O que é Deposição de Vapor Físico (PVD)?

O que é deposição física de vapor (PVD)?

Deposição de vapor físico (PVD) é um processo de depositar o material revestido na superfície da peça de trabalho pelo método físico sob condições de vácuo. Ao fazer o processo de PVD, a temperatura de aquecimento da peça de trabalho é geralmente inferior a 600 ℃ , que para o uso de aço de alta velocidade, liga de aço de usinagem de moldes e outros moldes de aço tem um significado importante. Atualmente, existem três métodos de deposição física de vapor comumente usados, isto é, evaporação a vácuo, pulverização catódica e revestimento iônico. Actualmente, a tecnologia física de deposição de vapor pode não só depositar filme de metal, película de liga, mas também depositar composto, cerâmica, semicondutor, filme de polímero, etc.

1. evaporação a vácuo

Sob a pressão de 1,33x10-3 a 1,33x10-4pa sob a condição de vácuo, a evaporação a vácuo é feita aquecendo o material sedimentar com fontes de calor como o feixe de elétrons, e os átomos ou moléculas evaporados formam diretamente a camada sedimentar na superfície do peça injetada sob a pressão de 1,33x10-3 a 1,33 x10-4pa. Entretanto, a evaporação direta de carbonetos e nitretos metálicos refratários é difícil e tende a quebrar compostos. Para este propósito, a evaporação da reação através da introdução do processo químico foi desenvolvida. Por exemplo, o metal de titânio foi vaporizado por pistola de elétrons e uma pequena quantidade de gases reativos, como metano e acetileno, foi introduzida no espaço de evaporação para permitir que os átomos de titânio reagissem na superfície da peça e depositassem o revestimento de TiC.

A evaporação a vácuo é usada principalmente para revestir a superfície de elementos ópticos, como lente e refletor, vários componentes eletrônicos e produtos de injeção de plástico.

2. revestimento de pulverização

O revestimento por pulverização é um método físico de deposição de vapor sem tecnologia de evaporação. Durante o processo de galvanização, a sala de trabalho é aspirada e preenchida com gás hidrogênio como gás de trabalho, e sua pressão é mantida em 0,13-1,33pa. O material de depósito é usado como alvo (catodo) e a pressão negativa é adicionada em centenas a milhares de volts. A peça de trabalho é tomada como ânodo e o filamento de ambos os lados tem pressão negativa (-30-100v). Filamento de aquecimento para cerca de 1700 ℃ , o filamento emitir elétrons para fazer hidrogênio acontecer descarga incandescente, produzir íons de hidrogênio H +, H + é acelerado por bombardear material-alvo, fazer os átomos ou moléculas sputtering material alvo estourou na superfície da peça, formação de sedimentos .

Sputtering pode ser usado para depositar vários materiais condutores, incluindo metais e compostos de alta fusão. Se TiC for usado como material de destino, o revestimento de TiC pode ser depositado diretamente na peça de trabalho. É claro que o Ti metálico também pode ser usado como alvo, e então o gás reativo pode ser importado para conduzir a pulverização reativa. O revestimento de pulverização é uniforme, mas com baixa velocidade de deposição, e não é adequado para revestimentos de mais de 105 mm de espessura. Sputtering pode fazer a temperatura do substrato aumentar para 500-600 ℃ , portanto, apenas aplicável a esta temperatura é o processamento do molde de aço de endurecimento secundário.

3. O revestimento ionizado

O ionização é fazer o gás ou matéria vaporizada ionizada sob a condição de vácuo pela descarga do gás e evaporar a matéria vaporizada ou seus reagentes na peça de trabalho bombardeando os íons gasosos ou os íons de evapotranspiração. Combinando a tecnologia de evaporação a plasma, a descarga a plasma e a vácuo, a galvanoplastia pode não apenas melhorar o desempenho do revestimento, mas também ampliar a gama de aplicações da tecnologia de revestimento.

Além das vantagens da pulverização a vácuo, a placa ionizada também tem as vantagens de uma forte adesão da camada de filme, boa difração e materiais de revestimento extensivos. Usando a tecnologia de revestimento iônico, por exemplo, pode ser em metal, plástico, cerâmica, vidro, papel e outros materiais não metálicos, revestimento com diferentes desempenhos de chapeamento único, chapeamento de liga, revestimento composto, e vários tipos de revestimento composto, e velocidade sedimentar (até 755 m / min), a limpeza antes do processo de revestimento é simples, sem poluição para o meio ambiente, como resultado, tanto em casa como no exterior nos últimos anos tem sido um rápido desenvolvimento.

Ionizando um vapor de metal ou liga por meio de uma descarga incandescente de um gás inerte. O revestimento com iões envolve o aquecimento, evaporação e deposição do material de revestimento (tal como TiN, TiC).

Átomos de material de revestimento de evaporação após o brilho, um pequeno número de ionização e voou para a obra sob a ação do campo elétrico, com a energia dos milhares de elétron volts atirar para a superfície, pode na matriz em torno de alguns nanômetros profundidade, assim melhorar consideravelmente a força de adesão do revestimento e materiais de evaporação sem ionização de filme de deposição atômica diretamente nas partes. O sputtering de íons de gás inerte e íons de material de revestimento na superfície da peça de trabalho também pode remover contaminantes na superfície da peça de trabalho, melhorando assim a força de ligação.

Se o gás reativo é introduzido no espaço de evaporação, um revestimento composto de metal pode ser depositado na superfície da peça de trabalho, o que é chamado de revestimento iônico reativo. Devido à adoção da ativação do plasma, a peça só precisa ser revestida a uma temperatura baixa ou mesmo à temperatura ambiente para garantir totalmente a precisão dimensional e a rugosidade da superfície da peça de trabalho. Portanto, o processo final pode ser organizado depois que a peça de trabalho é endurecida ou revenida. Tal como TiN sedimentar ou TiC, a temperatura corporal basal pode escolher dentro da faixa de 150-600 ℃ , no revestimento de alta temperatura de alta dureza, força de ligação com substrato é alta também. Temperatura do substrato pode escolher de acordo com o material da matriz e sua temperatura de têmpera, como o substrato para o aço de alta velocidade, pode escolher 560 ℃ , e, desta forma, para a têmpera, têmpera e processamento para o tamanho do processamento de moldes de alta precisão Não se preocupe com a matriz para reduzir os problemas de dureza e deformação. Além disso, a velocidade de deposição do revestimento iônico é mais rápida do que a de outros métodos de deposição em fase gasosa, e geralmente leva apenas alguns minutos para obter o revestimento de TiC ou TiN de 10 mm de espessura.

Os revestimentos de TiN ou TiC depositados por PVD podem ser comparados com os de CVD e possuem as seguintes características:

(1) os moldes superior e inferior são processados com moldes de metal de alta precisão, e é bastante eficaz usar o revestimento de composto superhard PVD para fortalecer a superfície;

(2) o efeito de revestimento de PVD será perdido na superfície de molde áspera;

(3) o revestimento de PVD é mais eficaz para o carregamento estático;

(4) a precisão antes e depois do revestimento PVD não muda, e não há necessidade de processar novamente;

(5) O revestimento PVD possui resistência superior ao desgaste e alta resistência à corrosão.

Por exemplo, quando o TiN é revestido com punções de aço de alta velocidade usadas para fazer parafusos, a vida útil é 3-5 vezes maior do que a de punções não revestidas. A TiN é revestida em matrizes de precisão de peças automotivas. Quando a espessura da chapa de aço é 1-3mm, a vida útil é prolongada 5-6 vezes, mas quando a espessura da chapa de aço aumenta para 5-8mm, o efeito é perdido devido à dispersão da camada de TiN. A resistência à corrosão do TiN pode ser aumentada em 5-6 vezes, e a resistência ao desgaste pode ser aumentada ao mesmo tempo.

O princípio básico da deposição física de vapor pode ser dividido em três etapas do processo:

(1) gaseificação do material de revestimento: mesmo que o material de galvanização vaporize ou seja pulverizado, isto é, a fonte de gaseificação através do material de revestimento.

(2) migração de átomos, moléculas ou íons no material de revestimento: uma variedade de reações é gerada após os átomos, moléculas ou íons terem sido colididos pela fonte de gaseificação.

(3) átomos, moléculas ou íons são depositados no substrato.

Entendendo técnicas de deposição de vapor físico PVD

A tecnologia física de deposição em fase gasosa tem um processo simples, um ambiente melhorado, livre de poluição, menos consumíveis, formação de película uniforme e compacta, e força de ligação forte com a matriz. A tecnologia é amplamente utilizada nos campos da indústria aeroespacial, eletrônica, óptica, maquinaria, construção, indústria leve, metalurgia, materiais e assim por diante. Pode preparar camadas de filme com resistência ao desgaste, resistência à corrosão, decoração, condutividade elétrica, isolamento, condutividade óptica, piezoeletricidade, magnetismo, lubrificação, supercondutividade e outras propriedades.

A deposição em fase gasosa é uma tecnologia para formar um filme funcional na superfície da matriz. É para usar as reações físicas ou (e) químicas de materiais na fase gasosa para depositar uma única camada ou multicamada, substância única ou filme composto na superfície do produto, permitindo assim que a superfície do produto obtenha vários excelentes propriedades requeridas.

Como método de revestimento de superfície, as etapas básicas de deposição de gás -> transporte -> deposição são necessárias. Sua principal característica é que não importa o material original a ser revestido é sólido, líquido ou gás, ele deve ser convertido em fase gasosa durante o transporte, e finalmente a superfície da peça de trabalho é depositada e condensada em filme sólido.

A deposição de vapor é principalmente dividida em duas categorias:

ChemicalVaporDeposition , CVD

PhysicalVaporDeposition , PVD

Inicialmente, o gás TiCI e o gás NH foram obtidos aquecendo ligeiramente o líquido volátil TiCI, e foram introduzidos na câmara de reação a alta temperatura. Esses gases de reação foram decompostos e, em seguida, a reação química termodinâmica foi conduzida na superfície sólida de alta temperatura para gerar TiN e HCl. O HC1 foi extraído e o TiN foi depositado na superfície sólida para formar um filme sólido rígido. ChemicalVaporDeposition (CVD) é um processo de reações químicas em superfícies sólidas e formação de sedimentos sólidos não voláteis via compostos voláteis e substâncias gasosas contendo os constituintes de elementos de película fina.

Ao mesmo tempo, as pessoas colocam outro tipo de deposição de vapor, através de aquecimento a alta temperatura de metal ou compostos metálicos evaporados em fase gasosa, ou através de plasma eletrônico, a energia do fóton pode carregar partículas como metal ou composto alvo pulverizando os átomos correspondentes, íons, moléculas (gás), depositar em um filme sólido sobre uma superfície sólida, que nada tem a ver com o material de reações químicas (decomposição ou combinada), conhecido como deposição física de vapor (PhysicalVaporDeposition, PVD).

Com o desenvolvimento e aplicação da tecnologia de deposição em fase gasosa, os dois tipos de deposição em fase gasosa têm seu próprio novo conteúdo técnico. Os dois tipos de deposição em fase gasosa estão entrelaçados entre si e estão interligados entre si. Por exemplo, plasma e feixe de íons são introduzidos na evaporação e pulverização da tecnologia tradicional de deposição física de gás para participar do processo de deposição de filme. Enquanto isso, o gás reativo também pode ser injetado na superfície sólida para reação química para gerar um novo produto sintético, que é chamado de revestimento reativo. Um exemplo é a síntese de TiN através do gás de reação N2 em plasma de dióxido de titânio (Ti). Isso significa que a deposição física de vapor também pode conter reações químicas. Outro exemplo, em ventilação interna com reação de metano, com o auxílio de uma descarga de arco catódico alvo, o Ar, sob a ação da decomposição de metano no plasma, e a superfície sólida para recombinar as ligações de carbono, misturadas com carbono tipo diamante. filme de fricção, as pessoas usadas para colocar no processo de deposição ainda é classificada como deposição de vapor químico, mas é em uma tecnologia de deposição de vapor físico típico, chapeamento de íons de arco de cátodo de metal. Além disso, as pessoas colocam o plasma, tecnologia de feixe de íons é introduzida no processo de deposição de vapor químico tradicional, reação química não segue totalmente o princípio termodinâmica tradicional, porque o plasma tem maior atividade química, pode ser na termodinâmica reação química tradicional que são menor que a temperatura de reação, o método conhecido como deposição de vapor químico assistida por plasma (PlasmaAssistedChemicalVaporDeposition, doravante referido como PACVD; Alguns dados são chamados de deposição química por vapor aumentada por plasma (PECVD), que dá mais significado físico à deposição química de vapor.

Na discussão de hoje sobre as diferenças entre a deposição química e física da fase gasosa, receio que só restem as diferenças na morfologia dos materiais de revestimento: os antigos compostos USES voláteis ou substâncias gasosas, enquanto o último USA substâncias sólidas (ou líquidas). . Essa distinção parece ter perdido a essência de sua definição original.

Continuamos de acordo com o hábito existente, principalmente na forma de material de chapeamento para distinguir a diferença entre uma deposição química de vapor, deposição física de vapor, o material de chapeamento sólido (líquido) por alta temperatura e evaporação, sputtering, feixe de elétrons, plasma, feixe de íons , raio laser e arco, e outras formas de energia produzidas por átomos de gás, moléculas, íons (gás, plasma) para transporte, condensação de deposição sólida na superfície (incluindo reações químicas com outras substâncias reativas em fase gasosa geraram produtos de reação), para gerar processo de membrana em fase sólida conhecido como deposição física de vapor.

Desenvolvimento tecnológico

A tecnologia PVD apareceu nos filmes preparados com alta dureza, baixo coeficiente de atrito, boa resistência ao desgaste e estabilidade química. A aplicação bem-sucedida no campo das ferramentas de corte de aço de alta velocidade tem atraído grande atenção da indústria de manufatura em todo o mundo. Ao desenvolver equipamentos de revestimento de alta performance e alta confiabilidade, pesquisas de aplicação mais aprofundadas também foram realizadas em ferramentas de corte de metal duro e cerâmica. Comparado com o processo CVD, a temperatura do processo PVD é baixa, abaixo de 600 ℃ quando a resistência à flexão dos materiais da ferramenta de corte; O estado de tensão interna do filme é a tensão de compressão, que é mais adequada para o revestimento de ferramentas complexas de precisão de metal duro. O processo de PVD não tem efeito adverso no meio ambiente e está alinhado com a direção de desenvolvimento da manufatura verde moderna. Atualmente, a tecnologia de revestimento PVD tem sido amplamente utilizada no tratamento de revestimentos de fresa, broca, furadeira de passo, perfuração de petróleo, alargador, torneira, folha de fresa indexável, lâmina de torneamento, cortador de formato especial, cortador de solda, etc.

A tecnologia PVD não só melhorou a resistência de colagem de materiais de matriz de ferramentas e filmes finos, como também desenvolveu a composição de revestimento desde a primeira geração de TiN até revestimentos de múltiplos compósitos como TiC, TiCN, ZrN, CrN, MoS2, TiAlN, TiAlCN -aln, CNx, DLC e ta-c.

Tecnologia de revestimento

Arco de cátodo magnético aprimorado: A técnica de arco de cátodo consiste em separar o alvo em um estado iônico através de baixa tensão e alta corrente sob a condição de vácuo, de modo a completar a deposição do material de filme fino. O arco de cátodo magnético aprimorado UTILIZA a ação combinada do campo eletromagnético para controlar efetivamente o arco da superfície alvo, o que aumenta a taxa de ionização do material e melhora o desempenho do filme.

Arco de filtro catódico: sistema de filtração eletromagnética arco filtrado (FCA), equipado com fonte de íons de alta eficiência pode ser produzido pelas partículas macroscópicas no plasma e filtro de massa iônica limpa, após a filtração magnética de partículas sedimentares taxa de ionização foi de 100%, e pode filtrar partículas, de modo que a preparação do filme é muito compacta e suave, com boa resistência à corrosão, e a força de adesão do corpo é muito forte.

Magnetron sputtering: Em um ambiente de vácuo, o alvo é bombardeado com íons de gás inerte ionizado através da ação combinada de tensão e campo magnético, fazendo com que o alvo seja ejetado na forma de íons, átomos ou moléculas e depositado no substrato para formar um filme fino. Materiais condutores e não-condutores podem ser crepitantes como materiais alvo de acordo com diferentes fontes de energia de ionização usadas.

DLC de feixe de íons DLC: O gás hidrocarboneto é separado em plasma na fonte de íons e os íons de carbono são liberados pela fonte de íons sob a ação combinada do campo eletromagnético. A energia do feixe de íons é controlada ajustando a voltagem aplicada ao plasma. O feixe de íons de hidrocarbonetos é introduzido no substrato e a taxa de deposição é proporcional à densidade da corrente iônica. A fonte de feixe de íons de revestimento em arco estrela adota alta voltagem, então a energia iônica é maior, o que faz com que o filme e o substrato se liguem bem. A corrente de íons maior faz com que a deposição de filme DLC seja mais rápida. A principal vantagem da tecnologia de feixe de íons é que ela pode depositar estruturas ultra-finas e multicamadas, a precisão do controle de processo pode alcançar vários angstrons e pode reduzir ao mínimo o defeito causado pela poluição de partículas no processo.

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