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1、材料表面工程第八章氣相沉積技術導入案例隨著學業(yè)壓力的增大，帶眼鏡的學生越來越多。在選眼鏡的時候，導購員往往會推薦加膜鏡片。一般來說加膜鏡片有三種類型。一是耐磨損膜（硬膜），防止與灰塵或砂礫的摩擦都會造成鏡片磨損；二是抗反射膜，減少光線的反射；三是抗污膜（頂膜），具有抗油污和抗水性能。而眼鏡片上的這三種膜就是通過氣相沉積技術鍍上的。氣相沉積技術：是將含有沉積元素的氣相物質，通過物理或化學的方法沉積到材料表面形成薄膜的一種新型鍍膜技術。目的：是在各種材料或制品表面沉積單層或多層薄膜，從而使材料或制品獲得所需的各種優(yōu)異性能。如TiC、TiN、Ti(C,N)、(Ti,Al)N、Cr2C3
2、、Al2O3、C-BN等超硬耐磨涂層。導入3這項技術早期被稱為“干鍍”，根據成膜過程的原理不同可以分為：物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition，PVD）化學氣相沉積（ChemicalVaporDeposition，CVD）望遠鏡和照相機的鏡頭鍍膜起什么作用？是采用什么工藝方法鍍上去的？為什么呈現出不同的顏色？第一節(jié)物理氣相沉積過程及特點物理氣相沉積（PVD）是指在真空條件下，利用各種物理方法，將鍍料氣化成原子、分子或使其電離成粒子，直接沉積到基片或工件表面形成固態(tài)薄膜的方法。一、物理氣相沉積的定義沉積過程中，若沉積粒子來源于化合物的氣相分解反應，則稱為化學氣
3、相沉積（CVD），否則稱為物理氣相沉積（PVD）。二、物理氣相沉積的基本過程PVD主要包括三個過程：蒸發(fā)鍍膜：使鍍料加熱蒸發(fā)；濺射鍍膜：用具有一定能量的離子轟擊，從靶材上擊出鍍料原子。（1）氣相物質的產生：物理氣相沉積過程示意圖高真空度時（真空度為10-2Pa）：鍍料原子很少與殘余氣體分子碰撞，基本上是從鍍源直線前進至基片；低真空度時（如真空度為10Pa）：則鍍料原子會與殘余氣體分子發(fā)生碰撞而繞射，但只要不過于降低鍍膜速率，還是允許的。真空度過低：鍍料原子頻繁碰撞會相互凝聚為微粒，則鍍膜過程無法進行。（2）氣相物質的輸送：鍍料向所鍍制的工件（或基片）輸送過程，要求在真空中進行，這
4、主要是為了避免過多氣體碰撞。（3）氣相物質的沉積：氣相物質在基片上沉積是一個凝聚過程。根據凝聚條件的不同，可以形成非晶態(tài)膜、多晶膜或單晶膜。反應鍍：鍍料原子在沉積時，可與其它活性氣體分子發(fā)生化學反應而形成化合物膜，稱為反應鍍。如鍍制TiC是在蒸鍍Ti的同時，向真空室通入乙炔，于是基片上發(fā)生反應2Ti＋C2H2→2TiC十H2而得到TiC膜層。離子鍍：在鍍料原子凝聚成膜的過程中，還可以同時用具有一定能量的離子轟擊膜層，目的是改變膜層的結構和性能，這種鍍膜技術稱為離子鍍。反應鍍在工藝和設備上變化不大，可認為是蒸鍍和濺射的一種應用；離子鍍在技術上變化較大，所以通常將其與蒸鍍和濺射并列為
5、另一類鍍膜技術。蒸發(fā)鍍膜技術；濺射鍍膜技術；離子鍍膜技術。PVD技術分類：鍍前處理；真空沉積；鍍后處理。PVD的工藝：三、物理氣相沉積的特點鍍膜材料來源廣鍍膜材料可以是金屬、合金、化合物等，無論導電還是不導電，低熔點還是高熔點，液相還是固相，塊體還是粉末，都可以使用。沉積溫度低比化學氣相沉積制備技術所需溫度低得多，無受熱變形或材料變質問題。膜層附著力強膜層厚度均勻而致密，純度高。工藝過程易于控制主要是通過電參數控制。真空條件下沉積無有害氣體排除，環(huán)保無污染。設備較復雜，一次性投入較高。四、物理氣相沉積的應用目前，物理氣相沉積技術已廣泛應用于機械、航空航天、電子、光學、輕工業(yè)和建筑
6、業(yè)等領域，用于制備單耐磨、耐蝕、耐熱、導電、絕緣、光學、磁性、壓電、潤滑、超導、裝飾等薄膜。第二節(jié)真空蒸發(fā)鍍膜蒸發(fā)鍍膜過程：一、蒸發(fā)鍍膜的原理在高真空中用加熱蒸發(fā)的方法使鍍料轉化為氣相，然后凝聚在基體表面的方法稱蒸發(fā)鍍膜，簡稱蒸鍍。被鍍材料蒸發(fā)過程蒸發(fā)材料粒子遷移過程蒸發(fā)材料粒子沉積過程蒸發(fā)材料蒸發(fā)材料粒子基片(工件)蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)成膜機理：三種生長模式形核、長大、合并成膜；單分子層均勻覆蓋，逐層沉積；單分子層沉積，再形核長大。加熱器材料常使用鎢、鉬、鉭等高熔點金屬，按照蒸發(fā)材料的不同，可制成絲狀、帶狀和板狀。PowerSupplyPlatenswithseveralwafersM
7、oltenAluminiuminacrucibleElectronBeamAluminiumVapourElectronGun二、蒸發(fā)源利用電子束加熱可以使鎢（熔點3380℃）、鉬（熔點2610℃）和鉭（熔點3100℃）等高熔點金屬熔化。(1)電阻加熱蒸鍍：(2)電子束加熱蒸鍍蒸鍍純金屬膜中90％是鋁膜：在制鏡工業(yè)中廣泛采用蒸鍍，以鋁代銀，節(jié)約貴重金屬。集成電路是鍍鋁進行金屬化，然后再刻蝕出導線。在聚酯薄膜上鍍鋁具有多種用途，可制造小體積的電容器；制作防止紫外線照射的食品軟包裝袋
