Pvd 的工艺流程是怎样的？原子级镀膜的分步指南

本质上，物理气相沉积 (PVD) 工艺是一种基于真空的技术，用于在表面施加一层极薄、高性能的涂层。该工艺的核心包括四个阶段：将固体源材料转化为蒸汽（汽化）、将蒸汽输送到待镀部件（传输）、有时使其与气体反应形成新化合物（反应），最后将蒸汽冷凝到部件表面，逐原子构建涂层（沉积）。

PVD 最好不要被理解为一种简单的涂层方法，而是一种原子级的构建过程。它在高度真空中进行，允许来自源材料的单个原子直线行进并沉积在基材上，形成致密、纯净且高度附着的薄膜。

PVD 的四个核心阶段

PVD 工艺可分解为四个不同且高度受控的阶段。每个阶段对于实现涂层的最终性能都至关重要。

该过程首先将称为靶材的固体源材料转化为气态蒸汽。这不像烧水；它是一个高能物理过程。

这通常通过以下两种主要方法之一实现：

溅射：将带电的惰性气体（如氩气）引入真空室，产生等离子体。来自该等离子体的离子加速撞击靶材，以足够的力将其撞击，使单个原子脱落，就像母球打破一堆台球一样。
热蒸发：使用电阻加热或电子束等方法在真空中加热靶材，直到它“沸腾”并以蒸汽形式释放原子。

一旦原子从靶材中释放出来，它们就会穿过真空室，向基材（待镀部件）移动。

高真空环境是不可或缺的。它确保没有空气分子与汽化原子碰撞，从而使它们能够以直线、畅通无阻的“视线”路径从靶材移动到基材。

这个阶段定义了反应性 PVD，是制造许多最坚硬、最耐用涂层的关键。这是一个可选但功能强大的步骤。

在传输过程中，可以将反应性气体（如氮气、氧气或甲烷）精确地引入腔室。汽化的金属原子在飞行中或在基材表面与这种气体反应，形成新的陶瓷化合物。例如，钛蒸汽与氮气反应形成金色的超硬氮化钛 (TiN)。

当汽化原子（或新形成的化合物分子）到达基材较冷的表面时，它们会冷凝回固态。

这种冷凝逐原子层地构建涂层。结果是形成一层极薄、致密且均匀的薄膜，与基材表面紧密结合。整个过程产生的涂层通常只有几微米厚。

PVD 工艺虽然功能强大，但其固有的特性使其适用于某些应用而不适用于其他应用。了解这些权衡是做出明智决策的关键。

由于涂层原子直线行进，PVD 非常适合涂覆平面或外部弯曲表面。然而，它难以涂覆深凹槽、内部孔洞或复杂、有阴影的几何形状。部件通常需要通过复杂的夹具进行旋转，以确保均匀覆盖。

创建和维持高真空需要专门的昂贵设备。这使得 PVD 成为一种批处理工艺，而不是连续工艺，与电镀等方法相比，这可能会影响吞吐量和成本。

PVD 薄膜极薄。虽然这对于保持精密部件的尺寸公差是一个优势，但它们对于修复损坏或磨损的表面几乎没有堆积。

选择正确的涂层工艺完全取决于您的最终目标。PVD 在精度、纯度和高性能至关重要的情况下表现出色。

最终，PVD 是一种复杂的制造工具，可以在原子尺度上精确控制材料的表面特性。