在溅射前使用真空干燥箱的主要必要性是为了消除会损害涂层环境的挥发性污染物。具体来说，此步骤可有效去除基材（如 M42 高速钢）表面和微孔中残留的清洁溶剂和水分。没有这种预处理，这些被困的挥发物将在涂层过程中逸出，破坏薄膜的完整性。
核心要点 预干燥是防止沉积过程中水蒸气释放的关键质量控制步骤。这确保了溅射室能快速达到其极限真空度，并保证所得薄膜致密、纯净，无氧化或孔隙。
基材制备的关键作用
清除深层污染物
表面清洁不仅仅是指可见的碎屑；它关乎微观纯度。清洁溶剂和大气中的水分常常会渗透到 M42 高速钢等材料的孔隙中。
标准的空气干燥通常不足以去除这些被困的液体。真空干燥箱会降低这些液体的沸点，迫使它们在样品进入涂层室之前就从深层孔隙和表面不规则处蒸发出来。
保护溅射室
您的溅射设备的效率在很大程度上取决于保持原始真空状态。如果样品未经预干燥，它们就会成为腔室内的污染源。
通过提前清除污染物，可以显著缩短溅射室达到“极限真空”所需的时间。这提高了整体工艺效率和产量。
确保薄膜的纯度和密度
沉积过程中水蒸气的存在具有化学破坏性。在薄膜沉积过程中，释放的水蒸气会与靶材发生反应。
这种反应会导致薄膜氧化，从而从根本上改变涂层的化学性质。此外，逸出的气体还会产生物理缺陷，导致形成孔隙，而不是连续致密的层。
不充分预处理的风险
常见的陷阱
跳过真空干燥阶段是一种得不偿失的做法，虽然 upfront 节省了时间，但在工艺稳定性和产品质量方面却付出了更高的代价。
“虚拟泄漏”现象
当溅射过程中样品中的水分逸出时，会模拟真空泄漏。这会阻止腔室维持最佳附着力所需的低空气密度。正如真空原理所述，低空气密度对于高质量附着力和增强的耐磨性至关重要；水分污染会直接抵消这些好处。
机械性能受损
如果薄膜由于逸出而氧化或形成孔隙，涂层的机械优势就会丧失。您可能会生产出硬度差、耐磨性降低的部件，导致在实际使用中过早失效。
为您的目标做出正确选择
为确保您的溅射工艺一致性，请遵循以下指南：
- 如果您的主要关注点是工艺效率：使用真空干燥以最大限度地缩短主溅射室的抽空时间，从而实现更快的循环时间。
- 如果您的主要关注点是薄膜质量：优先使用真空干燥以消除氧化和孔隙，确保沉积层具有尽可能高的密度和纯度。
干燥的基材是构建耐用、高性能涂层唯一的基础。
总结表：
| 因素 | 真空预干燥的影响 | 跳过预干燥的影响 |
|---|---|---|
| 基材纯度 | 去除深层溶剂和水分 | 微孔中残留挥发物 |
| 腔室效率 | 更快地抽空至极限真空 | 由于逸出导致真空度延迟 |
| 薄膜完整性 | 高密度、纯净、无缺陷 | 多孔、氧化、附着力差 |
| 机械性能 | 增强硬度和耐磨性 | 过早失效和耐用性差 |
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参考文献
- А. E. Litvinov, Etibar Balaev. Parameters of protective carbon films applied on high-speed steels M42 via magnetronic sputtering. DOI: 10.17580/cisisr.2023.01.17
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
