離子鍍膜技術(shù)原理及工藝

(6-7)離子鍍膜工藝過程及應(yīng)用範(fàn)圍

王福貞

6 離子鍍膜工藝過程：

6.1 真空條件：

鍍膜室的真空度抽至（3—6）×10-3Pa，以減少殘餘氣體；

氣體管道必須嚴(yán)格保持密封；

鍍膜室器壁必須進(jìn)行除氣：可以烘烤加熱，或在鍍膜室壁上加負(fù)偏壓，儘量減少雜質(zhì)氣體的含量。

6.2 烘烤加熱：

烘烤加熱除了使鍍膜室壁除氣，

對(duì)工件進(jìn)行加熱，以提高膜層的附著力。

6.3 離子轟擊淨(jìng)化：

1）氬離子轟擊淨(jìng)化是許多鍍膜技術(shù)提高膜基結(jié)合力的重要措施；

2）採(cǎi)用電弧離子鍍進(jìn)行“主弧轟擊”是提高膜基結(jié)合力的關(guān)鍵措施：由於金屬離化率高，更多的金屬離子以高能量到達(dá)工件表面，可以將污染物轟擊下來(lái)；可以將基材原子濺射下來(lái)，露出基材原子的活性面；可以現(xiàn)成膜基的成分共混層。因此，在一磁控濺射為主的設(shè)備中都加柱弧源或矩形平面大弧源用於主弧轟擊，然後用磁控濺射靶進(jìn)行鍍膜。

（1）採(cǎi)用脈衝偏壓電源的高檔，電壓值在（700—1000）V範(fàn)圍。脈衝偏壓電源的占空比調(diào)整在20%左右，以利於迅速滅弧和高壓轟擊效果，如果採(cǎi)用直流或高的占空比，會(huì)使工件溫度升得太高。

（2）真空度2×10-2Pa，分子自由程長(zhǎng)，金屬離子可以不經(jīng)碰撞地以高能量到達(dá)工件。以清除工件表面的吸附氣體和污染物，以提高膜層的附著力。

6.4 沉積氮化鈦：

1）沉積純金屬層：

在工件基材和氮化鈦等化合物層間沉積延展性好的純金屬層，有利於化合物層與基體間的結(jié)合性能。因此用“主弧轟擊的措施沉積純金屬層也是當(dāng)前採(cǎi)用的重要方法，較高能量的離子對(duì)工件的轟擊進(jìn)一步加熱。

調(diào)整真空度和工件偏壓值：一般氬氣壓力為（1—3）×10-1Pa，採(cǎi)用脈衝偏壓電源的中檔，工件施加（300—500）V負(fù)偏壓。

2）沉積氮化鈦等化合物膜：

通入反應(yīng)氣，調(diào)整氣體比例。工作氣體總壓強(qiáng)（3—5）×10-1Pa。

採(cǎi)用偏壓電源的低檔，將偏壓降至（100—200）V，占空比調(diào)整到60%—80%，可以加大偏流，提高鍍膜室內(nèi)的等離子體密度。有利於反應(yīng)沉積、提高膜基結(jié)合力、細(xì)化膜層組織。

3）配氣：

進(jìn)行離子轟擊和鍍純金屬時(shí)採(cǎi)用氬氣。沉積氮化鈦等化合物膜時(shí)通入反應(yīng)氣體，如N2、C2H2、O2、CO2等。採(cǎi)用品質(zhì)流量計(jì)向鍍膜室通入選定比例的氣體，以保證獲得所需化合物塗層的化合比，保證塗層的色澤和性能。鍍膜過程中，各氣體的比例應(yīng)該是不斷變化的。

在各段工藝的調(diào)整過程中，參數(shù)的調(diào)整應(yīng)該是逐漸變化，以便使膜層組織、成分漸變，獲得低度層或過渡層。

7 離子鍍應(yīng)用範(fàn)圍

7．1 真空鍍膜的應(yīng)用範(fàn)圍：半導(dǎo)體積體電路、光導(dǎo)纖維、太陽(yáng)能電池、太陽(yáng)能熱水器、

太陽(yáng)灶、光碟、磁片、敏感元件、平板顯示器、選擇吸收玻璃、智慧窗玻璃、人體植入部件等功能薄膜；

7．2 離子鍍膜技術(shù)應(yīng)用範(fàn)圍

工模具超硬塗層、航太軸承、機(jī)械零件；汽輪機(jī)葉片的耐蝕抗氧化塗層；

裝飾件、手機(jī)配件。

7．3 離子鍍薄膜的膜層結(jié)構(gòu)

單源單層：氮化鈦塗層TiN、TiC、ZrN、CrN、AlN等。硬度約1800—2600Hv；

多元單層：TiCN、TiAlN等。硬度2200—2800Hv；

複合塗層：TiN/TiCN、TiN/TiCN/TiN、TiN/ZrN、TiN/CrN、TiN/AlN、TiN/C3N4、TiN/C3N4/DLC等。硬度3500—4500Hv；

納米結(jié)構(gòu)塗層；多層膜中的每一層厚度為nm,也稱之為“調(diào)製週期”。各層可以是化合物/化合物，也可以是金屬非晶/納米金屬化合物，如：nc-TiN/a-Si3N4、Ti-Al-N、Ti-B-N等。調(diào)製週期6.8—30nm，硬度可達(dá)4700—10000Hv（47—100GPa）。

要求鍍膜機(jī)的配置能夠滿足沉積薄膜的厚度為0.2—5μm的納米多層膜。