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PVD 涂层的基本概念及其特点

作者:admin 来源: 日期:2012-8-2 9:25:40 人气: 标签:PVD 涂层
今天郑州模具培训为大家讲一讲PVD 涂层的基本概念及其特点
PVD 是英文“Physical Vapor Deposition”的缩写形式,意思 是物理气相沉积。我们现在一般地把真空蒸镀、溅射镀膜、离子镀等都称为物理气相沉积。
较为成熟的 PVD 方法主要有多弧镀与磁控溅射镀两种方式。多弧镀设备结构简单,容易操作。它的离子蒸发源靠电焊机电源 供电即可工作,其引弧的过程也与电焊类似,具体地说,在一定工艺气压下,引弧针与蒸发离子源短暂接触,断开,使气体放电。由于多弧镀的成因主要是借助于不断移动的弧斑,在蒸发源表面上连续形成熔池,使金属蒸发后,沉积在基体上而得到薄膜层的,与磁控溅射相比,它不但有靶材利用率高,更具有 金属离子离化率高,薄膜与基体之间结合力强的优点。此外,多 弧镀涂层颜色较为稳定,尤其是在做 TiN 涂层时,每一批次均 容易得到相同稳定的金黄色,令磁控溅射法望尘莫及。多弧镀的不足之处是,在用传统的 DC 电源做低温涂层条件下,当涂层厚度达到0.3μm 时,沉积率与反射率接近,成膜变得非常困难。而且,薄膜表面开始变朦。多弧镀另一个不足之处是,由于金属是熔后蒸发,因此沉积颗粒较大,致密度低,耐磨性比磁控溅射法成膜差。
可见,多弧镀膜与磁控溅射法镀膜各有优劣,为了尽可能 地发挥它们各自的优越性,实现互补,将多弧技术与磁控技术合而为一的涂层机应运而生。在工艺上出现了多弧镀打底,然后利用磁控溅射法增厚涂层,最后再利用多弧镀达到 最终稳定的表面涂层颜色的新方法。
大约在八十年代中后期,出现了热阴极电子枪蒸发离子镀、热阴极弧磁控等离子镀膜机,应用效果很好,使TiN 涂层刀具很快得到普及性应用。其中热阴极电子枪蒸发离子镀,利用铜坩 埚加热融化被镀金属材料,利用钽灯丝给工件加热、除气,利用电子枪增强离化率,不但可以得到厚度 3~5μm的TiN 涂层,而且其结合力、耐磨性均有不俗表现,甚至用打磨的方法都难以除去。但是这些设备都只适合于 TiN涂层,或纯金属薄膜。对于多 元涂层或复合涂层,则力不从心,难以适应高硬度材料高速切 削以及模具应用多样性的要求。
目前,一些发达国家(如德国 CemeCon、英国 ART-TEER、 瑞士 Platit)在传统的磁控溅射原理基础上,用非平衡磁场代替原先的平衡磁场、50KHz 的中频电源代替原来的直流电源、脉冲电源取代以往的直流偏压,采用辅助阳极技术等,使磁控溅射技术逐步成熟,已大批量应用在工模涂层上,现在已稳定生产的涂层主要有 TiAlN、AlTiN、TiB2、DLC、CrN,我国广东、江苏、贵州、株洲等地也已陆续引进此种设备,大有星火燎原之势。
4. 现代涂层设备(均匀加热技术、温度测量技术、非平衡磁控溅 射技术、辅助阳极技术、中频电源、脉冲技术) 现代涂层设备主要由真空室、真空获得部分、真空测量部分、电 源供给部分、工艺气体输入系统、机械传动部分、加热及测温部 件、离子蒸发或溅射源、水冷系统等部分组成。
4.1 真空室
涂层设备主要有连续涂层生产线及单室涂层机两种形式,由于工模涂层对加热及机械传动部分有较高要求,而且工模形状、尺寸千差万别,连续涂层生产线通常难以满足要求,须采用 单室涂层机。
4.2 真空获得部分
在真空技术中,真空获得部分是重要组成部分。由于工模件涂层高附着力的要求,其涂层工艺开始前背景真空度最好高于6mPa,涂层工艺结束后真空度甚至可达 0.06mPa 以上,因此合 理选择真空获得设备,实现高真空度至关重要。
就目前来说,还没有一种泵能从大气压一直工作到接近超高真空。因此,真空的获得不是一种真空设备和方法所能达到的,必须将几种泵联合使用,如机械泵、分子泵系统等。

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