【康沃真空網(wǎng)】PVD是一種通過物理方式將目標(biāo)材料制備在目標(biāo)基體表面的表面加工技術(shù)，均在真空中進(jìn)行，PVD技術(shù)主要包括大三類：真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜和真空電弧離子鍍膜。

　　近年來，薄膜技術(shù)和薄膜材料的發(fā)展突飛猛進(jìn)、成果顯著，在原有基礎(chǔ)上，相繼出現(xiàn)了離子束增強沉積技術(shù)、電火花沉積技術(shù)、電子束物理氣相沉積技術(shù)和多層噴射沉積技術(shù)等。

　　01 真空蒸鍍

　　真空蒸發(fā)鍍膜的原理相對最簡單，包括電子束蒸發(fā)鍍膜、電阻蒸發(fā)鍍膜、電弧蒸發(fā)鍍膜、激光蒸發(fā)鍍膜等方式。

　　其主要方式是在真空中將目標(biāo)靶材加熱為氣體蒸發(fā)或者汽化，通常加熱源位于目標(biāo)靶材的下方，目標(biāo)基體位于靶材的上方，靶材分子會在熱能的作用下上升，從而沉積在目標(biāo)基體上，越來越多的靶材氣體分子在目標(biāo)基體上聚集，便會生長成致密的薄膜。

　　不同方式的蒸發(fā)鍍膜的區(qū)別僅僅在于加熱的不同。

　　電阻蒸發(fā)鍍膜就是利用焦耳定律來給電阻提供熱能，電阻溫度變高后給靶材加熱，使其變?yōu)闅怏w分子。

　　而電子束蒸發(fā)鍍膜方式略有不同，是利用電子束蒸發(fā)源發(fā)射電子束投射到靶材表面，靶材一般放在坩堝之中，受熱面積也較小，電子束可以加熱到1000 K以上，可以熔化所有常用材料。

　　02 真空濺射鍍膜

　　濺射鍍膜是指在真空條件下，利用獲得功能的粒子轟擊靶材料表面，使靶材表面原子獲得足夠的能量而逃逸的過程稱為濺射。被濺射的靶材沉積到基材表面，就稱作濺射鍍膜。

　　磁控濺射原理如圖所示，其中M代表金屬粒子。自由電子被電場加速飛向陽極，在此過程中與Ar原子碰撞，使其失去外層電子，釋放出Ar+和自由電子，Ar+在電場作用下飛向陰極，撞擊靶材，撞出靶材原子以及二次電子。自由電子在飛行過程中還有可能與Ar+相撞，使其恢復(fù)中性，但在此過程中電子由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)，會釋放出能量，這部分能量會以光子形式釋放，因為大量光子的釋放，所以等離子體會出現(xiàn)“輝光”現(xiàn)象。

　　入射離子（Ar+）能量不同，所達(dá)到的效果也不相同。當(dāng)入射離子能量較低時，以入射離子沉積為主（離子束沉積）；當(dāng)能量適中時，濺射出靶材原子；入射離子能量過高時，則會注入或擴散至靶材內(nèi)部。入射離子轟擊靶材表面的各種物理現(xiàn)象如圖所示。

　　03 電弧離子鍍（AIP）

　　電弧離子鍍（Arc ion plating,AIP）的基本原理為弧光放電，將爐內(nèi)抽至一個較低的真空度，再通過對引弧針施加一定強度的電流，使其將電流引至靶材表面，最終強電流使靶材表面蒸發(fā)或汽化，靶材原子獲得動能并擴散至基體表面，發(fā)生吸附、形核并最終生長成膜。

　　電弧離子鍍的主要特點有：工作真空度高，氣體雜質(zhì)污染?。怀练e速率較快，制備出的薄膜較厚；沉積粒子離化率高，離子能量高；沉積裝置簡單，基體溫升較小。

　　基于電弧離子鍍的原理和特點，其也具備一定的缺點：由于電弧離子鍍電流強度高，提供能量較大，導(dǎo)致金屬靶材表面很容易產(chǎn)生金屬液滴，金屬液滴會直接沉積至基體表面，會降低涂層的性能，也會降低膜基結(jié)合力；因為引弧針要施加強電流，所以靶材必須選用導(dǎo)電的材料，選擇性較少。

　　04 離子束增強沉積技術(shù)(IBED)

　　離子束增強沉積技術(shù)是一種將離子注入與薄膜沉積融為一體的材料表面改性新技術(shù)。它是指在氣相沉積鍍膜的同時，采用一定能量的離子束進(jìn)行轟擊混合，從而形成單質(zhì)或化合物膜層。

　　它除了保留離子注入的優(yōu)點外，還可在較低的轟擊能量下連續(xù)生長任意厚度的膜層，并能在室溫或近室溫下合成具有理想化學(xué)配比的化合物膜層(包括常溫常壓無法獲得的新型膜層)。

　　該技術(shù)具有工藝溫度低(＜200°C)，對所有襯底結(jié)合力強，可在室溫得到高溫相、亞穩(wěn)相及非晶態(tài)合金，化學(xué)組成便二控制，斱便控制生長過程等優(yōu)點。主要缺點是離子束具有直射性，因此處理形狀復(fù)雜的表面比較困難。

　　05 電火花沉積技術(shù)(ESD)

　　電火花沉積技術(shù)是將電源存儲的高能量電能，在金屬電極(陽極)與金屬母材(陰極)間瞬時高頻釋放，通過電極材料與母材間的空氣電離，形成通道，使母材表面產(chǎn)生瞬時高溫、高壓微區(qū)。同時離子態(tài)的電極材料在微電場的作用下融滲到母材基體，形成冶金結(jié)合。

　　電火花沉積工藝是介于焊接與噴濺或元素滲入之間的工藝，經(jīng)過電火花沉積技術(shù)處理的金屬沉積層具有較高硬度及較好的耐高溫性、耐腐蝕性和耐磨性，而且設(shè)備簡單、用途廣泛、沉積層不基體的結(jié)合非常牢固，一般不會發(fā)生脫落，處理后工件不會退火或變形，沉積層厚度容易控制，操作方法容易掌握。主要缺點是缺少理論支持，操作尚未實現(xiàn)機械化和自動化。

　　06 電子束物理氣相沉積技術(shù)(EB-PVD)

　　電子束物理氣相沉積技術(shù)是以高能密度的電子束直接加熱蒸發(fā)材料，蒸發(fā)材料在較低溫度下沉積在基體表面的技術(shù)。 

　　該技術(shù)具有沉積速率高 (10kg/h ～15kg/h 的蒸發(fā)速率)、涂層致密、化學(xué)成分易于精確控制、可得到柱狀晶組織、無污染以及熱效率高等優(yōu)點。該技術(shù)的缺點是設(shè)備昂貴，加工成本高。目前，該技術(shù)已經(jīng)成為各國研究的熱點。

　　07 多層噴射沉積技術(shù)(MLSD)

　　傳統(tǒng)的噴射沉積技術(shù)相比，多層噴射沉積的一個重要特點是可調(diào)節(jié)接收器系統(tǒng)和坩堝系統(tǒng)的運動，使沉積過程為勻速且軌跡不重復(fù)，從而得到平整的沉積表面。

　　其主要特點是：沉積過程中的冷卻速度比傳統(tǒng)噴射沉積要高，冷卻效果較好；可制備大尺寸工件，且冷卻速度不受影響；工藝操作簡單，易于制備尺寸精度較高、表面均勻平整的工件；液滴沉積率高；材料顯微組織均勻細(xì)小，無明顯界面反應(yīng)，材料性能較好。