什么是真空镀膜法？PVD与CVD镀膜的指南

从本质上讲，真空镀膜是一系列高科技工艺的总称，用于在表面上应用极薄、高性能的涂层。 所有这些工艺都在真空室内进行，涂层材料在此转化为蒸汽。然后，这种蒸汽会传播并凝结在被涂覆的物体上，形成一层固体、均匀的薄膜。

需要理解的关键区别不在于真空本身，而在于如何形成涂层。两种主要方法——物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）——通过根本不同的机制实现相同的目标。

真空沉积的两大支柱

真空沉积的核心在于分为两大主要类别。选择哪种方法完全取决于所需的涂层材料、被涂覆物体（基材）的特性以及最终应用。

物理气相沉积 (PVD)

PVD是一种物理传输过程。可以将其视为原子级别的喷漆。

在真空室内，一块固体源材料（称为靶材）受到能量的轰击。这种能量会从靶材上物理地剥离原子，将它们转化为蒸汽。

这种纯源材料的蒸汽随后在真空中沿直线传播，并凝结在基材上，逐个原子地形成薄膜。常见的PVD方法包括溅射和蒸发。

化学气相沉积 (CVD)

CVD是一个化学反应过程。它不是物理移动原子，而是在基材表面直接生长出新材料。

在此方法中，一种或多种挥发性前驱体气体被引入真空室。当这些气体与加热的基材接触时，会触发化学反应。

该反应导致新的固体材料在基材上形成并沉积。反应的副产物随后被泵出真空室。

为什么该工艺需要真空

真空不仅仅是一个容器；它是沉积过程中一个至关重要且活跃的部分。没有真空，就不可能制造出这些先进的涂层。

消除污染

真空移除了腔室中的空气和其他不需要的颗粒。这确保了所沉积的涂层具有极高的纯度，并且不会与氧气或氮气等杂散分子发生反应，否则会损害其质量。

确保清晰的路径

在真空中，汽化的涂层颗粒可以从源头传播到基材，而不会与空气分子碰撞。这种直接、无阻碍的路径对于形成致密、附着良好且均匀的薄膜至关重要。

关键区别和权衡

尽管PVD和CVD都能生产薄膜，但它们不同的机制导致了应用上的重要权衡。

涂层均匀性和几何形状

CVD气体可以流过复杂的三维形状，即使在复杂的表面上也能形成高度均匀（保形）的涂层。

PVD在很大程度上是一个“视线”过程。未直接面对源靶材的区域将接收到很少或没有涂层，因此它更适合平面。

工艺温度

CVD通常需要将基材加热到高温以触发必要的化学反应。这限制了可以涂覆而不会损坏的材料类型。

PVD通常可以在低得多的温度下进行，使其与更广泛的材料兼容，包括塑料和热敏合金。

材料通用性

PVD在沉积具有极高熔点的材料方面表现出色，例如钛、铬和各种陶瓷，这些材料很难通过其他方式汽化。

CVD在制造高纯度、结晶材料方面表现出色，包括半导体行业使用的氮化硅和二氧化硅等材料。

如何将其应用于您的目标

您对沉积方法的选择取决于最终产品的具体要求。

• 如果您的主要重点是均匀地涂覆复杂的三维形状： 考虑CVD，因为气态前驱体可以适应PVD无法到达的复杂表面。
• 如果您的主要重点是以低温在工具或部件上应用坚硬、耐磨的涂层： PVD是行业内用于氮化钛（TiN）等材料的标准选择。
• 如果您的主要重点是为电子产品生长高纯度的特定化合物： CVD是现代半导体制造的基础工艺。
• 如果您出于环保原因要取代传统的电镀： PVD和CVD都是湿法电镀（如铬和镉）的极佳“干法”替代方案。

最终，选择正确的真空沉积技术需要将工艺的特定性能与最终产品所需的性能相匹配。

总结表：

特征	PVD（物理气相沉积）	CVD（化学气相沉积）
工艺	物理原子转移	基材上的化学反应
均匀性	视线（复杂形状上均匀性较低）	保形（非常适合3D形状）
温度	较低（适用于热敏材料）	较高（需要加热的基材）
常见用途	硬质涂层（TiN）、耐磨性	半导体、高纯度结晶薄膜

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