什么是沉积过程？薄膜涂层技术的指南

最简单地说，沉积是将一层薄薄的材料应用到表面上的过程。 这个过程涵盖了从自然地质现象（如沉积物在河床上沉降）到用于在材料上制造先进涂层的高度受控的工业技术。这些技术从根本上涉及将原子或分子从源头移动，并使它们沉降并键合到称为基板的目标表面上。

沉积的核心概念是受控的添加。无论是通过化学反应、物理转移还是机械应用，目标始终是在基础物体上构建一层新的材料，以增强其性能，如硬度、导电性或耐腐蚀性。

两种主要的沉积途径

从宏观上看，技术沉积过程根据它们将材料转移到基板上的方式而分开。区别在于新层是通过基板上的化学反应形成，还是通过涂层材料本身的物理转移形成。

化学气相沉积 (CVD)：通过反应构建

在化学气相沉积 (CVD) 中，涂层不是直接转移的。相反，原材料以气体的形式引入。

待涂覆的部件放置在一个反应室中，通常在真空下。然后注入含有所需涂层元素的挥发性前驱体气体。加热时，这种气体直接在高温基板表面上发生化学反应或分解，形成一层坚固的薄膜。

CVD 的关键步骤包括气体向表面的传输、它们的吸附、形成薄膜的表面反应以及气态副产物的去除。这种方法形成了一个牢固的、化学键合的层，可以均匀地覆盖甚至复杂的形状。

物理气相沉积 (PVD)：直接移动材料

在物理气相沉积 (PVD) 中，涂层材料始于一个固体源（称为靶材）。使用高能过程将该固体转化为蒸汽，然后蒸汽传输并凝结到基板上。

两种常见的 PVD 技术说明了这一原理：

• 溅射： 在真空中，用高能离子轰击固体靶材。这种撞击就像微观喷砂一样，将原子从靶材上撞击下来。这些被喷射出的原子然后传输并沉积到基板上，逐个原子地构建薄膜。
• 电弧沉积： 该技术使用强大的电弧从固体阴极源汽化和电离材料。然后电场将这些离子加速到基板上，在那里它们凝结形成一层极其致密且附着良好的涂层。

理解权衡

选择沉积方法需要了解它们在方法、复杂性和产生结果方面的固有差异。

环境的作用

大多数先进的沉积技术，如 CVD 和 PVD，都发生在真空室中。这种受控的环境对于防止空气污染和实现汽化材料或促进特定化学反应所需的高能过程至关重要。

化学与物理键合

CVD 通过在基板上发生化学反应来形成涂层，从而形成非常牢固的化学键。由于涂层是由充满反应室的气体形成的，因此它往往具有高度的保形性，这意味着它可以均匀地涂覆复杂的表面。

相比之下，PVD 通常是一个“视线”过程。原子从源头直线传输到基板，这使得在没有复杂的部件操作的情况下难以涂覆凹槽或复杂几何结构的内部。

更简单的机械方法

并非所有的沉积都需要真空或高能物理。像喷涂这样的过程涉及将涂层材料的颗粒或液滴导向基板。虽然这些方法更简单、成本更低，但与 CVD 或 PVD 相比，它们在涂层厚度、密度和附着力方面通常控制力较弱。

如何将此应用于您的目标

最佳的沉积过程完全取决于最终产品的预期结果。

• 如果您的主要重点是高度均匀、纯净且化学键合的涂层，能够覆盖复杂形状： 由于其气相、基于反应的特性，CVD 通常是更优的选择。
• 如果您的主要重点是从固体金属或陶瓷源沉积非常坚硬、致密且耐磨的涂层： 溅射或电弧沉积等 PVD 技术是强大的行业标准。
• 如果您的主要重点是快速、低成本的应用，而最终精度不是主要问题： 热喷涂等更简单的方法可能是最有效的解决方案。

理解基本机制——无论是化学反应还是原子的物理转移——是为任何应用选择正确沉积过程的关键。

总结表：

工艺类型	关键机制	理想用途
化学气相沉积 (CVD)	基板表面的化学反应	复杂形状上的均匀、保形涂层
物理气相沉积 (PVD)	原子从固体靶材的物理转移	坚硬、致密、耐磨的涂层
机械方法（例如喷涂）	颗粒/液滴的直接应用	快速、低成本的应用，精度要求不高

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