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離子鍍膜技術原理及工藝
(1-3)離子鍍技術簡介
王福貞
1 離子鍍技術的意義
離子鍍技術的意義是，在真空氣體放電環境中，從固態源獲得的膜層原子被電離成離子，在工件所施加負偏壓加速下，金屬離子始終以較高的能量達到工件形成金屬或化合物膜層。是物理氣相沉積技術中的核心技術
2 離子鍍膜技術的優點
2.1 與真空蒸發鍍膜比較：
膜層組織緻密
膜層結構可控
膜基結合力大
2.2 與磁控濺射鍍膜比較
沉積速率高
金屬離化率高，容易獲得化合物膜層
2.3 與化學氣相沉積比較
獲得金屬化合物膜層的溫度低
2.4 離子鍍技術有廣泛的應用前景
在工模具表面沉積硬質塗層和在錶殼、錶帶、衛生潔具、手機殼表面沉積裝飾鍍層。
3 離子鍍膜技術是物理氣相沉積技術中的核心技術的概論
3.1 氣相沉積分類
以沉積TiN為例介紹個技術特點：生成TiN的反應是如下：
TiCl4 + 1/2 N2 +2 H2―→TiN + 4HCl
化學氣相沉積技術——CVD：氣態源、高溫（600～1000℃）反應。熱能，硬質合金；
物理氣相沉積技術——PVD：固態源、低溫（200～500℃）反應，等離子體能量，高速鋼；
物理氣相沉積技術——PCVD：氣態源、低溫（500～600℃）反應，等離子體能量，高速鋼。
3.2 物理氣相沉積技術分類
真空蒸發鍍——金屬熱蒸發汽化成原子，高真空度（10-3–10-4） Pa，工件不加負偏壓；
離子鍍技術——金屬熱蒸發汽化成原子，低真空度（1–10-1） Pa，工件加負偏壓，在等離子體中沉積；
磁控濺射鍍——氬離子陰極濺射出金屬原子，低真空度（10-1–10-2） Pa，工件加（或不加）負偏壓。在等離子體中沉積；
現將與沉積硬質塗層相關的PVD技術的具體分類和放電方式、工藝特點列入表1中。離子鍍和磁控濺射鍍是工業生產的主流塗層技術，本節重點介紹離子鍍技術。
物理氣相沉積技術分類和特點
|
分 類 |
名 稱 |
氣體放電方式 |
工件偏壓/V |
工作氣壓/ Pa |
金屬離化率 /% |
|
真 空 蒸發鍍 |
電阻蒸發鍍 電子槍蒸發鍍 |
—— —— |
0 0 |
10-3–10-4 10-3–10-4 |
0 0 |
|
離子鍍 |
活性反應離子鍍 空心陰極離子鍍 熱絲陰極離子鍍 陰極電弧離子鍍 磁控濺射離子鍍 |
輝光放電 熱弧光放電 熱弧光放電 冷場致弧光放電 輝光放電 |
103 50–100 100–120 50 – 200 100–200 |
10-1 10-1 10-1 10-1 10-1 |
5-15 20–40 20–40 60–90 10–20 |
|
磁 控 濺射鍍 |
平衡靶磁控濺射 非平衡靶磁控濺柱靶三極磁控濺射 射 頻 濺 射 |
輝 光 放 電 輝光放電 + 脈衝 輝光放電+熱電子 射 頻 放 電 |
100–200 100–200 100–200 0 |
10-1 10-1 10-1 10-1–10-2 |
5–10 15–30 10–20 10–15 |
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