離子鍍膜技術(shù)原理及工藝 

(1-3)離子鍍技術(shù)簡介

王福貞

1  離子鍍技術(shù)的意義

離子鍍技術(shù)的意義是，在真空氣體放電環(huán)境中，從固態(tài)源獲得的膜層原子被電離成離子，在工件所施加負(fù)偏壓加速下，金屬離子始終以較高的能量達(dá)到工件形成金屬或化合物膜層。是物理氣相沉積技術(shù)中的核心技術(shù)

2  離子鍍膜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 與真空蒸發(fā)鍍膜比較：

膜層組織緻密

膜層結(jié)構(gòu)可控

膜基結(jié)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(xué)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(shù)有廣泛的應(yīng)用前景

 在工模具表面沉積硬質(zhì)塗層和在錶殼、錶帶、衛(wèi)生潔具、手機(jī)殼表面沉積裝飾鍍層。

3  離子鍍膜技術(shù)是物理氣相沉積技術(shù)中的核心技術(shù)的概論  

3.1 氣相沉積分類

以沉積TiN為例介紹個(gè)技術(shù)特點(diǎn)：生成TiN的反應(yīng)是如下：

              TiCl₄  + 1/2 N₂ +2 H₂―→TiN  +  4HCl

化學(xué)氣相沉積技術(shù)——CVD：氣態(tài)源、高溫（600～1000℃）反應(yīng)。熱能，硬質(zhì)合金；

物理氣相沉積技術(shù)——PVD：固態(tài)源、低溫（200～500℃）反應(yīng)，等離子體能量，高速鋼；

物理氣相沉積技術(shù)——PCVD：氣態(tài)源、低溫（500～600℃）反應(yīng)，等離子體能量，高速鋼。

3.2 物理氣相沉積技術(shù)分類

  真空蒸發(fā)鍍——金屬熱蒸發(fā)汽化成原子，高真空度（10-3–10-4） Pa，工件不加負(fù)偏壓；

離子鍍技術(shù)——金屬熱蒸發(fā)汽化成原子，低真空度（1–10-1） Pa，工件加負(fù)偏壓，在等離子體中沉積；

磁控濺射鍍——?dú)咫x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(fù)偏壓。在等離子體中沉積；

現(xiàn)將與沉積硬質(zhì)塗層相關(guān)的PVD技術(shù)的具體分類和放電方式、工藝特點(diǎn)列入表1中。離子鍍和磁控濺射鍍是工業(yè)生產(chǎn)的主流塗層技術(shù)，本節(jié)重點(diǎn)介紹離子鍍技術(shù)。

物理氣相沉積技術(shù)分類和特點(diǎn)             

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(fā)鍍	電阻蒸發(fā)鍍   電子槍蒸發(fā)鍍	——      ——	0     0	10-3–10-4 10-3–10-4	0 0
離子鍍	活性反應(yīng)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