Технологија вакуумског премаза, скраћено ПВД, је техника која користи физичке методе за испаравање површине извора материјала у атоме, молекуле или јоне у условима вакуума и наношење танког филма са одређеном посебном функцијом на површину супстрата. Технологија превлачења опреме за вакуумско премазивање углавном је подељена у три категорије: таложење паром, распршивање и јонско полагање. Постоје три типа технологије превлаке испаравањем: испаравање отпора, испаравање електронским снопом и испаравање индукционим загревањем.
Постоје три главна правца за технологију превлачења у опреми за вакуумско премазивање: технологија премазивања испаравањем, технологија јонског премаза и опрема за облагање магнетронским распршивањем. Свака технологија премаза има своје предности и недостатке, а различите подлоге и мете се премазују различитим технологијама премаза.
Технологија премаза отпорног испаравања усваја технологију премаза за испаравање извора испаравања отпорног загревања, који се генерално користи за испаравање материјала ниске тачке топљења као што су алуминијум, злато, сребро, цинк сулфид, магнезијум флуорид, хром триоксид, итд; Отпорници за грејање су углавном направљени од волфрама, молибдена, тантала итд. Јединствене предности, једноставна структура и ниска цена. Недостатак: Материјал је склон да реагује са лонцем, што утиче на чистоћу танког филма и не може да испари диелектричне танке филмове високе тачке топљења; Ниска брзина испаравања.
Испаравање електронским снопом помоћу отпорног испаравања је технологија која користи загревање електронским снопом велике брзине за испаравање и испаравање материјала, а затим се кондензује у филм на површини супстрата. Густина енергије извора топлоте електронског снопа може да достигне 104-109в/цм2 и може да достигне преко 3000 степени. Може да испари метале високе тачке топљења или диелектричне материјале као што су волфрам, молибден, германијум, СиО2, АЛ2О3, итд.
Главни принцип испаравања електронског снопа је да у окружењу високог вакуума, електрони високе енергије које емитује електронски топ бомбардују површину циљаног материјала под дејством електричног и магнетног поља, претварајући кинетичку енергију у топлотну енергију. Циљни материјал се загрева, топи или директно испарава, наносећи танак филм на површину подлоге.
Постоје два типа извора таложења паре за загревање електронским снопом: електронски топови са равним топовима и електронски топови е-типа (такође кружни). Електронски сноп се емитује из извора и фокусира и одбија помоћу завојнице магнетног поља да бомбардује и загрева филмски материјал. Његове предности укључују могућност испаравања било ког материјала, високу чистоћу филма, директно дејство на површину материјала и високу термичку ефикасност. Недостаци електронских топова укључују сложену структуру, високу цену, лако разлагање једињења током таложења и хемијску неравнотежу.
Индукционо загревање је технологија која користи високофреквентно индукционо загревање електромагнетним пољем за испаравање и испаравање материјала, кондензујући их у филм на површини подлоге. Његове предности укључују високу брзину испаравања, која може бити око 10 пута већа од отпорног извора испаравања. Температура извора испаравања је стабилна, што га чини мање склоним прскању. Температура лончића је ниска, а материјал лончића има мање запрљања мембране. Његови недостаци укључују потребу за заштитом уређаја за испаравање, високу цену и сложену опрему.
Иако су принципи ове три технологије наношења премаза евапорацијом за опрему за вакуумско облагање исти, сви они користе испаравање на високим температурама за испаравање материјала за премазивање. Међутим, окружења у којима се примењују су различита, а материјали за премазе и подлоге такође имају различите захтеве.
Високофреквентно индукционо загревање је процес постављања лонца који садржи материјал за облагање у центар високофреквентне спиралне завојнице, узрокујући да материјал за облагање генерише јаке вртложне струје и ефекте хистерезе под индукцијом високофреквентног електромагнетног поља, што резултира у загревању слоја филма док не испари и испари. Извор испаравања се углавном састоји од водено хлађеног високофреквентног намотаја и графитног или керамичког (магнезијум оксид, алуминијум оксид, бор оксид, итд.) лончића. Високофреквентно напајање користи фреквенцију од 10000 до неколико стотина хиљада херца, са улазном снагом од неколико до неколико стотина киловата. Што је мања запремина материјала мембране, то је већа фреквенција индукције. Фреквенција индукционог намотаја се обично производи помоћу бакарних цеви хлађених водом. Недостатак методе испаравања високофреквентног индукционог загревања је што није лако фино подесити улазну снагу. Има следеће предности:
1. Висока стопа испаравања:
2. Температура извора испаравања је уједначена и стабилна, и није лако произвести прскање капљица оплате
3. Једнократно пуњење извора испаравања, контрола температуре је релативно лака, а рад је једноставан.
Предности технологије магнетронског распршивања су следеће
1. Висока брзина седиментације. Због употребе магнетронских електрода велике брзине, може се добити велика јонска струја, ефикасно побољшавајући брзину таложења и брзину распршивања овог процеса премаза. У поређењу са другим процесима наношења премаза, магнетронско распршивање има висок производни капацитет и излаз, и широко се користи у различитим индустријским производњама.
2. Висока енергетска ефикасност. Магнетронске мете за распршивање углавном бирају напоне у опсегу од 200В-1000В, обично 600В, јер је напон од 600В управо унутар највећег ефективног опсега енергетске ефикасности.
Ниска енергија прскања. Низак напон примењен на мету магнетрона и магнетно поље ограничавају плазму у близини катоде, што може спречити да честице високе енергије упадну на подлогу.
3. Температура подлоге је ниска. Електрони генерисани током анодног пражњења могу се искористити без потребе за уземљењем подлоге, што може ефикасно смањити бомбардовање електрона на подлогу. Због тога је температура подлоге релативно ниска, што је чини веома погодном за премазивање неких пластичних подлога које нису превише отпорне на високе температуре.
Неравномерно нагризање на површини мета магнетронског распршивања. Неуједначено површинско нагризање мета магнетронског распршивања узроковано је неуједначеним магнетним пољима мете, што доводи до веће стопе нагризања на локалним локацијама мете и ниже ефективне стопе искоришћења циљног материјала (само 20% -30% стопе искоришћења) . Стога, да би се побољшала стопа искоришћења циљних материјала, неопходно је променити дистрибуцију магнетног поља путем одређених средстава, или користити магнете за кретање у катоди, што такође може побољшати стопу искоришћења циљних материјала.
4. Композитни циљ. Могу се производити композитни филмови од легуре обложених метом. Тренутно су филмови од легуре Та Ти, (Тб Ди) - Фе и Гб Цо успешно депоновани коришћењем технологије композитног магнетронског распршивања. Постоје четири врсте структура за композитне мете, а то су кружне уграђене мете, квадратне уграђене мете, мале квадратне мете и уграђене мете у облику лепезе. Међу њима, уграђена циљна структура у облику лепезе има најбољи ефекат употребе.
5. Широк спектар примена. Процес магнетронског распршивања може депоновати многе елементе, укључујући Аг, Ау, Ц, Цо, Цу, Фе, Ге, Мо, Нб, Ни, Ос, Цр, Пд, Пт, Ре, Рх, Си, Та, Ти, Зр, СиО, АлО, ГаАс, У, В, СнО, итд.
Технологија вакуумског јонског премаза
Технологија вакуумске јонске плоче(скраћено као ион платинг) је први развио Д М. Матток је предложен и примењен у пракси 1963. године као технологија премаза која комбинује испаравање и распршивање. Заснован је на јонском бомбардовању, које загрева обложени материјал или радни предмет до растопљеног стања, и користи високоенергетско јонско бомбардовање за таложење хемијски депонованих металних или полупроводничких танких филмова на површину супстрата, чиме се добијају танки филмови са специфичним структурама и својствима.
Процес јонског облагања је повезивање извора испаравања са анодом и обрадака са катодом. Када се примени једносмерна струја високог напона од три до пет хиљада волти, ствара се лучно пражњење између извора испаравања и радног предмета. Због инертног гаса аргона напуњеног у вакуум хауби, део гаса аргона се јонизује под дејством електричног поља пражњења, формирајући тамну зону плазме око обрадака катоде. Позитивно наелектрисани јони аргона су привучени негативним високим напоном катоде и насилно бомбардују површину радног предмета, узрокујући прскање и избацивање честица и прљавштине на површини радног предмета, омогућавајући тако да се површина радног предмета избрише. потпуно очишћена јонским бомбардовањем. Након тога, наизменична струја извора испаравања је повезана, а честице испареног материјала се топе и испаравају, улазећи у зону сјајног пражњења и јонизујући. Позитивно наелектрисани испарени јони материјала, привучени катодом, јуре ка радном предмету заједно са јонима аргона. Када количина испарених јона материјала депонованих на површини радног предмета премашује количину прсканих јона, они се постепено акумулирају да би формирали чврсто прилепљен премаз на површини радног предмета.
Структура превлаке јонске превлаке је густа, без рупица, мехурића и уједначене дебљине. Ова метода је веома погодна за премазивање делова са унутрашњим рупама, жлебовима и уским празнинама које је тешко премазати другим методама и не ствара металне нодуле. Због своје способности да поправи мале пукотине и дефекте као што је удубљење на површини радног комада, овај процес може ефикасно побољшати квалитет површине и физичка и механичка својства обложених делова. Испитивања замора су показала да ако се правилно рукује, век трајања радног предмета може да се повећа за 20% до 30% у поређењу са пре облагања.
Карактеристике вакуумског јонског премаза
У поређењу са испаравањем и распршивањем, јонска обрада има следеће карактеристике:
(1) Добре перформансе пријањања премаза
Током обичног вакуумског премаза, готово да нема прелазног слоја који повезује површину радног предмета и премаз. Током јонске обраде, када јони бомбардују радни предмет великом брзином, они могу продрети у површину радног предмета и формирати дифузиони слој дубоко имплантиран у подлогу. Дубина дифузије интерфејса јонске превлаке може да достигне четири до пет микрометара. У раној фази премаза, распршивање и таложење коегзистирају, а прелазни слој или мешовити слој компоненти филма и супстрата могу се формирати на интерфејсу између филма и супстрата, назван псеудо дифузиони слој, који може ефикасно побољшати перформансе адхезије. филмског слоја.
(2) Јака способност облагања
Током јонског облагања, честице испареног материјала крећу се дуж правца електричног поља у облику наелектрисаних јона. Стога, где год је присутно електрично поље, може се добити добар премаз, који је много бољи од обичног вакуумског премаза који може добити премаз само у директном правцу. Због тога је ова метода веома погодна за површине на позамашним деловима које је тешко обрађивати другим методама, као што су унутрашње рупе, жлебови и уски зазори.
(3) Добар квалитет премаза
Премаз од јонске превлаке има густу структуру, без рупица, без мехурића и уједначене дебљине. Чак и ивице и жлебови могу бити равномерно премазани, а делови као што су навоји такође могу бити обложени високом тврдоћом, високом отпорношћу на хабање (низак коефицијент трења), добром отпорношћу на корозију и хемијском стабилношћу, што резултира дужим животним веком слоја филма; Истовремено, слој филма може значајно побољшати изглед и декоративне перформансе радног предмета.
(4) Поједноставите процес чишћења
Већина постојећих процеса наношења премаза захтева унапред стриктно чишћење радног предмета, а процес је релативно одговоран. Током процеса јонског наношења, велики број високоенергетских честица генерисаних светлећим пражњењем се користи за стварање ефекта катодног прскања на површини, који чисти гас и уље адсорбоване на површини супстрата распршивањем, пречишћавајући површину супстрата до цео процес наношења премаза је завршен, што поједностављује многе послове чишћења пре облагања.
(5) Широко доступни плочасти материјали
Јонско облагање је процес коришћења јона високе енергије за бомбардовање површине радног предмета, претварајући велику количину електричне енергије у топлотну енергију на површини радног предмета, чиме се промовишу дифузија и хемијске реакције у површинском ткиву и радном предмету. на њега не утичу високе температуре. Стога, овај процес премазивања има широк спектар примена и мање је ограничен. Обично се могу обложити различити метали, легуре, као и одређени синтетички материјали, изолациони материјали, термоосетљиви материјали и материјали високе тачке топљења. Метални радни предмети могу бити обложени неметалима или металима, као и металима или неметалима, па чак и пластиком, гумом, кварцом, керамиком итд.
Класификација вакуумских јонских премаза
Постоје различите комбинације метода јонизације и ексцитације за различите изворе испаравања и атоме, што доводи до појаве многих метода јонске облоге извора испаравања. Уобичајене методе укључују распршивање јонске плоче и евапорационе јонске плоче засноване на стицању честица мембране.
1. Јонска обрада типа распршивања
Коришћењем јона високе енергије за прскање површине материјала мембране, стварају се металне честице. Честице метала јонизују у металне јоне у простору за пражњење гаса и стижу до супстрата под негативним нагибом да би се таложили и формирали филм.
Евапоративно јонско полагање
Загревање материјала за облагање различитим методама загревања да би се испарила и произвела метална пара, која се затим уводи у простор за пражњење гаса побуђена на различите начине да се јонизује у металне јоне. Ови јони стижу до супстрата под негативним пристрасношћу и таложе се у филм.
Међу њима, евапоративно јонско облагање може се поделити на ДЦ двостепено јонско полагање, ионско облагање са шупљом катодом, ионско јонско превлачење врућом жицом и ионско облагање катодног лука према различитим принципима пражњења. ДЦ секундарно јонско полагање је стабилно сјајно пражњење; Покривање са шупљом катодом и јонско облагање топлом жицом су и топлотно лучно пражњење, а разлог за стварање електрона може се једноставно сажети као топлотна емисија електрона ван језгра услед загревања металних материјала на високе температуре; Тип пражњења катодног лучног јонског облагања разликује се од претходних типова јонског облагања и користи пражњење хладног лука.
(1) Јонска обрада шупље катоде (ХЦД)
Коришћење пражњења шупље вруће катоде за генерисање снопа плазма електрона. Карактеристике јонске плоче са шупљом катодом: ① ХЦД пиштољ са шупљом катодом је и извор топлоте за гасификацију мембранског материјала и извор јонизације за испарене честице, а метода јонизације је коришћење судара електронског снопа ниског притиска; ② Коришћењем напона убрзања у распону од 0В до неколико стотина волти, јонизација и убрзање јона раде независно. Може добро да изврши реактивно јонско наношење; ④ Пораст температуре подлоге је мали, а подлога и даље треба да се загреје током премаза; ⑤ Висока ефикасност јонизације, велика тачка електронског снопа и може се наносити на различите филмове.
(2) Катодна ионска обрада
Катодно лучно јонско полагање је кулминација главне технологије јонског премаза, која усваја хладно лучно пражњење и има највећу стопу јонизације честица међу многим технологијама ПВД премаза.
