从根本上讲，喷涂沉积和溅射沉积之间的区别在于规模和物理原理。热喷涂是一个机械过程，它将熔融或半熔融的液滴喷射出去，形成厚厚的涂层，很像高科技喷漆。而溅射是一种基于真空的原子级过程，其中单个原子通过离子轰击从源材料中溅射出来，一次一个原子地构建超薄薄膜。
在喷涂和溅射之间做出的选择，不是在相似的替代方案之间做选择；而是在两种完全不同的技术类别之间做选择。喷涂用于在宏观尺度上创建厚实的、保护性的或功能性的层，而溅射用于在原子级别控制下，为先进的电子和光学应用工程制造精确的超薄薄膜。
物理原理：每种工艺的工作原理
要了解哪种方法适合您的目标，您必须首先了解它们根本不同的机制。一种在开放空气中使用液态颗粒，另一种在高真空中使用单个原子。
热喷涂解释
热喷涂是一类工艺，其中材料（通常以粉末或线材形式）被加热到熔融或半熔融状态。
然后，高速气流将这种材料雾化成细小液滴，并将它们喷射到基材上。撞击后，这些液滴会扁平化、冷却并固化，一层一层地形成涂层。
这是一个单向（line-of-sight）过程，意味着涂层只在“喷射物”可以直接击中的地方形成。常见的热源包括燃烧火焰（火焰喷涂）或电弧（电弧喷涂、等离子喷涂）。
溅射沉积解释
溅射是一种在真空室内部发生的物理气相沉积（PVD）形式。
该过程首先引入惰性气体（几乎总是氩气），并产生等离子体（一个带电的、发光的离子云）。将高负电压施加到源材料上，即“靶材”。
该电压加速正电荷的氩离子，使其以巨大的力量撞击靶材。这种碰撞会物理地将靶材上的单个原子撞击或“溅射”出来。这些汽化后的原子随后穿过真空并凝结在基材上，形成薄膜。
比较所得涂层
机制上的巨大差异导致了具有完全不同特性的涂层。您的应用对厚度、密度和纯度的要求将决定哪种工艺适用。
薄膜厚度与沉积速率
- 热喷涂：其特点是沉积速率非常高。它可以沉积从几十微米到几毫米厚的材料。目标通常是快速形成大量层。
- 溅射：其特点是沉积速率非常低，以每分钟纳米为单位。它用于制造极其薄且受控的薄膜，厚度从几个原子（埃）到几微米不等。
附着力与密度
- 热喷涂：附着力主要是机械性的。高速颗粒“飞溅”并与基材的粗糙表面联锁。所得涂层通常具有一定程度的孔隙率，这取决于应用可能是缺点也可能是优点。
- 溅射：附着力是原子和化学性的。溅射原子的能量很高，使它们能够嵌入基材的顶层，形成极其牢固的粘合。所得薄膜极其致密且无孔。
纯度与保形性
- 热喷涂：由于通常在大气中进行，涂层可能会与氧气和氮气反应，导致氧化物和其他杂质。作为一种单向过程，它难以均匀涂覆复杂的形状和内部表面。
- 溅射：高真空环境确保了极高的纯度薄膜，因为很少有杂散分子会污染该过程。虽然仍然主要是单向的，但蒸汽的原子特性使其比喷涂更能均匀地涂覆复杂的几何形状（更好的保形性）。
了解实际的权衡
您的决定还将受成本、规模以及您需要处理的材料驱动。
成本与复杂性
- 热喷涂：设备通常成本较低，不需要真空，可用于大型部件甚至现场维修。它是一种更坚固的工业规模技术。
- 溅射：需要对高真空室、复杂的电源和冷却系统进行大量资本投资。该过程复杂，需要高度受控的环境。
常见应用
- 热喷涂：非常适合重载应用。这包括喷气发动机涡轮机的热障涂层、桥梁和基础设施的腐蚀防护、工业辊筒的耐磨涂层以及修复磨损的机器部件。
- 溅射：是高科技应用的理想选择。这包括在半导体芯片上制造微观金属布线、眼镜镜片上的抗反射涂层、建筑玻璃上的低辐射涂层以及医疗植入物上的生物相容性涂层。
为您的目标做出正确的选择
正确的工艺是能在您的预算内满足应用物理要求的工艺。请将这些要点作为您的指南。
- 如果您的主要关注点是在大型部件上实现厚实的耐腐蚀或耐磨损：热喷涂是最有效和最经济的解决方案。
- 如果您的主要关注点是创建薄的、精确的电子或光学层：溅射沉积是行业标准，提供无与伦比的控制和纯度。
- 如果您的主要关注点是增加热障等厚的功能层：热喷涂专为此而设计，可快速提供坚固的涂层。
- 如果您的主要关注点是在敏感基材上沉积高附着力、超纯薄膜：溅射的原子键合和低温特性使其成为更优的选择。
最终，您的决定取决于您是在解决宏观工程问题还是原子级材料挑战。
摘要表：
| 特征 | 热喷涂 | 溅射沉积 |
|---|---|---|
| 工艺规模 | 宏观（熔融液滴） | 原子级（单个原子） |
| 典型厚度 | 几十微米到毫米 | 埃到几微米 |
| 主要附着力 | 机械联锁 | 原子/化学键合 |
| 环境 | 大气层 | 高真空 |
| 常见应用 | 腐蚀/磨损防护、热障涂层 | 半导体、光学涂层、医疗植入物 |
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