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在真空中制備膜層,包括鍍制晶態(tài)的金屬、半導(dǎo)體、絕緣體等單質(zhì)或化合物膜。雖然化學(xué)汽相沉積也采用減壓、低壓或等離子體等真空手段,但一般真空鍍膜是指用物理的方法沉積薄膜。真空鍍膜有三種形式,即蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍。

真空鍍膜技術(shù)初現(xiàn)于20世紀(jì)30年代,四五十年代開(kāi)始出現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用,工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)開(kāi)始于20世紀(jì)80年代,在電子、宇航、包裝、裝潢、燙金印刷等工業(yè)中取得廣泛的應(yīng)用。真空鍍膜是指在真空環(huán)境下,將某種金屬或金屬化合物以氣相的形式沉積到材料表面(通常是非金屬材料),屬于物理氣相沉積工藝。因?yàn)殄儗映�為金屬薄�?故也稱真空金屬化。廣義的真空鍍膜還包括在金屬或非金屬材料表面真空蒸鍍聚合物等非金屬功能性薄膜。在所有被鍍材料中,以塑料最為常見(jiàn),其次,為紙張鍍膜。相對(duì)于金屬、陶瓷、木材等材料,塑料具有來(lái)源充足、性能易于調(diào)控、加工方便等優(yōu)勢(shì),因此種類繁多的塑料或其他高分子材料作為工程裝飾性結(jié)構(gòu)材料,大量應(yīng)用于汽車、家電、日用包裝、工藝裝飾等工業(yè)領(lǐng)域。但塑料材料大多存在表面硬度不高、外觀不夠華麗、耐磨性低等缺陷,如在塑料表面蒸鍍一層極薄的金屬薄膜,即可賦予塑料程亮的金屬外觀,合適的金屬源還可大大增加材料表面耐磨性能,大大拓寬了塑料的裝飾性和應(yīng)用范圍。

真空鍍膜的功能是多方面的,這也決定了其應(yīng)用場(chǎng)合非常豐富。總體來(lái)說(shuō),真空鍍膜的主要功能包括賦予被鍍件表面高度金屬光澤和鏡面效果,在薄膜材料上使膜層具有出色的阻隔性能,提供優(yōu)異的電磁屏蔽和導(dǎo)電效果。

通過(guò)加熱蒸發(fā)某種物質(zhì)使其沉積在固體表面,稱為蒸發(fā)鍍膜。這種方法最早由M.法拉第于1857年提出,現(xiàn)代已成為常用鍍膜技術(shù)之一。蒸發(fā)鍍膜設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1。

蒸發(fā)物質(zhì)如金屬、化合物等置于坩堝內(nèi)或掛在熱絲上作為蒸發(fā)源,待鍍工件,如金屬、陶瓷、塑料等基片置于坩堝前方。待系統(tǒng)抽至高真空后,加熱坩堝使其中的物質(zhì)蒸發(fā)。蒸發(fā)物質(zhì)的原子或分子以冷凝方式沉積在基片表面。薄膜厚度可由數(shù)百埃至數(shù)微米。膜厚決定于蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率和時(shí)間(或決定于裝料量),并與源和基片的距離有關(guān)。對(duì)于大面積鍍膜,常采用旋轉(zhuǎn)基片或多蒸發(fā)源的方式以保證膜層厚度的均勻性。從蒸發(fā)源到基片的距離應(yīng)小于蒸氣分子在殘余氣體中的平均自由程,以免蒸氣分子與殘氣分子碰撞引起化學(xué)作用。蒸氣分子平均動(dòng)能約為0.1~0.2電子伏。

蒸發(fā)源有三種類型。

①電阻加熱源:用難熔金屬如鎢、鉭制成舟箔或絲狀,通以電流,加熱在它上方的或置于坩堝中的蒸發(fā)物質(zhì)(圖1[蒸發(fā)鍍膜設(shè)備示意圖])電阻加熱源主要用于蒸發(fā)Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料;
②高頻感應(yīng)加熱源:用高頻感應(yīng)電流加熱坩堝和蒸發(fā)物質(zhì);
③電子束加熱源:適用于蒸發(fā)溫度較高(不低于2000[618-1])的材料,即用電子束轟擊材料使其蒸發(fā)。

蒸發(fā)鍍膜與其他真空鍍膜方法相比,具有較高的沉積速率,可鍍制單質(zhì)和不易熱分解的化合物膜。

為沉積高純單晶膜層,可采用分子束外延方法。生長(zhǎng)摻雜的GaAlAs單晶層的分子束外延裝置如圖2[ 分子束外延裝置示意圖]。噴射爐中裝有分子束源,在超高真空下當(dāng)它被加熱到一定溫度時(shí),爐中元素以束狀分子流射向基片�；�片被加熱到一定溫度,沉積在基片上的分子可以徙動(dòng),按基片晶格次序生長(zhǎng)結(jié)晶用分子束外延法可獲得所需化學(xué)計(jì)量比的高純化合物單晶膜,薄膜最慢生長(zhǎng)速度可控制在1單層/秒。通過(guò)控制擋板,可精確地做出所需成分和結(jié)構(gòu)的單晶薄膜。分子束外延法廣泛用于制造各種光集成器件和各種超晶格結(jié)構(gòu)薄膜。

用高能粒子轟擊固體表面時(shí)能使固體表面的粒子獲得能量并逸出表面,沉積在基片上。濺射現(xiàn)象于1870年開(kāi)始用于鍍膜技術(shù),1930年以后由于提高了沉積速率而逐漸用于工業(yè)生產(chǎn)。常用的二極濺射設(shè)備如圖3[ 二極濺射示意圖]。通常將欲沉積的材料制成板材──靶,固定在陰極上。基片置于正對(duì)靶面的陽(yáng)極上,距靶幾厘米。系統(tǒng)抽至高真空后充入 10~1帕的氣體(通常為氬氣),在陰極和陽(yáng)極間加幾千伏電壓,兩極間即產(chǎn)生輝光放電。放電產(chǎn)生的正離子在電場(chǎng)作用下飛向陰極,與靶表面原子碰撞,受碰撞從靶面逸出的靶原子稱為濺射原子,其能量在1至幾十電子伏范圍。濺射原子在基片表面沉積成膜。與蒸發(fā)鍍膜不同,濺射鍍膜不受膜材熔點(diǎn)的限制,可濺射W、Ta、C、Mo、WC、TiC等難熔物質(zhì)。濺射化合物膜可用反應(yīng)濺射法,即將反應(yīng)氣體 (O、N、HS、CH等)加入Ar氣中,反應(yīng)氣體及其離子與靶原子或?yàn)R射原子發(fā)生反應(yīng)生成化合物(如氧化物、氮化物等)而沉積在基片上。沉積絕緣膜可采用高頻濺射法。基片裝在接地的電極上,絕緣靶裝在對(duì)面的電極上。高頻電源一端接地,一端通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)和隔直流電容接到裝有絕緣靶的電極上。接通高頻電源后,高頻電壓不斷改變極性。等離子體中的電子和正離子在電壓的正半周和負(fù)半周分別打到絕緣靶上。由于電子遷移率高于正離子,絕緣靶表面帶負(fù)電,在達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),靶處于負(fù)的偏置電位,從而使正離子對(duì)靶的濺射持續(xù)進(jìn)行。采用磁控濺射可使沉積速率比非磁控濺射提高近一個(gè)數(shù)量級(jí)。

蒸發(fā)物質(zhì)的分子被電子碰撞電離后以離子沉積在固體表面,稱為離子鍍。這種技術(shù)是D.麥托克斯于1963年提出的。離子鍍是真空蒸發(fā)與陰極濺射技術(shù)的結(jié)合。一種離子鍍系統(tǒng)如圖4[離子鍍系統(tǒng)示意圖],將基片臺(tái)作為陰極,外殼作陽(yáng)極,充入惰性氣體(如氬)以產(chǎn)生輝光放電。從蒸發(fā)源蒸發(fā)的分子通過(guò)等離子區(qū)時(shí)發(fā)生電離。正離子被基片臺(tái)負(fù)電壓加速打到基片表面。未電離的中性原子(約占蒸發(fā)料的95%)也沉積在基片或真空室壁表面。電場(chǎng)對(duì)離化的蒸氣分子的加速作用(離子能量約幾百~幾千電子伏)和氬離子對(duì)基片的濺射清洗作用,使膜層附著強(qiáng)度大大提高。離子鍍工藝綜合了蒸發(fā)(高沉積速率)與濺射(良好的膜層附著力)工藝的特點(diǎn),并有很好的繞射性,可為形狀復(fù)雜的工件鍍膜。

(純度:99.9%-99.9999%)

高純氧化物

一氧化硅、SiO,二氧化鉿、HfO₂,二硼化鉿,氯氧化鉿,二氧化鋯、ZrO2,二氧化鈦、TiO2,一氧化鈦、TiO,二氧化硅、SiO2,三氧化二鈦、Ti2O3,五氧化三鈦、Ti3O5,五氧化二鉭、Ta2O5,五氧化二鈮、Nb2O5,三氧化二鋁、Al2O3,三氧化二鈧、Sc2O3,三氧化二銦、In2O3,二鈦酸鐠、Pr(TiO3)2,二氧化鈰、CeO2,氧化鎂、MgO,三氧化鎢、WO3,氧化釤、Sm2O3,氧化釹、Nd2O3,氧化鉍、Bi2O3,氧化鐠、Pr6O11,氧化銻、Sb2O3,氧化釩、V2O5,氧化鎳、NiO,氧化鋅、ZnO,氧化鐵、Fe2O3,氧化鉻、Cr2O3,氧化銅、CuO等。

氟化鎂、MgF2,氟化鐿、YbF3,氟化釔、LaF3,氟化鏑、DyF3,氟化釹、NdF3,氟化鉺、ErF3,氟化鉀、KF,氟化鍶、SrF3,氟化釤、SmF3,氟化鈉、NaF,氟化鋇、BaF2,氟化鈰、CeF3,氟化鉛等。

高純金屬類

高純鋁,高純鋁絲,高純鋁粒,高純鋁片,高純鋁柱,高純銅,高純銅絲,高純銅片,高純銅粒,高純鉻,高純鉻粒,高純鉻粉,高純鉻塊,鉻條,高純鈷,高純鈷粒,高純金,高純金絲,高純金片,高純金粒,高純銀,高純銀絲,高純銀粒,高純銀片,高純鉑,高純鉑絲,高純鉿,高純鉿粉,高純鉿絲,高純鉿粒,高純鎢,高純鎢粒,高純鉬,高純鉬粒,高純鉬片,高純硅,高純單晶硅,高純多晶硅,高純鍺,高純鍺粒,高純錳,高純錳粒,高純鈷,高純鈷粒,高純鈮,高純錫,高純錫粒,高純錫絲,高純鎢,高純鎢粒,高純鋅,高純鋅粒,高純釩,高純釩粒,高純鐵,高純鐵粒,高純鐵粉,高純鈦,高純鈦片,高純鈦粒,海面鈦,高純鋯,高純鋯絲,海綿鋯,碘化鋯,高純鋯粒,高純鋯塊,高純碲,高純碲粒,高純鍺,高純鎳,高純鎳絲,高純鎳片,高純鎳柱,高純鉭,高純鉭片,高純鉭絲,高純鉭粒,高純鎳鉻絲,高純鎳鉻粒,高純鑭,高純鐠,高純釓,高純鈰,高純鋱,高純鈥,高純釔,高純鐿,高純銩,高純錸,高純銠,高純鈀,高純銥等.

混合料

氧化鋯氧化鈦混合料,氧化鋯氧化鉭混合料,氧化鈦氧化鉭混合料,氧化鋯氧化釔混合料,氧化鈦氧化鈮混合料,氧化鋯氧化鋁混合料,氧化鎂氧化鋁混合料,氧化銦氧化錫混合料,氧化錫氧化銦混合料,氟化鈰氟化鈣混合料等混合料

其他化合物

鈦酸鋇,BaTiO3,鈦酸鐠,PrTiO3,鈦酸鍶,SrTiO3,鈦酸鑭,LaTiO3,硫化鋅,ZnS,冰晶石,Na3AlF6,硒化鋅,ZnSe,硫化鎘,硫化鉬,硫化銅,二硅化鉬。

輔料

鉬片,鉬舟、鉭片、鎢片、鎢舟、鎢絞絲。

(純度:99.9%-99.999%)

金屬靶材

碳靶(C靶)、鎳靶(Ni靶)、鈦靶(Ti靶)、鋅靶(Zn靶)、鉻靶(Cr靶)、鎂靶(Mg靶)、鈮靶(Nb靶)、錫靶(Sn靶)、鋁靶(Al靶)、銦靶(In靶)、鐵靶(Fe靶)、鋯鋁靶(ZrAl靶)、鈦鋁靶(TiAl靶)、鋯靶(Zr靶)、硅靶(Si靶)、銅靶(Cu靶)、鉭靶(Ta靶)、鍺靶(Ge靶)、銀靶(Ag靶)、鈷靶(Co靶)、金靶(Au靶)、釓靶(Gd靶)、鑭靶(La靶)、釔靶(Y靶)、鈰靶(Ce靶)、鉿靶(Hf靶)、鉬靶(Mo靶)、鐵鎳靶(FeNi靶)、V靶、W靶、不銹鋼靶、鎳鐵靶、鐵鈷靶、鎳鉻靶、銅銦鎵靶、鋁硅靶NiCr靶等金屬靶材。

陶瓷靶材

ITO靶、AZO靶,氧化鎂靶、氧化鐵靶、氧化鉻靶、氧化鋅靶、硫化鋅靶、硫化鎘靶,硫化鉬靶,二氧化硅靶、一氧化硅靶、氧化鈰靶、二氧化鋯靶、五氧化二鈮靶、二氧化鈦靶、二氧化鋯靶,二氧化鉿靶,二硼化鈦靶,二硼化鋯靶,三氧化鎢靶,三氧化二鋁靶,五氧化二鉭靶,五氧化二鈮靶、氟化鎂靶、氟化釔靶、氟化鎂靶,硒化鋅靶、氮化鋁靶,氮化硅靶,氮化硼靶,氮化鈦靶,碳化硅靶,鈮酸鋰靶、鈦酸鐠靶、鈦酸鋇靶、鈦酸鑭靶、氧化鎳靶等陶瓷濺射靶材。

1、在真空鍍膜機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常情況下,開(kāi)動(dòng)真空鍍膜機(jī)時(shí),必須先開(kāi)水管,工作中應(yīng)隨時(shí)注意水壓。

2、在離子轟擊和蒸發(fā)時(shí),應(yīng)特別注意高壓電線接頭,不得觸動(dòng),以防觸電。

3、在用電子槍鍍膜時(shí),應(yīng)在鐘罩外圍上鋁板。觀察窗的玻璃最好用鉛玻璃,觀察時(shí)應(yīng)戴上鉛玻璃眼鏡,以防X射線侵害人體。

4、鍍制多層介質(zhì)膜的鍍膜間,應(yīng)安裝通風(fēng)吸塵裝置,及時(shí)排除有害粉塵。

5、易燃有毒物品要妥善保管,以防失火中毒。

6、酸洗夾具應(yīng)在通風(fēng)裝置內(nèi)進(jìn)行,并要戴橡皮手套。

7、把零件放入酸洗或堿洗槽中時(shí),應(yīng)輕拿輕放,不得碰撞及濺出。平時(shí)酸洗槽盆應(yīng)加蓋。

8、工作完畢應(yīng)斷電、斷水。

TiN

中文名:氮化鈦;

顏色:金色;

硬度:2300HV;

摩擦系數(shù):0.23VSNi;

最高工作溫度:580℃;

優(yōu)點(diǎn):增加表面硬度、減少摩擦力;可低溫涂層,適合低溫零件;避免刀口之積屑現(xiàn)象;廣泛應(yīng)用於鋼料成型加工。

TiCN

中文名:氮碳化鈦;

顏色:銀灰色;

硬度:3300HV;

摩擦系數(shù):0.21VSNi;

最高工作溫度:450℃;

優(yōu)點(diǎn):高表面硬度表面光滑;避免刀口之積屑現(xiàn)象;適合重切削;適合沖壓加工不銹鋼。

ALTiN

中文名:鋁氮化鈦;

顏色:紫黑色;

硬度:3500HV;

摩擦系數(shù):0.35VSNi;

最高工作溫度:800℃;

優(yōu)點(diǎn):高熱穩(wěn)定性;適合高速、干式切削;最適合硬質(zhì)合金刀具、車刀片;適合不銹鋼鉆、銑、沖加工。

DLC

中文名:類金剛石;

顏色:黑色;

硬度:2000HV;

摩擦系數(shù):0.15VSNi;

最高工作溫度:800℃;

優(yōu)點(diǎn):無(wú)氫碳膜,有很強(qiáng)的抗粘結(jié)性和低摩擦性,適合光盤(pán)模具和其他精密模具。

Crotac

中文名:鈦鉻_納米晶體;

顏色:銀灰色;

硬度:2100HV;

摩擦系數(shù):0.18VSNi;

最高工作溫度:700℃;

優(yōu)點(diǎn):可低溫涂層,韌性好,適合低溫零件;適合沖壓厚度>1.5mm的鋼板。

ALuka

中文名:鉻鋁_納米晶體;

顏色:灰黑色;

硬度:3300HV;

摩擦系數(shù):0.18VSNi;

最高工作溫度:1100℃;

優(yōu)點(diǎn):高熱穩(wěn)定性;磨擦力低,不沾黏;適合冷熱段造、鑄造高熱穩(wěn)定性;適合長(zhǎng)久在高溫環(huán)境下使用的汽車零件。

CrSiN系

中文名:鉻硅_納米晶體;

顏色:灰黑色;

硬度:3000HV;

摩擦系數(shù):0.16VSNi;

抗氧化溫度:1000℃;

優(yōu)點(diǎn):膜具高速加工,高光面加工;適合加工銅合金、鎂鋁合金。

ZrSiN系

中文名:鋯硅_納米晶體;

顏色:紫黑色;

硬度:3400HV;

摩擦系數(shù):0.22VSNi;

抗氧化溫度:850℃;

優(yōu)點(diǎn):最適合HSS刀具、絲攻;適合加工鈦合金。

TiSiN系

中文名:鈦硅_納米晶體;

顏色:黃橙色;

硬度:4300HV;

摩擦系數(shù):0.25VSNi;

抗氧化溫度:1000℃;

優(yōu)點(diǎn):表面硬度最高;適合重切削與加工不銹鋼;可加工高硬度模具鋼62HRC。

ALtimax

中文名:白金鋁鈦_納米晶體;

顏色:銀白色;

硬度:4300HV;

摩擦系數(shù):0.21VSNi;

抗氧化溫度:1200℃;

優(yōu)點(diǎn):高熱穩(wěn)定性;通用於高速鋼與硬質(zhì)合金刀具高速、干式、連續(xù)性切削;可加工高硬度模具鋼50HRC。

MEDIcaWC/C涂層

顏色:黑色;

硬度硬度>17000 HV;

摩擦系數(shù):0.10VSNi;

最高工作溫度:450℃;

優(yōu)點(diǎn):磨擦力最低,干式金屬潤(rùn)滑膜;適合醫(yī)療、藥品行業(yè)無(wú)油環(huán)境。

CrN-WC/C涂層

顏色:黑色;

硬度>2000 HV;

摩擦系數(shù):0.10VSNi;

最高工作溫度:650℃;

優(yōu)點(diǎn):解決射出成型脫膜、腐蝕問(wèn)題;適合汽車、機(jī)械零件降低磨擦損耗;適合無(wú)油軸承,干式金屬潤(rùn)滑膜。

真空鍍膜技術(shù)是一種新穎的材料合成與加工的新技術(shù),是表面工程技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分。真空鍍膜技術(shù)是利用物理、化學(xué)手段將固體表面涂覆一層特殊性能的鍍膜,從而使固體表面具有耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、防輻射、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、絕緣和裝飾等許多優(yōu)于固體材料本身的優(yōu)越性能,達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命、節(jié)約能源和獲得顯著技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的作用。因此真空鍍膜技術(shù)被譽(yù)為最具發(fā)展前途的重要技術(shù)之一,并已在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展中展現(xiàn)出誘人的市場(chǎng)前景。這種新興的真空鍍膜技術(shù)已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用,如航空、航天、電子、信息、機(jī)械、石油、化工、環(huán)保、軍事等領(lǐng)域。

真空蒸發(fā)鍍膜設(shè)備主要用于在經(jīng)予處理的塑料、陶瓷等制品表面蒸鍍金屬薄膜(鍍鋁、鉻、錫、不銹鋼等金屬)、七彩薄仿金膜等,從而獲得光亮、美觀、;價(jià)廉的塑料,陶瓷表面金屬化制品。廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車燈具、工藝美術(shù)、裝潢裝飾、燈具、家具、玩具、酒瓶蓋、化妝品、手機(jī)、鬧鐘、女式鞋后跟等領(lǐng)域。