Ce este depunerea fizică prin vapori (PVD)

Ce este depunerea fizică prin vapori (PVD)

Depunerea fizică prin vapori (PVD) este un proces de depunere a materialului acoperit pe suprafața piesei de prelucrat prin metoda fizică în condiții de vid. Atunci când se face procesul PVD, temperatura de încălzire a piesei de prelucrat este, în general, sub 600 ℃ , care pentru utilizarea de oțel de mare viteză, oțel de prelucrare a mucegaiului din aliaj și alte mucegai de oțel are o semnificație importantă. În prezent, există trei metode de depunere prin vapori fizic utilizate în mod obișnuit, și anume evaporarea în vid, pulverizarea și ionizarea. În prezent, tehnologia fizică de depunere a vaporilor nu numai că poate depune o peliculă de metal, o peliculă de aliaj, dar și un compus de depozitare, ceramică, semiconductor, film polimeric etc.

1. Evaporarea prin vid

Sub presiunea de 1,33x10-3 până la 1,33 x10-4pa în condiții de vid, evaporarea în vid se face prin încălzirea materialului sedimentar cu astfel de surse de căldură cum ar fi fascicul de electroni, iar atomii sau moleculele evaporate formează direct stratul sedimentar pe suprafața piesa de prelucrat sub presiunea de la 1,33x10-3 la 1,33 x10-4pa. Cu toate acestea, evaporarea directă a carburilor metalice refractare și nitrura este dificilă și tinde să descompună compușii. În acest scop, s-a dezvoltat evaporarea reacției prin introducerea unui proces chimic. De exemplu, metalul de titan a fost vaporizat prin pistolul cu electroni și o cantitate mică de gaze reactive cum ar fi metanul și acetilenul au fost introduse în spațiul de evaporare pentru a permite atomilor de titan și atomilor de gaz reactivi să reacționeze pe suprafața piesei de prelucrat și să încarce stratul TiC.

Evaporarea prin evaporare este folosită în principal pentru acoperirea suprafeței elementelor optice, cum ar fi lentilele și reflectorii, diverse componente electronice și produse de injecție din material plastic.

2. Acoperire cu pulverizare

Acoperirea prin pulverizare este o metodă fizică de depunere prin vapori fără tehnologie de evaporare. În timpul procesului de placare, sala de lucru este aspirată și umplută cu hidrogen gaz ca gaz de lucru, iar presiunea sa este menținută la 0,13-1,33pa. Materialul de depozitare este folosit ca țintă (catod), iar presiunea negativă este adăugată la sute la mii de volți. Piesa este preluată ca anod, iar filamentul pe ambele părți are o presiune negativă (-30-100v). Încălziți filamentul la circa 1700 ℃ , filamentul emite electroni pentru a face hidrogenul să se întâmple descărcări strălucitoare, producerea de ioni de hidrogen H +, H + este accelerat prin bombardarea materialului țintă, face ca atomii sau moleculele de materiale țintă să pulverizeze suprafața piesei de prelucrat, .

Sputtering poate fi folosit pentru a depune diverse materiale conductive, inclusiv metale de top topit și compuși. Dacă TiC este utilizat ca material țintă, acoperirea TiC poate fi depozitată direct pe piesa de prelucrat. Desigur, metalul Ti poate fi de asemenea utilizat ca țintă, iar apoi gazul reactiv poate fi importat pentru a efectua pulverizare reactivă. Acoperirea cu pulverizare este uniformă, dar cu o viteză de depunere lentă și nu este adecvată pentru acoperirea cu o grosime mai mare de 105 mm. Sputtering poate face ca temperatura substratului să crească la 500-600 ℃ , prin urmare, numai aplicabilă la această temperatură este procesarea secundară de matrițare din oțel.

3. Placarea cu ioni

Placarea cu ioni este de a face gazul sau substanța vaporizată ionizată în condiții de vid prin evacuarea gazului și pentru a evapora materialul vaporizat sau reactanții acestuia pe piesa de prelucrat prin bombardarea ionilor de gaz sau a ionilor de evapotranspirație. Prin combinarea tehnologiei de descărcare cu descărcări, cu plasmă și evaporare în vid, placarea cu ioni nu numai că poate îmbunătăți performanța acoperirii, dar poate extinde și domeniul de aplicare a tehnologiei de acoperire.

Pe lângă avantajele pulverizării prin vid, placarea cu ioni are, de asemenea, avantajele aderenței puternice a stratului de film, difracția bună și materialele de acoperire extinse. Folosind tehnologia de placare ionică, de exemplu, pot fi în metal, plastic, ceramică, sticlă, hârtie și alte materiale nemetalice, acoperire cu performanțe diferite de placare unică, placare cu aliaje, acoperire compusă și diferite tipuri de straturi compozite. viteza sedimentară (până la 755 m / min), curățarea înainte de procesul de placare este simplă, fără poluare pentru mediu, ca rezultat, atât în țară cât și în străinătate în ultimii ani a fost o dezvoltare rapidă.

Ionizarea unei vapori de metal sau aliaj cu ajutorul unei descărcări strălucitoare a unui gaz inert. Placarea cu ioni implică încălzirea, evaporarea și depunerea materialului de acoperire (cum ar fi TiN, TiC).

Materialul de acoperire prin evaporare, după strălucire, un număr mic de ionizare, a zburat la piesa de prelucrat sub acțiunea câmpului electric, energia miilor de electroni volți trage la suprafață, poate să intre în matrice în jurul unei adâncimi de câțiva nanometri, îmbunătățesc foarte mult rezistența la aderență a stratului de acoperire și materialele de evaporare fără film de depunere atomică ionizată direct pe părți. Stropirea ionilor gazului inert și a ionilor de materiale de acoperire de pe suprafața piesei de prelucrat poate, de asemenea, să elimine contaminanții de pe suprafața piesei de prelucrat, îmbunătățind astfel forța de legare.

Dacă gazul reactiv este introdus în spațiul de evaporare, o acoperire cu compus metalic poate fi depusă pe suprafața piesei de prelucrat, care se numește placare ionică reactivă. Datorită adoptării activării în plasmă, piesa de prelucrat trebuie acoperită doar la o temperatură scăzută sau chiar la temperatura camerei pentru a garanta în totalitate precizia dimensională și rugozitatea suprafeței piesei de prelucrat. Prin urmare, procesul final poate fi aranjat după ce piesa de prelucrat este întărită sau temperată. Cum ar fi TiN sau TiC sedimentar, temperatura corpului bazal poate alege în intervalul 150-600 ℃ , la acoperirea temperaturii ridicate cu duritate ridicată, forța de legare cu substratul este de asemenea ridicată. Temperatura substratului poate alege în funcție de materialul matricei și temperatura de temperare, cum ar fi substratul pentru oțel de mare viteză, poate alege 560 ℃ , și astfel, pentru călire, temperare și prelucrare la dimensiunea prelucrării matriței de înaltă precizie, nu vă faceți griji în ceea ce privește matricea pentru a reduce problemele de duritate și deformare. În plus, viteza de depunere a placării cu ioni este mai rapidă decât cea a altor metode de depunere în fază gazoasă și de obicei durează doar câteva minute pentru a obține acoperirea TiC sau TiN cu grosimea de 10 mm.

Acoperirile TiN sau TiC depuse de PVD pot fi comparate cu cele obținute prin CVD și au următoarele caracteristici:

(1) matrițele superioare și inferioare sunt prelucrate cu matrițe metalice de înaltă precizie și este destul de eficient să se utilizeze placări PVD superhard compuse pentru a întări suprafața;

(2) efectul PVD de acoperire va fi pierdut pe suprafata matlasata;

(3) Acoperirea PVD este mai eficientă pentru încărcarea statică;

(4) precizia înainte și după placarea cu PVD nu se modifică și nu este necesară procesarea din nou;

(5) Acoperirea PVD are rezistență superioară la uzură și rezistență ridicată la coroziune.

De exemplu, atunci când TiN este acoperit cu perforatoare din oțel de mare viteză utilizate pentru fabricarea șuruburilor, durata de viață este de 3-5 ori mai mare decât cea a dălților neacoperite. TiN este acoperit cu o matriță de precizie a pieselor auto. Când grosimea plăcii de oțel inoxidabil este de 1-3 mm, durata de viață este extinsă de 5-6 ori, dar când grosimea plăcii de oțel crește la 5-8 mm, efectul se pierde datorită desprinderii stratului TiN. Rezistența la coroziune a TiN poate fi mărită de 5-6 ori, iar rezistența la uzură poate fi mărită în același timp.

Principiul de bază al depunerii fizice de vapori poate fi împărțit în trei etape de proces:

(1) gazificarea materialului de placare: chiar dacă materialul de placare se vaporizează sau este pulverizat, adică sursa de gazeificare prin materialul de placare.

(2) migrarea atomilor, a moleculelor sau a ionilor în materialul de placare: o varietate de reacții sunt generate după ce atomii, moleculele sau ionii s-au ciocnit de sursa de gazeificare.

(3) atomii, moleculele sau ionii sunt depozitați pe substrat.

Înțelegerea tehnicilor de depunere fizică a vaporilor PVD

Tehnologia de depunere în fază gazoasă fizică are un proces simplu, un mediu îmbunătățit, fără poluare, mai puțin consumabile, formare de film uniformă și compactă și forță puternică de legare cu matricea. Tehnologia este utilizată pe scară largă în domeniile aerospațial, electronică, optică, mașini, construcții, industria ușoară, metalurgie, materiale și așa mai departe. Poate pregăti straturi de film cu rezistență la uzură, rezistență la coroziune, decorare, conductivitate electrică, izolație, conductivitate optică, piezoelectricitate, magnetism, lubrifiere, supraconductivitate și alte proprietăți.

Depunerea în fază gazoasă este o tehnologie pentru a forma un film funcțional pe suprafața matricei. Se utilizează reacțiile fizice sau chimice ale materialelor în faza gazoasă pentru a depune pe suprafața produsului un singur strat sau un strat multiplu, cu o singură substanță sau un compozit, permițând astfel suprafeței produsului să obțină diverse excelente proprietăți necesare.

Ca metodă de acoperire a suprafeței, sunt necesare etapele de bază ale depunerii de gaz -> transport -> depunere. Caracteristica principală a acestuia este că, indiferent dacă materialul original care trebuie placat este solid, lichid sau gazos, acesta trebuie transformat în fază gazoasă în timpul transportului și, în final, suprafața piesei de prelucrat este depusă și condensată în peliculă solidă.

Depunerea de vapori este în principal împărțită în două categorii:

ChemicalVaporDeposition , CVD

PhysicalVaporDeposition , PVD

Inițial, gazul TiCI și gazul NH s-au obținut prin încălzirea ușoară a lichidului volatil TiCI și au fost introduse în camera de reacție la temperatură ridicată. Aceste gaze de reacție au fost descompuse și apoi reacția chimică termodinamică a fost condusă pe suprafața solidă la temperatură ridicată pentru a genera TiN și HCI. HCI a fost extras și TiN a fost depus pe suprafața solidă pentru a forma un film solid rigid. Substanța chimică de vaporizare (CVD) este un proces de reacții chimice pe suprafețe solide și formarea de sedimente netelabile prin compuși volatili și substanțe gazoase care conțin componentele elementelor subțiri.

În același timp, oamenii pun un alt tip de depunere de vapori, prin încălzirea la temperaturi înalte a compușilor metalici sau metalici evaporați în fază gazoasă sau prin plasmă electronică, energia fotonică poate încărca particule cum ar fi metal sau țintă combinată, ioni, molecule (gaz), depozitate într-o peliculă solidă pe o suprafață solidă, care nu are nimic de-a face cu materialul reacțiilor chimice (descompunere sau combinate), cunoscut sub numele de depunere fizică de vapori (PhysicalVaporDeposition, PVD).

Odată cu dezvoltarea și aplicarea tehnologiei de depunere în fază gazoasă, cele două tipuri de depunere în fază gazoasă au propriul conținut tehnic nou. Cele două tipuri de depunere în fază gazoasă sunt intercalate una cu alta și ele sunt împletite între ele. De exemplu, fasciculul de plasmă și ionul sunt introduse în evaporarea și pulverizarea tehnologiei tradiționale de depunere a gazelor fizice pentru a participa la procesul de depunere a filmului. Între timp, gazul reactiv poate fi, de asemenea, injectat pe suprafața solidă pentru reacția chimică pentru a genera un nou produs sintetic, care se numește placare reactivă. Un exemplu este sinteza TiN prin gazul de reacție N2 din plasma de titan (Sp) de sputter. Aceasta înseamnă că depunerea fizică a vaporilor poate conține, de asemenea, reacții chimice. Un alt exemplu, în ventilația interioară cu reacția metanului, cu ajutorul descărcării cu arc catodic w, Ar, sub acțiunea descompunerii metanului din plasmă și a suprafeței solide pentru a recombina legăturile de carbon, filmul de fricțiune pe care oamenii îl foloseau în procesul de depunere este încă clasificat ca o depunere chimică de vapori, dar se află într-o tehnologie fizică tipică de depunere a vaporilor, placare cu ioni metalici cu catod. În plus, oamenii au pus în plasmă, tehnologia cu fascicul de ioni este introdusă în procesul tradițional de depunere chimică a vaporilor, reacția chimică nu respectă pe deplin principiul tradițional termodinamic, deoarece plasmă are o activitate chimică mai mare, poate fi în termodinamica reacției chimice tradiționale, mai mică decât temperatura de reacție, metoda cunoscută sub denumirea de depunere chimică de vapori asistată de plasmă (PlasmaAssistedChemicalVaporDeposition, denumită în continuare PACVD; Unele date se numesc depunere chimică cu vapori chimici (PECVD), care dau mai multă semnificație fizică depunerii de vapori chimici.

În discuția de astăzi a diferențelor dintre depunerea chimică și fizică în fază gazoasă, mă tem că doar diferențele în morfologia materialelor de acoperire sunt lăsate: fostele compuși volatili USES sau substanțe gazoase, în timp ce acestea din urmă utilizează substanțe solide (sau lichide) . Această distincție pare să fi pierdut esența definiției sale originale.

Încă în funcție de obiceiurile existente, în special în ceea ce privește materialul de placare, diferența dintre depunerea chimică de vapori, depunerea fizică de vapori, materialul de placare solid (lichid) prin temperatură ridicată și evaporare, pulverizare, fascicul de electroni, , raze laser și arc și alte forme de energie produse de atomii de gaz, molecule, ioni (gaz, plasmă) pentru transport, condensarea depunerii solide pe suprafață (inclusiv reacțiile chimice cu alte substanțe de reacție în fază gazoasă produse de reacție); generează procesul de membrană în fază solidă cunoscut sub numele de depunere fizică de vapori.

Dezvoltare tehnologică

Tehnologia PVD a apărut în filmele pregătite cu o duritate ridicată, un coeficient de frecare scăzut, o bună rezistență la uzură și o stabilitate chimică. Aplicarea cu succes în domeniul uneltelor de tăiat din oțel de mare viteză a atras atenție din partea industriei prelucrătoare din întreaga lume. În timp ce dezvoltăm echipamente de înaltă performanță și de înaltă fiabilitate, au fost de asemenea realizate cercetări mai aprofundate în uneltele de așchiere din carburi cimentate și ceramice. Comparativ cu procesul de CVD, temperatura procesului PVD este scăzută, sub 600 ℃ atunci când rezistența la încovoiere a materialelor instrumentului de tăiere; Stresul intern al filmului este stresul de compresie, care este mai potrivit pentru acoperirea cu unelte complicate de precizie cu carbură cimentată. Procesul PVD nu are efecte negative asupra mediului și este în concordanță cu direcția de dezvoltare a producției verzi verzi. În prezent, tehnologia de acoperire cu PVD a fost utilizată pe scară largă pentru tratarea acoperirilor de frezat cu capăt de carbură, burghiu, burghiu, foraj de ulei, foraj, robinet, foaie de frezat, foarfece de tăiere, tăietor special, tăietor de sudură etc.

Tehnologia PVD nu numai că a îmbunătățit rezistența de lipire a materialelor subțiri și a matricei de scule, dar a dezvoltat și compoziția de acoperire din prima generație de TiN pentru acoperirea multi-compozită, cum ar fi TiC, TiCN, ZrN, CrN, MoS2, TiAlN, TiAlCN, staniu -aln, CNx, DLC și ta-c.

Tehnologia de acoperire

Arcul cu catod magnetic îmbunătățit: Tehnica arcului catodic este de a separa ținta într-o stare ionică prin tensiune joasă și curent în condiții de vid, astfel încât să se finalizeze depunerea materialului subțire. Arcul magnetic catodic îmbunătățit UTILIZEAZĂ acțiunea combinată a câmpului electromagnetic pentru a controla efectiv arcul suprafeței țintă, ceea ce face ca rata de ionizare a materialului să fie mai mare și performanța filmului să fie mai bună.

Filtru de arc catodic filtrat : Sistemul de filtrare electromagnetică cu arc catodic (FCA) filtrat, echipat cu o sursă de ioni de mare eficiență, poate fi produs de particulele macroscopice în plasmă și filtrul de masă ionic curat, după filtrarea magnetică a particulelor sedimentare 100% îndepărtați particulele, astfel încât pregătirea filmului este foarte compactă și netedă, cu o rezistență bună la coroziune și rezistența de aderență a corpului este foarte puternică.

Sputtering Magnetron: într-un mediu în vid, ținta este bombardată cu ioni ionizați de gaz inert prin acțiunea combinată de tensiune și câmp magnetic, determinând țintă să fie evacuată sub formă de ioni, atomi sau molecule și depusă pe substrat pentru a forma o film subtire. Conductorii și materialele neconductoare pot fi pulverizate ca materiale țintă în funcție de diferitele surse de energie de ionizare utilizate.

Ion beam DLC: Gazul hidrocarbonat este separat în plasmă în sursa de ioni, iar ionii de carbon sunt eliberați de sursa de ioni sub acțiunea combinată a câmpului electromagnetic. Energia cu fascicul de ioni este controlată prin ajustarea tensiunii aplicate la plasmă. Faza de ioni de hidrocarburi este introdusă în substrat, iar viteza de depunere este proporțională cu densitatea de curent ionic. Sursa de fascicul de ioni de acoperire cu arc de stele adoptă o tensiune ridicată, astfel încât energia ionică este mai mare, ceea ce face bine legătura dintre film și substrat. Curentul ionic mai mare face ca depunerea filmului DLC să fie mai rapidă. Principalul avantaj al tehnologiei cu fascicul de ioni este faptul că poate depozita structuri ultra-subțiri și multi-straturi, precizia controlului procesului poate ajunge la mai multe angstromuri și poate reduce la minimum defectele cauzate de poluarea particulelor în proces.

IKS PVD, personalizați mașina potrivită de acoperire cu vid PVD pentru dvs., contactați-ne acum,

iks.pvd@foxmail.com