania materiałów do postaci atomów, cząsteczek lub jonów w środowisku próżniowym, a następnie osadzenia ich na powierzchni podłoża w celu utworzenia cienkiej warstwy.

Kompletny przewodnik po fizycznym osadzaniu z fazy gazowej

W dziedzinie nowoczesnej nauki o materiałach i inżynierii powierzchni technologia fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD) zajmuje kluczową pozycję. Od produktów elektronicznych, precyzyjnych instrumentów optycznych po kluczowe komponenty w zaawansowanych dziedzinach, takich jak lotnictwo i kosmonautyka, technologia PVD jest wszędzie. Może ona osadzać warstwę cienkiej warstwy o specjalnych funkcjach na powierzchni materiału. Warstwy te mogą nie tylko poprawić właściwości fizyczne materiału, takie jak odporność na zużycie, odporność na korozję i przewodnictwo, ale także nadać materiałowi unikalne właściwości optyczne, elektryczne i magnetyczne, znacznie rozszerzając zakres zastosowań materiału. Wraz z szybkim rozwojem nauki i technologii wymagania dotyczące wydajności materiałów stają się coraz bardziej rygorystyczne. Technologia PVD również stale się rozwija i ewoluuje, zapewniając silne wsparcie techniczne w celu zaspokojenia potrzeb różnych branż.

Krótka historia

Pochodzenie technologia fizycznego osadzania z fazy gazowej można prześledzić do początku XX wieku. W tym czasie miała pewne wstępne zastosowania, ale ze względu na warunki techniczne rozwijała się powoli. Prawdziwy szybki rozwój rozpoczął się w ciągu ostatnich 20 lat. Wraz z ciągłym postępem technologii próżniowej, technologii plazmowej i nauki o materiałach, technologia PVD stopniowo dojrzewała i była szeroko stosowana w wielu dziedzinach.

W latach 1960. XX wieku technologię powlekania jonowego zaproponował DMMattox, kładąc ważny fundament pod rozwój technologii PVD. Następnie, w latach 1970., Bunshah i Juntz wprowadzili reaktywne parowanie jonowe (AREIP), skutecznie osadzając supertwarde warstwy, takie jak TiN i TiC. Te supertwarde warstwy mają niezwykle wysoką twardość i odporność na zużycie, znacznie rozszerzając zastosowanie technologii PVD w przemyśle, takim jak powlekanie narzędzi. W tym samym czasie Moley i Smith opracowali i udoskonalili galwanizację jonową z wnękową gorącą katodą, a w 1973 r. opracowali galwanizację jonową przy użyciu częstotliwości radiowej (RFIP), dodatkowo wzbogacając środki i zakres zastosowań technologii PVD.

W latach 1980. XX wieku pojawiły się kolejno magnetronowe napylanie jonowe (MSIP) i wielołukowe napylanie jonowe (MAIP). Magnetronowe napylanie jonowe łączy zalety magnetronowego napylania i jonowego napylania, poprawiając szybkość osadzania i jakość filmu; wielołukowe napylanie jonowe pojawiło się w dziedzinie obróbki powierzchni dzięki swojej wysokiej szybkości jonizacji i wysokiej szybkości osadzania i jest szeroko stosowane w przygotowywaniu powłok powierzchniowych do form, części mechanicznych itp.

Wkraczając w lata 1990. XX wieku, technologia PVD jest coraz szerzej stosowana w przemyśle zegarmistrzowskim, szczególnie w obróbce powierzchniowej metalowych części zegarków o wysokiej jakości. Jej wykwintny efekt powłoki i dobra odporność na zużycie dodają zegarkom wyjątkowego uroku i wartości. Dzięki ciągłej innowacji technologii PVD pojawiła się seria zaawansowanych technologii, w tym wielołukowa powłoka jonowa i technologia kompatybilna z rozpylaniem magnetronowym, duże prostokątne cele o długim łuku i rozpylone cele, niezrównoważone cele rozpylania magnetronowego, cele podwójne, nawijanie powłoki z pianki paskowej wielołukowej, nawijanie powłoki z tkaniny z włókien paskowych itp. Sprzęt do powlekania jest również rozwijany w kierunku pełnej automatyzacji komputerowej i wielkoskalowej skali przemysłowej. Dzięki temu odgrywa on niezastąpioną rolę w wielu dziedzinach, takich jak lotnictwo, elektronika, optyka, maszyny, budownictwo, przemysł lekki, metalurgia itp.

Zasada działania PVD

Osadzanie fizyczne z fazy gazowej (PVD) odnosi się do technologii odparowywania powierzchni źródła materiału (stałego lub ciekłego) na atomy gazowe, cząsteczki lub częściowo zjonizowane na jony w warunkach próżni za pomocą metod fizycznych i osadzania cienkiej warstwy o określonych specjalnych funkcjach na powierzchni podłoża za pomocą gazu o niskim ciśnieniu (lub plazmy). Jej podstawową zasadę można podzielić na trzy kluczowe kroki:

Odparowywanie

Materiał galwaniczny jest odparowywany, sublimowany lub rozpylany przez ogrzewanie, rozpylanie, łukowanie itp., aby utworzyć źródło parowania materiału galwanicznego. Na przykład w przypadku powlekania metodą parowania próżniowego stały materiał galwaniczny jest podgrzewany do temperatury parowania przez ogrzewanie oporowe, ogrzewanie wiązką elektronów itp., tak aby został przekształcony w atomy gazowe lub cząsteczki; w przypadku powlekania metodą rozpylania jony o wysokiej energii są używane do bombardowania materiału docelowego, tak aby atomy na jego powierzchni uzyskały wystarczającą energię, aby uciec i utworzyć atomy gazowe lub cząsteczki.

Migracja

Odparowane atomy, cząsteczki lub jony powłoki migrują w środowisku próżni lub niskociśnieniowym gazie lub plazmie. Podczas procesu migracji zderzają się z innymi cząsteczkami, co powoduje różne reakcje, takie jak rozpraszanie i wzbudzanie. Na przykład w środowisku plazmy jony przyspieszają pod wpływem pola elektrycznego, zderzają się z cząsteczkami gazu i jonizują je, co dodatkowo zwiększa gęstość i aktywność plazmy.

Zeznanie

Atomy, cząsteczki lub jony powłoki, które migrują do powierzchni podłoża, są adsorbowane, dyfundowane, zarodkowane i rozwijają się na powierzchni podłoża, a na końcu tworzą ciągły film. Podczas osadzania atomy lub jony znajdą odpowiednie miejsce na powierzchni podłoża, aby się przyłączyć i stopniowo zbierają się, tworząc maleńkie zarodki kryształów. Wraz z przybyciem większej liczby atomów lub jonów zarodki kryształów nadal rosną i łączą się ze sobą, a na końcu tworzą kompletny film.

Rodzaje PVD

Technologia PVD dzieli się głównie na trzy kategorie: powlekanie metodą odparowania próżniowego, powlekanie metodą rozpylania próżniowego i powlekanie metodą jonizacji próżniowej. Porównajmy trzy technologie PVD w tabeli:

Typ	Podklasyfikacja	Zasada
Powłoka parowania próżniowego	Powłoka parowania oporowego	Gdy prąd elektryczny przepływa przez rezystor, wytwarzane jest ciepło. Ciepło powoduje odparowanie materiału powłoki. Odparowany materiał skrapla się na powierzchni podłoża, tworząc film. Na przykład podczas przygotowywania filmu metalowego umieść metal lub arkusz metalu na oporniku – podgrzewanym źródle parowania (takim jak włókno wolframowe). Po elektryzacji element grzejny generuje ciepło, aby spowodować odparowanie i pokrycie materiału metalowego.
	Powłoka odparowywana wiązką elektronów	Użyj wiązki elektronów o wysokiej energii, aby zbombardować materiał powłoki. Energia kinetyczna elektronów jest zamieniana na energię cieplną, aby materiał powłoki odparował. Wiązka elektronów jest generowana przez działo elektronowe. Odparuj materiał powłoki w środowisku wysokiej próżni, aby uzyskać wysoki punkt odparowania materiału. Jest często używany do przygotowywania cienkich warstw optycznych, cienkich warstw półprzewodnikowych itp., takich jak odparowywanie dwutlenku tytanu (\(TiO_2\)) do przygotowywania optycznych powłok antyodblaskowych.
	Powłoka odparowująca przy wyładowaniu łukowym	Wygeneruj łuk pomiędzy katodą i anodą, aby materiał powłoki odparował i zjonizował się. Wysoka temperatura łuku może spowodować szybkie odparowanie i zjonizowanie materiału powłoki. Jony są przyspieszane przez pole elektryczne i osadzane na powierzchni podłoża. Na przykład podczas przygotowywania powłoki ze stopu twardego użyj wyładowania łukowego, aby odparować związki metali i osadzić twardą powłokę na powierzchni narzędzia.
	Powłoka odparowująca wiązką laserową	Użyj wiązki lasera o wysokiej gęstości energii, aby napromieniować materiał powłoki, tak aby materiał powłoki został odparowany i zjonizowany jednocześnie. Wysoka energia lasera może precyzyjnie kontrolować obszar parowania i ilość parowania i nadaje się do przygotowywania specjalnych cienkich warstw i warstw o strukturze mikro-nano. Na przykład podczas przygotowywania ultra-twardej warstwy na narzędziu wybierz odpowiednie materiały i spraw, aby ablacja laserowa spełniała wymagania projektowe.
Powłoka natryskiwana próżniowo	Powłoka natryskiwana prądem stałym	W środowisku próżniowym wprowadź gaz obojętny (taki jak argon). Użyj napięcia stałego, aby gaz wytworzył plazmę między elektrodami. Jony dodatnie są przyspieszane przez pole elektryczne, aby bombardować materiał docelowy, a rozpylone atomy docelowe są osadzane na powierzchni podłoża, tworząc film. Jest często stosowany do osadzania filmów metalowych, takich jak rozpylanie filmu metalowego na szkle w celu przygotowania szkła powlekanego metalem do odbicia.
	Powłoka natryskowa RF	W przypadku materiałów izolacyjnych należy użyć zasilacza RF, aby wygenerować pole elektryczne RF w celu wytworzenia plazmy gazowej. Pole elektryczne RF może powodować oscylacje elektronów w polu elektrycznym, zderzać się z cząsteczkami gazu w celu jonizacji i generować plazmę, aby zrealizować powłokę rozpylania materiałów izolacyjnych. Można go używać do przygotowywania tlenku, azotku i innych warstw izolacyjnych, takich jak rozpylanie dwutlenku krzemu (\(SiO_2\)) folia do izolacji układów scalonych.
	Powłoka natryskiwana magnetronowo	Wprowadź pole magnetyczne do komory rozpylania. Pod wpływem pola magnetycznego ścieżka ruchu elektronów ulega wydłużeniu, zwiększając prawdopodobieństwo kolizji między elektronami a cząsteczkami gazu, poprawiając szybkość jonizacji gazu i szybkość wykorzystania celu. Jest szeroko stosowany w przygotowywaniu różnych cienkich warstw, takich jak rozpylanie przezroczystej i przewodzącej warstwy tlenku indu i cyny (ITO) na płaskim wyświetlaczu.
Powłoka jonowa próżniowa	Powłoka jonowa	Spraw, aby materiał powłoki odparował, rozpylił się lub został wygenerowany w inny sposób w polu elektrycznym, aby zjonizować materiał powłoki. Pod wpływem pola elektrycznego na podłoże jony są przyspieszane i osadzane na podłożu, tworząc film. Siła wiązania filmu z podłożem powłoki jonowej jest silna, a warstwa filmu jest gęsta i jednolita, i może być stosowana do powlekania powierzchni różnych materiałów, takich jak powlekanie filmu azotku tytanu (TiN) na powierzchni formy w celu poprawy odporności na zużycie.
	Powłoka jonowa reaktywna	Podczas procesu powlekania jonowego wprowadź reaktywny gaz (taki jak tlen, azot itp.), który reaguje z odparowanymi atomami materiału powłoki na powierzchni podłoża, tworząc film złożony. Na przykład wprowadź tlen, a odparowane jony tytanu zareagują z tlenem, tworząc dwutlenek tytanu (\(TiO_2\)) na powierzchni podłoża, która może być wykorzystywana w optyce, fotokatalizie i innych dziedzinach.
	Wielo-łukowa powłoka jonowa	Użyj wyładowania łuku katodowego, aby wygenerować wiele punktów łukowych na powierzchni docelowej. Materiał powłoki w punktach łukowych jest odparowywany i jonizowany jednocześnie. Jony są przyspieszane i osadzane na powierzchni podłoża pod działaniem pola elektrycznego. Szybkość jonizacji materiału powłoki wielo-łukowej powłoki jonowej jest wysoka, a szybkość osadzania jest szybka. Jest często stosowany do przygotowywania powłok dekoracyjnych i funkcjonalnych, takich jak powlekanie złotem powierzchni sprzętu w celu dekoracji.

Etapy operacji PVD

Przygotowanie materiału: Wybierz odpowiednie materiały galwaniczne i materiały podłoża. Materiały galwaniczne powinny być wybierane zgodnie z wydajnością i zastosowaniem wymaganej folii. Na przykład, jeśli chcesz przygotować powłokę odporną na zużycie, możesz wybrać TiN, CrN i inne materiały; materiał podłoża powinien uwzględniać jego kompatybilność z folią i scenariusz zastosowania, np. podłoża metalowe są często używane do powlekania części mechanicznych. Podłoża szklane są często używane do folii optycznych. Zapewnij czystość i jakość materiału galwanicznego i materiałów podłoża, usuń zanieczyszczenia, plamy oleju i tlenki z powierzchni oraz zastosuj czyszczenie chemiczne, czyszczenie ultradźwiękowe i inne wstępne obróbki. W przypadku niektórych zastosowań o ekstremalnie wysokich wymaganiach dotyczących jakości powierzchni może być również wymagane polerowanie.

Przygotowanie sprzętu: Sprawdź i usuń błędy w sprzęcie PVD, w tym w systemie próżniowym, systemie grzewczym, systemie zasilania, systemie zasilania gazem itp. Upewnij się, że system próżniowy może osiągnąć wymagany stopień próżni. Zasadniczo PVD musi być przeprowadzane w środowisku o wysokiej próżni, a stopień próżni zwykle musi osiągnąć 10⁻³ – 10⁻⁶ Pa lub nawet niższy. System grzewczy musi być w stanie dokładnie kontrolować temperaturę, aby spełnić wymagania zgazowania galwanicznego. System zasilania musi być stabilny i niezawodny, zapewniając odpowiednie napięcie i prąd dla różnych procesów jonizacji i rozpylania. System zasilania gazem musi zapewniać czystość i przepływ gazu. W zależności od różnych metod PVD i materiałów cienkowarstwowych może być konieczne wprowadzenie argonu, azotu, tlenu i innych gazów.

Załadunek pieca: Zainstaluj wstępnie obrobione podłoże i materiał galwaniczny w komorze próżniowej urządzenia PVD. Podłoże powinno być umieszczone w odpowiedniej pozycji, aby zapewnić równomierne osadzanie materiału galwanicznego. Do zamocowania podłoża można użyć specjalnego uchwytu lub wieszaka. Materiał galwaniczny jest instalowany w źródle parowania, materiale docelowym i innych pozycjach. Na przykład w przypadku powłoki z odparowaniem oporowym materiał galwaniczny jest umieszczany na elemencie grzewczym oporowym; w przypadku powłoki rozpylanej materiał docelowy jest instalowany na katodzie rozpylającej. Podczas procesu instalacji należy uważać, aby nie wprowadzić nowych zanieczyszczeń i skażeń.

Odkurzanie: Uruchom system próżniowy i usuń powietrze z komory próżniowej, aby uzyskać wymagany stopień próżni. Zazwyczaj pompa mechaniczna jest używana do pompowania wstępnego w celu zmniejszenia stopnia próżni do około 1-10 Pa, a następnie pompa dyfuzyjna, pompa molekularna itp. są używane do pompowania wysokiego, aby jeszcze bardziej zmniejszyć stopień próżni do wartości docelowej. Podczas procesu próżniowego należy monitorować zmiany stopnia próżni, aby zapewnić normalną pracę systemu próżniowego. Jeśli występują problemy, takie jak wyciek powietrza, należy je niezwłocznie sprawdzić i rozwiązać.

Ogrzewanie i parowanie: Zgodnie z wybraną metodą PVD, materiał galwaniczny jest podgrzewany w celu odparowania. W przypadku powlekania metodą parowania próżniowego, materiał galwaniczny jest podgrzewany i odparowywany za pomocą ogrzewania oporowego, ogrzewania wiązką elektronów itp.; w przypadku powlekania rozpyłowego, materiał docelowy jest bombardowany jonami w plazmie w celu rozpylenia atomów docelowych; w przypadku powlekania jonowego, materiał galwaniczny jest odparowywany i jonizowany za pomocą wyładowania łukowego itp. Podczas procesu ogrzewania i odparowywania, parametry takie jak temperatura i moc muszą być precyzyjnie kontrolowane, aby zapewnić stabilność szybkości odparowywania i jakość materiału galwanicznego.

Zeznanie: Atomy, cząsteczki lub jony materiału galwanicznego migrują do powierzchni podłoża w środowisku próżniowym i osadzają się na powierzchni podłoża, tworząc cienką warstwę. Podczas procesu osadzania podłoże może być ogrzewane lub chłodzone w zależności od potrzeb, aby kontrolować szybkość wzrostu i jakość warstwy. Na przykład odpowiednie zwiększenie temperatury podłoża może promować dyfuzję atomów na powierzchni podłoża i zagęszczać warstwę; podczas gdy obniżenie temperatury podłoża może prowadzić do zwiększonego naprężenia w warstwie. Jednocześnie strukturę i właściwości warstwy można również dostosować, kontrolując parametry, takie jak energia i kąt padania jonów.

Chłodzenie i rozładunek: Po zakończeniu osadzania należy przerwać ogrzewanie i pozwolić, aby temperatura w komorze próżniowej stopniowo spadała. Po spadku temperatury do odpowiedniego zakresu należy otworzyć komorę próżniową i usunąć podłoże pokryte folią. Podczas procesu chłodzenia należy zachować ostrożność, aby uniknąć problemów, takich jak pęknięcia lub łuszczenie się folii z powodu szybkich zmian temperatury. Usunięte próbki można następnie przetestować i przetworzyć, np. poprzez pomiar grubości folii, analizę składu, testowanie wydajności itp.

Materiały technologii PVD

Powłoka parowa

Powłoka parowa wymaga, aby materiał powłoki miał niższą temperaturę topnienia i ciśnienie pary. Dlatego metale (takie jak aluminium, miedź, złoto itp.) i niektóre materiały stopowe o niskiej temperaturze topnienia (takie jak stop cyny i ołowiu) są bardziej odpowiednie do powłoki parowej. Dokładnie kontroluj temperaturę i szybkość parowania źródła parowania, aby zapewnić jednorodność i jakość warstwy filmu.

Powłoka rozpylana

Powłoka rozpylana ma stosunkowo łagodne wymagania co do materiału powłoki, a metale, stopy, ceramika, półprzewodniki itp. są akceptowalne. Szybkość rozpylania i charakterystyka rozpylania różnych materiałów są różne. Konieczne jest wybranie odpowiednich parametrów rozpylania zgodnie z właściwościami materiału, takimi jak typ gazu rozpylającego, moc rozpylania, ciśnienie gazu rozpylającego itp.

Platerowanie jonowe

Powłoka jonowa łączy zalety powłoki parowej i powłoki rozpylanej, aby poprawić siłę wiązania między warstwą folii a podłożem i jakość warstwy folii. W przypadku powłoki jonowej cząstki powłoki są jonizowane i przyspieszane, więc materiał powłoki musi mieć dobrą przewodność lub być zjonizowany w określonych warunkach.

Przemysł metalowy

Aluminium (Al), tytan (Ti), chrom (Cr), nikiel (Ni), miedź (Cu), złoto (Au), srebro (Ag) itp. Folia aluminiowa ma dobrą przewodność i współczynnik odbicia, dlatego jest często stosowana w elektrodach i reflektorach optycznych urządzeń elektronicznych; folia tytanowa ma doskonałą odporność na korozję i biokompatybilność, dlatego jest szeroko stosowana w urządzeniach medycznych, lotnictwie i innych dziedzinach; folia chromowa ma wysoką twardość i dobrą odporność na zużycie, dlatego jest często stosowana do powlekania powierzchni części mechanicznych; folie złote i srebrne są preferowane w elektronice i dekoracji ze względu na ich dobrą przewodność i stabilność chemiczną.

Stop

Takie jak stop tytanu i aluminium (TiAl), stop niklu i chromu (NiCr) itp. Folia stopowa może łączyć zalety wielu metali. Na przykład folia stopowa TiAl ma cechy zarówno tytanu, jak i aluminium, wysoką wytrzymałość w wysokiej temperaturze, niską gęstość, dobrą odporność na utlenianie itp., nadaje się do powlekania części o wysokiej temperaturze, takich jak silniki lotnicze; folia stopowa NiCr ma dobrą odporność na ciepło i korozję i jest często stosowana w elementach grzewczych i powłokach antykorozyjnych.

związki

Węgliki: takie jak węglik tytanu (TiC), węglik chromu (CrC) itp. Warstwy węglikowe charakteryzują się wyjątkowo dużą twardością, doskonałą odpornością na zużycie i wysoką temperaturę, a często są stosowane do powlekania powierzchni narzędzi, form itp.

Azotki: takie jak azotek tytanu (TiN), azotek chromu (CrN), azotek tytanu i glinu (TiAlN) itp. Folie azotkowe są nie tylko twarde, ale również mają dobrą stabilność chemiczną i właściwości dekoracyjne. Folie TiN są złotożółte i są często używane do imitacji złotych powłok dekoracyjnych. Są również powszechnym materiałem do powłok narzędziowych; folie TiAlN mogą nadal utrzymywać wysoką twardość i odporność na utlenianie w wysokich temperaturach i nadają się do narzędzi skrawających o dużej prędkości.

Tlenki: takie jak dwutlenek tytanu (związki rozpylające), tlenek cynku (ZnO), tlenek indowo-cynowy (ITO) itp. Folia TiO₂ ma aktywność fotokatalityczną, przepuszczalność optyczną i odporność na korozję i jest stosowana do fotokatalitycznego rozkładu zanieczyszczeń, ogniw słonecznych i urządzeń optycznych; Folia ZnO ma właściwości piezoelektryczne, właściwości półprzewodnikowe i właściwości ekranujące promieniowanie UV i jest stosowana w czujnikach, urządzeniach elektronicznych i materiałach przeciwsłonecznych; Folia ITO to przezroczysta folia przewodząca, szeroko stosowana w urządzeniach elektronicznych, takich jak wyświetlacze ciekłokrystaliczne i ekrany dotykowe.

Borek: takie jak borek tytanu (TiB₂), borek cyrkonu (ZrB₂) itp. Warstwy borkowe charakteryzują się dużą twardością, wysoką temperaturą topnienia i dobrą przewodnością, są stosowane w powłokach odpornych na zużycie, materiałach elektrodowych itp.

Zalety powłoki PVD

Dobre wyniki

Powłoka PVD ma doskonałe właściwości, takie jak wysoka twardość, wysoka odporność na zużycie i niski współczynnik tarcia. Na przykład twardość powłoki TiN może osiągnąć 2000-2500HV, co jest 3-4 razy większą twardością niż stal szybkotnąca.

Mocne wiązanie z podłożem

Gdy atomy lub jony powłoki zostaną osadzone na powierzchni podłoża, rozproszą się i połączą chemicznie z atomami podłoża, tworząc silne wiązanie. Zapewnia to długoterminową skuteczność i stabilność powłoki.

Wiele opcji materiałowych

Różnorodne materiały, takie jak metale, stopy i związki, są używane jako materiały galwaniczne do przygotowywania folii o różnym składzie chemicznym i właściwościach. Precyzyjna kontrola składu, struktury i właściwości folii w celu spełnienia zróżnicowanych potrzeb różnych dziedzin.

Jednolita i kontrolowana grubość powłoki

Technologia PVD umożliwia równomierne osadzanie powłoki na powierzchni podłoży o złożonych kształtach. Dokładnie oblicz czas osadzania, moc, przepływ gazu itp., aby dokładnie kontrolować grubość powłoki. Od kilku nanometrów do dziesiątek mikronów.

Bez zanieczyszczeń

W porównaniu z tradycyjnym galwanizowaniem, technologia PVD jest wykonywana w środowisku próżniowym, nie wykorzystuje dużej ilości roztworów chemicznych, nie wytwarza ścieków, gazów odlotowych, pozostałości itp. i jest przyjazna dla środowiska.

Dobry efekt dekoracyjny

Powłoka PVD może mieć różne kolory i połysk, takie jak złoto, srebro, czerń, różowe złoto itp., a kolor jest trwały i stabilny, a także niełatwy do wyblaknięcia. Poprawia jakość wyglądu i efekt dekoracyjny biżuterii, zegarków itp.

Zastosowanie

Technologia PVD obejmuje niemal każdy aspekt nowoczesnego przemysłu, od elektroniki, optyki, maszyn po dekorację, medycynę, lotnictwo i inne dziedziny, odgrywając niezastąpioną rolę. Nie tylko poprawia wydajność i jakość części, ale także zaspokaja potrzeby ludzi w zakresie piękna, ochrony środowiska i innych aspektów.

Produkcja mechaniczna

Powłoka PVD jest głównie stosowana w celu poprawy wydajności narzędzi, form i części mechanicznych. Narzędzia zazwyczaj wybierają powłoki TiN, TiCN, TiAlN i inne w celu poprawy twardości, odporności na zużycie i wydajności cięcia narzędzi; powierzchnia formy jest często powlekana powłokami Cr, stopem TiAl i innymi w celu zmniejszenia współczynnika tarcia między formą a przedmiotem obrabianym; w przypadku części mechanicznych, takich jak łożyska i koła zębate, powłoka DLC (węgiel diamentowy) może być stosowana w celu zmniejszenia strat tarcia i poprawy dokładności ruchu i niezawodności części.

Pole elektroniki

Technologia powlekania PVD jest szeroko stosowana w produkcji układów scalonych, wyświetlaczy płaskich, czujników itp. W produkcji układów scalonych do powlekania elektrod, połączeń i urządzeń półprzewodnikowych wymagane są materiały metalowe o wysokiej czystości (takie jak miedź i aluminium) oraz materiały półprzewodnikowe (takie jak krzem); w dziedzinie wyświetlaczy płaskich folie ITO są szeroko stosowane jako przezroczyste elektrody przewodzące w wyświetlaczach LCD, OLED i innych urządzeniach wyświetlających; w dziedzinie czujników, poprzez powlekanie folii o określonych funkcjach (takich jak folie gazoczułe, folie wrażliwe na wilgoć itp.), czujniki mogą wykrywać określone wielkości fizyczne lub chemiczne.

Pole optyczne

W dziedzinie optyki powłoka PVD jest głównie stosowana do przygotowywania cienkich warstw optycznych, takich jak folie odblaskowe, folie antyrefleksyjne, folie filtracyjne itp. Zgodnie z różnymi wymaganiami dotyczącymi wydajności optycznej wybierz odpowiednie materiały optyczne i technologię powlekania. Na przykład w instrumentach optycznych, takich jak teleskopy i mikroskopy, konieczne jest powlekanie wieloma warstwami folii antyrefleksyjnych w celu zmniejszenia utraty światła odbitego na powierzchni soczewki i poprawy transmisji światła i jakości obrazowania instrumentu; w urządzeniach laserowych konieczne jest powlekanie folii odblaskowych o wysokim współczynniku odbicia w celu poprawy mocy wyjściowej i stabilności lasera.

Lotnictwo

W dziedzinie lotnictwa i kosmonautyki technologia powlekania PVD jest głównie stosowana w celu poprawy wydajności części silników lotniczych i powierzchni samolotów. Na przykład powlekanie powłokami ze stopu TiAl powierzchni łopatek turbin silników lotniczych może poprawić wytrzymałość w wysokiej temperaturze, odporność na utlenianie i odporność na korozję termiczną łopatek; powlekanie powłokami antyradiacyjnymi powierzchni samolotu może skutecznie blokować promienie kosmiczne i promieniowanie słoneczne oraz chronić bezpieczeństwo sprzętu i personelu wewnątrz samolotu.

Dekoracja

W dziedzinie dekoracji powłoka PVD jest głównie stosowana w celu nadania produktom pięknego wyglądu i dobrej odporności na korozję. Typowe materiały powłok dekoracyjnych obejmują TiN, ZrN, CrN, złoto itp. Powłoki TiN i ZrN mogą mieć złoty wygląd i są często stosowane w produktach takich jak zegarki, oprawki okularów i biżuteria; powłoki CrN mogą mieć czarny wygląd i są często stosowane w produktach takich jak koła samochodowe i osprzęt łazienkowy; złocenie może nadać produktom luksusowy złoty wygląd i jest często stosowane w dziedzinie dekoracji wysokiej klasy.

PVD kontra CVD

Osadzanie fizyczne z fazy gazowej (PVD) i osadzanie chemiczne z fazy gazowej (CVD) to dwie ważne technologie przygotowywania cienkich warstw. Mają pewne różnice w zasadach, cechach procesu i obszarach zastosowań. Poniżej znajduje się szczegółowe porównanie PVD i CVD w formie tabeli:

Elementy porównawcze	PVD (rozpylanie, odparowywanie termiczne, odparowywanie wiązką elektronów, osadzanie laserem impulsowym, osadzanie łukiem katodowym, rozpylanie magnetronowe).	CVD (chemiczne osadzanie z fazy gazowej, na przykładzie termicznego CVD i wspomaganego plazmowo CVD).
Zasada	Spowoduj, aby materiał powłoki uległ gazyfikacji poprzez metody fizyczne, takie jak podgrzewanie, parowanie, rozpylanie jonowe itp. Następnie gazowy materiał powłoki osadza się na powierzchni podłoża, tworząc film.	Wykorzystują gazowe substancje chemiczne, które w takich warunkach, jak wysoka temperatura lub plazma, powodują reakcje chemiczne, tworząc substancje stałe, które następnie osadzają się na powierzchni podłoża, tworząc powłokę.
Temperatura osadzania	Generalnie stosunkowo niska, przeważnie poniżej 500°C. Niektóre procesy, takie jak parowanie wiązką elektronów, można przeprowadzać w temperaturze pokojowej.	Zwykle stosunkowo wysokie. Termiczne CVD wynosi zazwyczaj od 800 do 1200°C. Plazmowe – wspomagane CVD można obniżyć do 300 – 800掳C, ale nadal jest stosunkowo wysoka.
Jakość cienkich warstw	Warstwa folii jest gęsta, ma dobrą przyczepność do podłoża, doskonałe wykończenie powierzchni i niską zawartość zanieczyszczeń.	Warstwa filmu jest stosunkowo gruba, charakteryzuje się dobrą krystalicznością i jednolitą strukturą, może jednak zawierać niewielką ilość zanieczyszczeń, a jakość wykończenia powierzchni jest stosunkowo niska.
Szybkość osadzania	Stosunkowo niski, zwłaszcza w przypadku metod takich jak rozpylanie. Szybkość osadzania wynosi zazwyczaj od kilku nanometrów na sekundę do kilkudziesięciu nanometrów na sekundę. Parowanie termiczne i parowanie wiązką elektronów są stosunkowo szybsze.	Relatywnie wysoka. Szybkość osadzania termicznego CVD może sięgać od kilkudziesięciu nanometrów na sekundę do kilku mikrometrów na sekundę. Szybkość osadzania CVD wspomaganego plazmą jest również stosunkowo szybka.
Koszt wyposarzenia	Sprzęt jest skomplikowany, a jego cena stosunkowo wysoka, ponieważ wymaga użycia wielu precyzyjnych komponentów, takich jak systemy próżniowe i systemy zasilania.	Sprzęt jest stosunkowo prosty, ale wymagane są urządzenia grzewcze o wysokiej temperaturze i systemy zasilania gazem. Całkowity koszt jest również stosunkowo wysoki, a koszty utrzymania urządzeń o wysokiej temperaturze są stosunkowo wysokie.
Złożoność procesu	Istnieje wiele parametrów procesu oraz wysokie wymagania dotyczące kontroli stopnia podciśnienia, temperatury, mocy itp. Stopień trudności operacyjnej jest stosunkowo duży.	Proces obejmuje reakcje chemiczne i wymagana jest precyzyjna kontrola parametrów, takich jak szybkość przepływu, proporcja i temperatura gazu reakcyjnego. Wysokie wymagania dotyczące monitorowania i kontroli procesu reakcji.
Wpływ na podłoże	Osadzanie w niskiej temperaturze ma niewielki wpływ termiczny na podłoże i nie jest łatwo spowodować deformację i zmiany wydajności podłoża. Jednak bombardowanie jonami o wysokiej energii może spowodować pewne uszkodzenia powierzchni podłoża.	Osadzanie w wysokiej temperaturze może powodować zmiany w strukturze i wydajności materiału podłoża, takie jak wzrost ziarna i naprężenie cieplne podłoża. Istnieją pewne wymagania dotyczące materiału i struktury podłoża.
Stosowane materiały	Nadaje się do powlekania różnych materiałów, takich jak metale, stopy i ceramika. Może przygotowywać cienkie warstwy metalu, cienkie warstwy związków itp.	Nadaje się do różnych materiałów podłoża. Może przygotowywać różne cienkie warstwy, takie jak ceramika, półprzewodniki i metale. Jest szczególnie odpowiedni do przygotowywania cienkich warstw materiałów o wysokiej temperaturze topnienia i cienkich warstw o złożonych strukturach.
Obszary zastosowań	Szeroko stosowane w takich dziedzinach jak elektronika, optyka, maszyny i dekoracje, np. okablowanie metalowe w produkcji układów scalonych, powłoki antyrefleksyjne do soczewek optycznych, powłoki odporne na zużycie do frezów, powłoki dekoracyjne do zegarków itp.	Stosowane głównie w produkcji półprzewodników (np. przy przygotowywaniu warstw izolacyjnych i warstw dyfuzyjnych w układach scalonych), powłokach frezów ze stopów twardych, w dziedzinach optycznych (np. przy przygotowywaniu preform światłowodowych) itp. w dziedzinach o wysokich wymaganiach dotyczących jakości i struktury cienkich warstw.

PVD kontra galwanizacja

PVD i galwanizacja to powszechne technologie obróbki powierzchni. Mają oczywiste różnice w zasadach, cechach procesu, wydajności itp. Poniżej znajduje się porównanie w formie tabeli:

Elementy porównawcze	PVD (rozpylanie, odparowywanie termiczne, odparowywanie wiązką elektronów, osadzanie laserem impulsowym, osadzanie łukiem katodowym, rozpylanie magnetronowe).	CVD (chemiczne osadzanie z fazy gazowej, na przykładzie termicznego CVD i CVD wspomaganego plazmą).
Zasada	Materiał powłoki należy zgazować za pomocą metod fizycznych, takich jak odparowanie termiczne, rozpylanie jonowe itp. Następnie gazowy materiał powłoki osadza się na powierzchni podłoża, tworząc film.	Wykorzystują gazowe substancje chemiczne, które w warunkach wysokiej temperatury lub plazmy poddają się reakcjom chemicznym, tworząc substancje stałe, które następnie osadzają się na powierzchni podłoża, tworząc warstwę.
Temperatura osadzania	Generalnie stosunkowo niski, przeważnie poniżej 500掳C. Niektóre procesy, takie jak parowanie wiązką elektronów, można przeprowadzać w temperaturze pokojowej.	Zwykle stosunkowo wysokie. Termiczne CVD jest zazwyczaj w zakresie 800 – 1200°C. Plazmowe – Wzmocnione CVD można obniżyć do 300 – 800°C, ale nadal jest stosunkowo wysokie.
Jakość cienkich warstw	Warstwa folii jest gęsta, charakteryzuje się silną siłą wiązania z podłożem, wysokim wykończeniem powierzchni i niską zawartością zanieczyszczeń.	Warstwa filmu jest stosunkowo gruba, charakteryzuje się dobrą krystalicznością i jednolitą strukturą, może jednak zawierać niewielką ilość zanieczyszczeń, a jakość wykończenia powierzchni jest stosunkowo niska.
Szybkość osadzania	Stosunkowo niski. Zwłaszcza w przypadku metod takich jak rozpylanie, szybkość osadzania wynosi zazwyczaj od kilku nanometrów na sekundę do kilkudziesięciu nanometrów na sekundę. Parowanie termiczne i parowanie wiązką elektronów są stosunkowo szybsze.	Relatywnie wysoka. Szybkość osadzania Thermal CVD może osiągnąć dziesiątki nanometrów na sekundę do kilku mikrometrów na sekundę. Szybkość osadzania Plasma – Enhanced CVD jest również stosunkowo szybka.
Koszt wyposarzenia	Sprzęt jest skomplikowany i stosunkowo drogi, obejmuje wiele precyzyjnych komponentów, takich jak systemy próżniowe i systemy zasilania.	Sprzęt jest stosunkowo prosty, ale wymagane są urządzenia grzewcze o wysokiej temperaturze i systemy zasilania gazem. Całkowity koszt jest również stosunkowo wysoki, a koszty utrzymania urządzeń o wysokiej temperaturze są stosunkowo wysokie.
Złożoność procesu	Istnieje wiele parametrów procesu oraz wysokie wymagania dotyczące kontroli stopnia podciśnienia, temperatury, mocy itp., a trudność obsługi jest stosunkowo duża.	Proces ten obejmuje reakcje chemiczne wymagające precyzyjnej kontroli parametrów, takich jak szybkość przepływu, proporcje i temperatura gazu reakcyjnego, a także spełnienia wysokich wymagań w zakresie monitorowania i kontroli procesu reakcji.
Wpływ na podłoże	Osadzanie w niskiej temperaturze ma niewielki wpływ termiczny na podłoże i nie jest łatwo spowodować deformację i zmiany wydajności podłoża. Jednak bombardowanie jonami o wysokiej energii może spowodować pewne uszkodzenia powierzchni podłoża.	Osadzanie się osadów w wysokiej temperaturze może powodować zmiany w strukturze i właściwościach materiału podłoża, np. powodować rozrost ziaren i naprężenia cieplne podłoża. Istnieją określone wymagania dotyczące materiału i struktury podłoża.
Stosowane materiały	Nadaje się do powlekania różnych materiałów, takich jak metale, stopy i ceramika, a także do przygotowywania cienkich warstw metalowych, cienkich warstw złożonych itp.	Nadaje się do różnych materiałów podłoża i może przygotowywać różne cienkie warstwy, takie jak ceramika, półprzewodniki i metale. Jest szczególnie odpowiedni do przygotowywania cienkich warstw materiałów o wysokiej temperaturze topnienia i cienkich warstw o złożonych strukturach.
Obszary zastosowań	Powszechnie stosowane w takich dziedzinach jak elektronika, optyka, maszyneria i dekoracja, np. do okablowania metalowego w produkcji układów scalonych, powłok antyrefleksyjnych do soczewek optycznych, powłok odpornych na zużycie do frezów, powłok dekoracyjnych do zegarków itp.	Stosowane głównie w produkcji półprzewodników (np. przy przygotowywaniu warstw izolacyjnych i warstw dyfuzyjnych w układach scalonych), powłokach frezów ze stopów twardych, w dziedzinach optycznych (np. przy przygotowywaniu preform światłowodowych) itp. w dziedzinach o wysokich wymaganiach dotyczących jakości i struktury cienkich warstw.

Podsumowanie

Jako jedna z kluczowych technologii w dziedzinie nowoczesnej obróbki powierzchni materiałów, technologia fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD) ma wyjątkowe zalety i szerokie perspektywy zastosowań. Technologia PVD obejmuje wiele typów, takich jak powlekanie metodą parowania próżniowego, powlekanie metodą rozpylania próżniowego i powlekanie jonowe próżniowe. Każdy typ ma swoje własne cechy i zakres zastosowań, zapewniając różnorodność wyborów dla różnych materiałów i scenariuszy zastosowań. Jednocześnie technologia PVD ma bogaty wybór materiałów, w tym metali, stopów, związków itp. i może wytwarzać folie spełniające różne wymagania dotyczące wydajności, takie jak odporne na zużycie, odporne na korozję, optyczne, elektryczne i inne funkcjonalne folie.

W obszarze zastosowań technologia PVD obejmuje niemal wszystkie aspekty nowoczesnego przemysłu, od dziedzin high-tech, takich jak elektronika, optyka i maszyny, po codzienne i zaawansowane obszary zastosowań, takie jak dekoracja, leczenie medyczne i lotnictwo. Odgrywa ona niezastąpioną rolę. W porównaniu z innymi technologiami obróbki powierzchni, takimi jak chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) i galwanizacja, technologia PVD ma oczywiste różnice w zasadach, cechach procesu, właściwościach folii itp., a każda z nich nadaje się do różnych scenariuszy zastosowań.

Fizyczne osadzanie z fazy gazowej

Warsztat Wstitanium

Kompletny przewodnik po fizycznym osadzaniu z fazy gazowej

Krótka historia