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離子鍍膜技術原理及工藝 1

發佈時間:2017-12-18 點擊:3559

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 N+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

       

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

10-310-4

10-310-4

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

50100

100120

50  200

100200

10-1

10-1

10-1

10-1

10-1

   5-15

2040

2040

6090

1020

 

  

 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

      

  輝 光 放 電

輝光放電 + 脈衝

輝光放電+熱電子

  射 頻 放 電

100200

100200

100200

    0

10-1

10-1

10-1

10-110-2

 510

 1530

 1020

 1015

 

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