FCVA镀膜及其应用

在中国缝制机械行业“十二五”时期主要技术攻关方向中，新材料、新工艺是一个重要领域。在“十一五”期间的行业科技开发实施指南中，新材料、新工艺在产品中的开发与应用就已经是重要内容，主要体现在无油、微油润滑材料和特种材料涂覆工艺的应用与开发，通过在缝制机械的高速运转部件采用耐磨材料涂覆技术，实现无油或微油润滑。

材料及其涂覆工艺的发展与进步，对缝制机械的性能、品质的提升有积极的促进作用。尤其在高速自动化缝纫机的品种和数量均大幅增加的情况下，如何通过新材料、新工艺的应用满足和提升高速自动化缝纫机的各项性能要求，是缝制机械制造商正在考虑的事情。

目前应用于缝制机械的新材料很多，比如多元填充高分子材料、陶瓷、金属钛、特氟龙、低温液态化油脂等。而陶瓷、金刚石粉、钛合金、多元填充高分子材料等特种材料的涂覆工艺也在不断改进并且越来越多地应用于缝制机械中。

镀膜，是应用新的材料及新的涂覆工艺较多的一道工序。已经有不少高速自动化缝纫机的零部件在镀膜时采用了新膜层材料和新镀膜方式。我们知道，镀膜涉及两项基本内容，一是镀膜的技术与方法，二是所镀膜层的材料。不同的镀膜方式，所达到的镀膜效果不同，膜层的性能发挥情况也随之有差异，而采用不同的镀层材料也有不同的性能表现。

1 不同的镀膜技术

在微观环境下看，镀膜就是将一些物质（反应物）的分子、原子或者离子通过一定的方式被分解出来在其所具有的能量作用下涂覆（沉积）在需要镀膜的工件（基体）上。镀膜时，要考虑膜层、工件材料的物理或化学性质，选择合适的镀膜方法将膜层紧紧地附着于工件上并且要产生好的性能效果。

真空镀膜技术就是在真空环境下，通过化学、物理方式将反应物或者靶材沉积到基体上的薄膜气相沉积技术。镀膜通常需要在干净、纯粹的真空环境下进行，既为了避免污染（减少成膜过程中气体分子进入薄膜中成为杂质的量），也在于膜层材料的分子、原子化学性活跃，在常温常态下容易出现问题（比如分子间的碰撞、氧化反应）。

根据反应方式分，真空镀膜技术有PVD（物理气相沉积）、CVD（化学气相沉积）以及FCVA等。

1.1 PVD

PVD是英文Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）的缩写，是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。PVD镀膜技术主要分真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜三类。

真空蒸发镀膜是通过加热蒸发某种物质（比如金属、化合物等）使其原子或分子以冷凝方式沉积在作为基体的固体表面；溅射镀膜是用高能粒子轰击固体表面时能使固体表面的粒

子获得能量并逸出表面，沉积在基体上；离子镀膜是蒸发物质的分子被电子碰撞电离后以离子沉积在固体表面，是真空蒸发与阴极溅射技术的结合。

1.2 CVD

CVD是Chemical Vapor Deposition（化学气相沉积）的缩写，很多反应物质在通常条件下是液态或固态，经过汽化成蒸汽再参与反应，通常是通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物。

CVD是现代半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料，大多数金属材料和金属合金材料。

近年来，等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）发展起来，最早也是用于半导体材料的加工，将沉积温度从1000℃降到600℃以下，最低的只有300℃左右。

1.3 FCVA

FCVA镀膜是英文Filtered Cathodic Vacuum Arc的缩写，即“过滤阴极真空电弧技术镀膜”，对缝制机械行业而言还算是新事物。这种镀膜技术正在为朝高速、无油环保方向发展的缝制机械提供助力。

图1 FDVE原理示意图

如图1所示，FCVA使用异面双弯过滤器以及高能电、磁场过滤除去多余宏观颗粒和不带电的离子，其膜层表面形貌方面的质量可以与CVD膜层相比。FCVA技术产生能像稳定的电弧和纯离子束流，能量可以根据不同的工艺要求精确控制，由FCVA技术沉积的碳膜和金属膜质量高，其等离子扫描技术可以使镀膜沉积面积提高到直径12英寸以上。FCVA 的镀膜过程可以在低温下（小于80摄氏度）进行，可广泛应用于包括塑料和橡胶在内的各种领域，这点对缝制机械元器件来说也特别重要。

FCVA技术的核心点是：原体是百分百的等离子体——除了电子、原子外还有正离子，这些是所需要镀膜的材料本身产生的，比如镀碳，就是碳正离子，而镀铜则就是铜正离子，与工件上的电子合并成为中性的原子。它采用起弧方式产生100%离化的镀膜粒子，这些镀膜离子在到达镀膜基体之前，通过外加电磁场来调节镀膜离子的能量，而不像普通的磁控溅射镀膜方式只能通过加热的方法来增加镀膜粒子的能量。

过滤阴极电弧（FCA）配有高效的电磁过滤系统，可将离子源产生的等离子体中的宏观粒子、离子团过滤干净，经过磁过滤后沉积粒子的离化率为100%，并且可以过滤掉大颗粒，因此制备的薄膜非常致密和平整光滑，抗腐蚀性能好，与机体的结合力很强。

为了达到良好的效果，FCVA镀膜对各工艺环节有严格的管理要求。镀膜之前，要对待镀膜的基体进行清洗，因为这些基体带有空隙、空洞、油脂、污迹等，可通过真空加热和清洗加热去掉这些“脏东西”——镀膜的基体一定要干净无杂质。经过处理的基体还应该在无菌的环境中上到夹具上，如果短时间不能镀膜则会放到设置了一定温度的保温箱中，使其处于良好的状态。

1.4 几种镀膜技术的参数比较

表1 不同的镀膜技术比较

注：EV表示电子伏特

表1反映了不同的镀膜技术的各项指标情况。PVD （溅射）的镀膜微粒是原子，而CVD（PECVD）的镀膜微粒是原子团（反应分子），而FCVA输出是一束等离子，该等离子束可以被扫描，可以对该离子束加偏压，该等离子束可通过镀膜技术加以控制。

镀膜需要产生完全独立、自由的分子、原子，通常要采用加热、蒸发等方式把粒子从束缚中解脱出来，才能做一些改变。此时，镀铝、镀铜甚至是镀铬等都没有问题，但要镀陶瓷、氮化膜、氧化膜等硬膜，要将反应物烧沸很难。尤其是镀硬膜时，若采用溅射方式，将固体变为原子或者分子几乎不能做到，而是在真空环境中形成离子团，加入负电压，以正离子去轰击要镀膜的物件（让通氩气的原子加热，用氩离子告诉轰击靶面），效率低下（可能1000次轰击后有才1~2个原子出来），且如果冲击时真空环境不好，其分子疏松。若采用蒸发方式，则容易产生空洞，需要加高温让分子利用能量去填补空洞——这点对做镀膜不好，镀膜要求不存在空洞，其所加温度要在400摄氏度及以上，这种情况对原子、分子的要求不高，但对材料的要求高，比如需要高速钢、工具钢之类，其它的材料则不太好。

FCVA技术既不是溅射也不是热蒸发，由于用的是百分百等离子，其正离子带电，外加电磁场的方式使其加速（像光速），不用热能而是用动能（速度）来完成镀膜。溅射和蒸发时的动能速度是每秒几百米，约1个电子福特的能量，而FCVA的速度是每秒几十公里，有50、60个电子福特的能量且可变、可控。通常，要克服物体表面张力需要30、40个电子辐特。如果能很好穿透表面张力，则膜层的附着力和密实度高，能形成超硬膜，因为决定镀膜优劣的关键因素是镀膜粒子能量，当镀膜粒子的能量增加后，膜层的密度也将随之增加，附着力大大改善。传统镀膜技术只能通过升高基体温度来改善镀膜质量，但存在一定局限性。此外，FCVA镀膜时的离子能量可控，这些等离子体有了能量和可控性，其膜层的致密性也就更好。

2FCVA可镀的膜层

从应用分，目前FCVA镀膜层分为两大类：一类是在表面装饰镀膜方面，主要是（钛金、锆金）镀覆于钟表、锁具五金、厨房卫浴五金等各种五金制品表面；一类是在工具镀膜方面，主要是（硬质膜层、摩擦系数）镀覆于各种金属加工模具（冲压模具）、电子半导体类模具（成型刀）、粉末冶金模具、刀具（切纸刀、铣刀、绞刀等各类刀具）、车削刀具以及各种注塑模具（塑料成型注塑模具活动部件，零件上的应用）。

采用FCVA技术可在多种材质的工具、模具和刀具上涂上TAC-ONTM（类金刚石）、AITiN（铝氧化钛）、CrN（氧化铬）、TiN（氧化钛）等单层及多层优质硬质膜层，其膜层硬度高（2 000~5 000HV），结合强度高（最高达到100N），摩擦系数低（可降低到0.08），表面粗糙度低（最高达到球面）。

下面介绍几种膜层的特点。

2.1 TiN（氧化钛）薄膜

TiN膜层具有高熔点、高硬度和良好热传导率的特性，且耐磨损，具有适中的耐氧化性，适用于高速切割，已成功用于刀具和模具耐磨保护涂层和装饰涂层。其膜层颜色为金黄色，硬度在2 000HV~2 500HV之间，摩擦系数最大0.65，典型厚度在1~4微米，镀膜温度在400摄氏度，其工作温度在800摄氏度。

2.2 CrN（氧化铬）薄膜

CrN膜层有良好的附着性、耐腐蚀性和耐氧化性，在机械部件和模具上采用此膜层是为了增强其润滑性和耐磨性，与TiN膜层相比，它对水质溶液的抗腐蚀性更强，其较高的表面硬度、较低的摩擦系数和残余应力使其适用于抗磨损、摩擦的场合。其膜层颜色为银灰色，硬度在2 100HV及以下，摩擦系数最大0.3，典型厚度在1~4微米，镀膜温度在200到400摄氏度，其工作温度在500摄氏度。

2.3 TAC-ON非晶态四面体碳膜

碳膜在缝制机械行业的应用已经多起来，主要应用的是类金刚石（也称为DLC）碳膜。碳元素因碳原子和碳原子之间的不同结合方式，从而使其最终产生不同的物质，一类是碳碳以sp3键的形式结合的金刚石，一类是碳碳以sp2键的形式结合的石墨，一类则是碳碳以sp3和sp2键的形式结合生成的无定形碳的一种亚稳定形态，即类金刚石。

类金刚石没有严格的定义，可以包括很宽性质范围的非晶碳，兼具了金刚石和石墨的优良特性，由类金刚石而来的DLC膜同样是一种亚稳态长程无序的非晶材料，可分为无氢类金刚石碳膜和氢化类金刚石碳膜两类。TAC-ON（非晶的四面体碳薄膜，ta-C）是一种无氢的类金刚石碳膜，是由超过80％的sp3键碳原子为骨架构成，其硬度仅次于钻石。

金刚石成膜的难度高（SP3键，合体含大量氢与碳，氢多了疏松，经不起分解），必须经过高压，通常是千兆帕以上。FCVA给予热能之外的能量，形成瞬时高压使碳元素瞬时形成金刚石键（原子与原子间形成SP3键）且非晶的薄膜，摩擦系数低。

采用FCVA技术沉积的TAC-ON薄膜在附着力和耐磨性方面比传统的DLC薄膜强，有粘油性，润滑性能优越，可减少摩擦，并能减少润滑油污染。TAC-ON膜层的硬度也高于传统的DLC膜层。由于没有氢和氧键在TAC-ON膜形成，其膜层可以完全透明（膜厚薄）。TAC-ON薄膜的膜层颜色为轻碳黑色，其膜层密度小于3，膜层硬度在3 000HV~5 000HV之间，摩擦系数最大0.1，典型厚度在0.1~2微米，镀膜温度小于80摄氏度，其工作温度小于350摄氏度。这种薄膜早已在多个行业有应用，但这两年才开始大规模应用。

3FCVA镀膜层的应用

FCVA真空镀膜技术是绿色无污染的技术，其应用的领域很广，比如相机、手机的镜头，多为非球面镜，通过模具压制而成，对模具的要求高，有生产该模具的制造商应用了FCVA 技术来镀压制镜头的模具。还有首创性的应用，比如电脑硬盘中的片盘，其磁头和磁盘上都需要保护，用类似技术形成碳膜。又如复印机的核心——墨盒，高质量复印机采用的是加高压的网片，网片上面也有镀膜。还有一些塑料器件直接采用该镀膜技术来代替电镀，因为塑料金属化处理的方式通常为电镀，但电镀需要的塑料有选择性，而真空镀没有，包括PC都可以进行镀膜，且膜层厚度均匀、耐磨，比如相机镜头的卡环现在都采用镀膜塑料，而以前为黄铜材质。

目前，采用FCVA镀膜技术形成的TAC-ON以及氧化钛膜层在纺织机械与缝制机械配件上皆有所应用，比如缝纫机机针、针杆、旋梭、切刀等部件。从前文介绍的情况看，在沉积方式、镀膜真空镀、预处理工艺方面的显著特点决定了FCVA镀膜技术在缝制机械行业的应用较之普通镀膜技术更有优势。一是其镀膜温度小于80摄氏度，不会造成45钢材料的针杆或者其他轴类零件变形与二次回火，二是高表面硬度且具有超强附着力，其膜层更致密，金刚石成分高，耐磨损、耐腐蚀且具有极强的拉油能力，可显著降低传动部件磨损,实现无油润滑或微油润滑。

3.1 无油高速机种

由于类金刚石涂层—Tac涂层具有超高的表面硬度，摩擦系数非常低，能够适应无油状态下的高速摩擦运动。适合无油或高速、超高速机种中摩擦面积大、运动线速度高或不宜连续供油润滑的轴销类（比如针杆）、连杆类等零部件的镀膜需要。

3.2 无油平缝机

旋梭是目前无油平缝机的技术瓶颈之一。通常旋梭的转速是缝纫机主轴转速的2倍，由于要为旋梭供油，不少原本可以成为无油机型的平缝机不得不成为微油机型，如果能在旋梭的导轨和导轨槽部位采用FCVA技术的镀膜，则可能突破这一技术瓶颈。

3.3 高速包缝机、高速带刀平缝机

高速包缝机、高速带刀平缝机等带切边功能的机种，其切刀是最易磨损的零件，而修磨切刀依靠的是机修工的经验，往往由于切刀修磨不到位而影响缝纫机的切边质量，采用镀膜技术可延长其使用寿命。自动剪线平缝机的剪线刀如果应用FCVA镀膜技术，将提高剪线的可靠性，从而提升整机的档次。

现在FCVA镀膜技术以及采用这种技术所镀膜层多应用于高档缝制机械。比如在去年举办的CSIMA2011上，西安标准工业股份有限公司的GC6730、GC6760两大系列的电脑控制直驱高速平缝机（属于微油机）在行业中首家获得了中国质量认证中心颁发的节能、环保产品认证证书，该系列机器中采用的就是FVCA真空镀膜的针杆。

磁控溅射镀膜原理和工艺设计

磁控溅射镀膜原理及工艺 摘要：真空镀膜技术作为一种产生特定膜层的技术，在现实生产生活中有着广泛的应用。真空镀膜技术有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。这里主要讲一下由溅射镀 膜技术发展来的磁控溅射镀膜的原理及相应工艺的研究。 关键词：溅射；溅射变量；工作气压；沉积率。 绪论 溅射现象于1870年开始用于镀膜技术，1930年以后由于提高了沉积速率而逐渐用于工业生产。常用二极溅射设备如右图。 通常将欲沉积的材料制成板材-靶，固定在阴 极上。基片置于正对靶面的阳极上，距靶一定距 离。系统抽至高真空后充入（10～1）帕的气体（通 常为氩气），在阴极和阳极间加几千伏电压，两极 间即产生辉光放电。放电产生的正离子在电场作 用下飞向阴极，与靶表面原子碰撞，受碰撞从靶 面逸出的靶原子称为溅射原子，其能量在1至几十 电子伏范围内。溅射原子在基片表面沉积成膜。 其中磁控溅射可以被认为是镀膜技术中最突出的 成就之一。它以溅射率高、基片温升低、膜-基结 合力好、装置性能稳定、操作控制方便等优点， 成为镀膜工业应用领域(特别是建筑镀膜玻璃、透 明导电膜玻璃、柔性基材卷绕镀等对大面积的均 匀性有特别苛刻要求的连续镀膜场合)的首选方 案。 1磁控溅射原理 溅射属于PDV（物理气相沉积）三种基本方法：真空蒸发、溅射、离子镀（空心阴极离子镀、热阴极离子镀、电弧离子镀、活性反应离子镀、射频离子镀、直流放电离子镀）中的一种。 磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar正离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区

真空镀膜的现状与发展趋势

真空镀膜的现状与发展趋势 发布日期：2010-07-17 <<返回前一页 -------------------------------------------------------------------------------- 薄膜是一种物质形态，它所使用的膜材料非常广泛，可以是单质元素或化合物，也可以是无机材料或有机材料。薄膜与块状物质一样，可以是单晶态的，多晶态的或非晶态的。近年来功能材料薄膜和复合薄膜也有很大发展。镀膜技术及薄膜产品在工业上的应用非常广泛，尤其是在电子材料与元器件工业领域中占有及其重要的地位。 镀膜方法可以分为气相生成法，氧化法，离子注入法，扩散法，电镀法，涂布法，液相生长法等。气相生成法又可分为物理气相沉积法，化学气相沉积法和放电聚合法等。 真空蒸发，溅射镀膜和离子镀等通常称为物理气相沉积法，是基本的薄膜制备技术。它们都要求淀积薄膜的空间要有一定的真空度。所以，真空技术是薄膜制作技术的基础，获得并保持所需的真空环境，是镀膜的必要条件。 真空系统的种类繁多。在实际工作中，必须根据自己的工作重点进行选择。典型的真空系统包括：获得真空的设备（真空泵），待抽空的容器（真空室），测量真空的器具（真空计）以及必要的管道，阀门和其它附属设备。 1.真空蒸发镀膜法 真空蒸发镀膜法是在真空室中，加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸汽流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法。真空蒸发镀膜又可以分为下列几种： 1.1 电阻蒸发源蒸镀法 采用钽，钼，钨等高熔点金属，做成适当形状的蒸发源，其上装入待蒸发材料，让气流通过，对蒸发材料进行直接加热蒸发，或者把待蒸发材料放入氧化铝，氧化铍等坩锅中进行间接加热蒸发，这就是电阻加热蒸发法。 利用电阻加热器加热蒸发的镀膜机结构简单，造价便宜，使用可靠，可用于熔点不太高的材料的蒸发镀膜，尤其适用于对镀膜质量要求不太高的大批量的生产中，迄今为止，在镀铝制镜的生产中仍然大量使用着电阻加热蒸发的工艺。 电阻加热方式的缺点是：加热所能达到的最高温度有限，加热器的寿命液较短。近年来，为了提高加热器的寿命，国内外已采用寿命较长的氮化硼合成的导电陶瓷材料作为加热器。据日本专利报道，可采用20％～30％的氮化硼和能与其相熔的耐火材料所组成的材料来制作坩锅，并在表面涂上一层含62％～82％的锆，其余为锆硅合金材料。 1.2 电子束蒸发源蒸镀法 将蒸发材料放入水冷钢坩锅中，直接利用电子束加热，使蒸发材料气化蒸发后凝结在基板表面成膜，是真空蒸发镀膜技术中的一种重要的加热方法和发展方向。电子束蒸发克服了一般电阻加热蒸发的许多缺点，特别适合制作熔点薄膜材料和高纯薄膜材料。 依靠电子束轰击蒸发的真空蒸镀技术，根据电子束蒸发源的形式不同，又可分为环形枪，直枪，e型枪和空心阴极电子枪等几种。 环形枪是由环形的阴极来发射电子束，经聚焦和偏转后打在坩锅内使金属材料蒸发。它的结构较简单，但是功率和效率都不高，基本上只是一种实验室用的设备，目前在生产型的装置中已经不再使用。 直枪是一种轴对称的直线加速枪，电子从灯丝阴极发射，聚成细束，经阳极加速后打在坩锅中使镀膜材料融化和蒸

真空蒸发和离子溅射镀膜

实验一真空蒸发和离子溅射镀膜 随着材料科学的发展，近年来薄膜材料作为其中的一个重要分支从过去体材料一统天下的局面中脱赢而出。如过去需要众多材料组合才能实现的功能，现在仅需数几个器件或一块 集成电路板就能完成，薄膜技术正是实现器件和系统微型化的最有效的技术手段。薄膜技术 还可以将各种不同的材料灵活的复合在一起，构成具有优异特性的复杂材料体系，发挥每种 材料各自的优势，避免单一材料的局限性。薄膜的应用范围越来越宽，按其用途可分为光学薄膜、微电子学薄膜、光电子学薄膜、集成光学薄膜、信息存储薄膜、防护功能薄膜等。目前，薄膜材料在科学技术和社会经济各个领域发挥着越来越重要的作用。因此薄膜材料的制 备和研究就显得非常重要。 薄膜的制备方法可分为物理法、化学法和物理化学综合法三大类。物理法主要指物理气 相沉积技术（Physical Vapor Deposition, 简称PVD）,即在真空条件下，采用各种物理方法 将固态的镀膜材料转化为原子、分子或离子态的气相物质后再沉积于基体表面，从而形成固 体薄膜的一类薄膜制备方法。物理气相沉积过程可概括为三个阶段： 1.从源材料中发射出粒 子；2.粒子输运到基片；3.粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。由于粒子发射可以采用不同的方式，因而物理气相沉积技术呈现出各种不同形式，主要有真空蒸发镀膜、溅射镀膜 和离子镀膜三种主要形式。在这三种PVD基本镀膜方法中，气相原子、分子和离子所产生的方式和具有的能量各不相同，由此衍生出种类繁多的薄膜制备技术。本实验主要介绍了真空 蒸发和离子溅射两种镀膜技术。在薄膜生长过程中，膜的质量与真空度、基片温度、基片清 洁度、蒸发器的清洁度、蒸发材料的纯度、蒸发速度等有关。在溅射薄膜的生长过程中，气体流量（压力）也会对形成的薄膜的性质产生影响。通过改变镀膜条件，即可得到性质炯异的薄膜材料。 对制备的薄膜材料，可通过 X射线衍射、电子显微镜（扫描电镜、透射电镜等）、扫描探针（扫描隧道显微镜、原子力显微镜等）以及光电子能谱、红外光谱等技术来进行分析和 表征，还可通过其它现代分析技术测试薄膜的各种相应特性等。 【实验目的】 1?掌握溅射的基本概念，学习直流辉光放电的产生过程和原理； 2?掌握几种主要溅射镀膜法基本原理及其特点，掌握真空镀膜原理； 3.掌握真空镀膜和溅射镀膜的基本方法； 4?熟悉金属和玻璃片的一般清洗技术，学习薄膜厚度的测量方法； 5.了解真空度、基片温度、基片清洁度、蒸发器的清洁度、蒸发材料的纯度、蒸发速度等 因素，在薄膜生长过程中对形成薄膜性质的影响。 【实验原理】 一真空蒸发镀膜原理 任何物质在一定温度下，总有一些分子从凝聚态（固态，液态）变成为气态离开物质表 面，但固体在常温常压下，这种蒸发量是极微小的。如果将固体材料置于真空中加热至此材料蒸发温度时，在气化热作用下材料的分子或原子具有足够的热震动能量去克服固体表面原子间的吸引力，并以一定速度逸出变成气态分子或原子向四周迅速蒸发散射。当真空度高，分子平均自由程—远大于蒸发器到被镀物的距离d时（一般要求2~ 3 d ）,材料的蒸气分子在散射途中才能无阻当地直线达到被镀物和真空室表面。在化学吸附（化学键力引起 的吸附）和物理吸附（靠分子间范德瓦尔斯力产生的吸附）作用下，蒸气分子就吸附在基片

真空镀膜试验

真空镀膜实验 一、 实验目的 真空镀膜技术广泛地应用在现代工业和科学技术中，光学仪器的反射镜，增透镜，激光器谐振腔的高反射膜，计算机上存储和记忆用的磁性薄膜，以及材料表面的超硬薄膜。此外在电子学、半导体等其它各尖端学科也都采用了真空技术。 本实验的目的是学习真空蒸发镀膜技术。通过本门实验，要求学生掌握如下几点：①较系统了解真空镀膜仪器的结构；②了解真空系统各组件的功能；③了解石英晶体振荡器测厚原理；④掌握真空蒸镀的基本原理；⑤了解真空镀膜仪器的基本操作。 二、预习要求 要求学生在实验之前对真空系统有一定了解，可以通过以下几本相关书籍获得相关信息。《薄膜材料制备原理、技术及应用》—— 唐伟忠著，冶金工艺出版社出版社；《薄膜物理与技术》—— 杨邦朝，王文生编著，电子科学出版社；《薄膜技术》—— 王力衡，清华大学出版社；《薄膜技术》—— 顾培夫，浙江大学出版社；《真空技术物理基础》—— 张树林，东北工学院出版社；《真空技术》—— 戴荣道，电子工业出版社。 三、实验所需仪器设备 实验过程需要的主要设备为DMDE 450型光学多层镀膜机。 真空镀膜机：本实验使用DMDE-450光学多层镀膜机，其装置结构如图3所示。它主要由真空系统、蒸发设备及膜厚监控系统组成。真空系统由各种真空器件组成，主要包括：真空室；真空泵（机械泵、和分子泵）；真空导管；各种真空阀门和测量真空度的真空计等。高真空阀门为碟式，机械泵与分子泵的连通阀门为三同式，将阀门拉出时，机械泵可以直接对镀膜室抽气，推入时机械泵与分子泵连通，同时也切断了机械泵与镀膜室的连接。 蒸发系统由真空钟罩，蒸发电极（共有二对）， 活动挡板，蒸发源，底盘等组成。蒸发源安装在电 图3镀膜机装置图 1电离管 2高真空碟阀 3分子泵 4机械泵 5低真空磁力阀 6储气桶 7低真空三同阀 8磁力充气阀 9热偶规 10钟罩 11针型阀

真空镀膜技术

真空镀膜技术 磁控溅射膜即物理气相沉积(PVD) 金属镀膜不一定用磁控溅射，可以根据成本&工艺需求选择合理的沉积方法，具体有： 物理气相沉积(PVD)技术 第一节概述 物理气相沉积技术早在20世纪初已有些应用，但在最近30年迅速发展，成为一门极具广阔应用前景的新技术。，并向着环保型、清洁型趋势发展。20世纪90年代初至今，在钟表行业，尤其是高档手表金属外观件的表面处理方面达到越来越为广泛的应用。 物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。 真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金或化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子柬、激光束、离子束高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最早的技术。 溅射镀膜基本原理是充氩(Ar)气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，这时氩(Ar)原子电离成氩离子(Ar+)，氩离子在电场力的作用下，加速轰击以镀料制作的阴极靶材，靶材会被溅射出来而沉积到工件表面。如果采用直流辉光放电，称直流(Qc)溅射，射频(RF)辉光放电引起的称射频溅射。磁控(M)辉光放电引起的称磁控溅射。电弧等离子体镀膜基本原理是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空金壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放电，阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸发甚至“异华”镀料，使之电离成以镀料为主要成分的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。 离子镀基本原理是在真空条件下，采用某种等离子体电离技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。 物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤： (1)镀料的气化：即使镀料蒸发，异华或被溅射，也就是通过镀料的气化源。 (2)镀料原子、分子或离子的迁移：由气化源供出原子、分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。 (3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。 物理气相沉积技术工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜层。

溅射技术及其发展的历程

溅射技术及其发展的历程 1842年格洛夫（Grove）在实验室中发现了阴极溅射现象。他在研究电子管阴极腐蚀问题时，发现阴极材料迁移到真空管壁上来了。但是，真正应用于研究的溅射设备到1877年才初露端倪。迄后70年中，由于实验条件的限制，对溅射机理的认同长期处于模糊不请状态，所以，在1950年之前有关溅射薄膜特性的技术资料，多数是不可*的。19世纪中期，只是在化学活性极强的材料、贵金属材料、介质材料和难熔金属材料的薄膜制备工艺中，采用溅射技术。1970年后出现了磁控溅射技术，1975年前后商品化的磁控溅射设备供应于世，大大地扩展了溅射技术应用的领域。到了80年代，溅射技术才从实验室应用技术真正地进入工业化大量生产的应用领域。最近15年来，进一步发展了一系列新的溅射技术，几乎到了目不暇接的程度。在21世纪来临的时刻，回顾一下溅射技术发展的历程，寻找其中某些规律性的思路，看来是有一定意义的。 1.最初溅射技术改革的原动力主要是围绕着提高辉光等离子体的离化率，增强离化的措施包括： [1]热电子发射增强—由原始的二极溅射演变出三极溅射。三极溅射应用的实际效果对离化率增强的幅度并不大，但是对溅射过程中，特别是在反应溅射过程中，工艺的可控性有明显地改善。 [2]电子束或电子弧柱增强—演变出四极溅射。Balzers一直抓住这条线，形成有其特色的产品系列，最近几年推出在中心设置一个强流热电子弧柱，配合上下两个调制线圈，再加上8对孪生靶，组合成新型纳米涂层工具镀膜机。是一个典型实例。 [3]磁控管模式的增强溅射—磁控溅射。利用磁控管的原理，将等离子体中原来分散的电子约束在特定的轨道内运转，局部强化电离，导致靶材表面局部强化的溅射效果。号称为“高速、低温”溅射技术。磁控溅射得到广泛应用的原因，除了效果明显之外，结构不复杂是一个重要的因数，大面积的溅射镀膜工艺得到推广。应该看到，靶面溅射不均匀导致靶材利用率低是其固有的缺点。 [4]最近有人推出离子束增强溅射模式。采用宽束强流离子源，配合磁场调制，与普通的二极溅射结合组成一种新的溅射模式。他不同于使用窄束高能离子束进行的离子束溅射（这种离子束溅射的溅射速率低），采用宽束强流离子源，配合磁场调制后，既有离子束溅射的效果，更重要的是具有直接向等离子体区域供应离子的增强溅射效果。同时还可以具有离子束辅助镀膜的效果。 2.1985年之后，溅射模式的变革增加了新的目标，除了继续追求高速率之外，追求反应溅射稳定运行的目标、追求离子辅助镀膜—获得高质量膜层的目标、等等综合优越性的追求目标日益增强。例如： [1]捷克人J.Musil在研究低压强溅射的工作中，在磁控溅射的基础上，重复使用各种原来在二极溅射增强溅射中使用过的手段。从“低压强溅射”一直发展到“自溅射”效应。其中大部分工作仍然处于实验室阶段。 [2]针对立体工件获得均匀涂层和色泽，Leybold推出对靶溅射运行模式。在随后不断改进的努力下，对靶溅射工艺仍然具有涂层质量优异的美名。 [3]针对膜层组分可随意调节的目标，推出非对称溅射的运行模式。我国清华大学范毓殿教授采用调节溅射靶磁场强度的方法，进行了类似的工作。 [4]推出非平衡溅射的运行模式最基本的目的是为了改善膜层质量，呈现离子辅助溅射的效果。后来，一些研究工作扩展磁场增强的布局，磁场在真空室内无处不在，看来效果并不理想，“非平衡”的热潮才逐渐降温。 [5]1996年Leybold 推出多年研发的成果：中频交流磁控溅射（孪生靶溅射）技术，消除了阳极”消失”效应和阴极“中毒”问题，大大提高了磁控溅射运行的稳定性，为化合物薄膜的工业化大规模生产奠定了基础。最近在中频电源上又提出短脉冲组合的中频双向供电模式，运行稳定性进一步提高。 [6]最近英国Plasma Quest Limited（PQL）公司推出S400型专利产品，名为“高密度等离子体发送系统”（High Plasma Launch System），属于上面提到的离子束增强二极溅射模式。其特点是：高成膜速率、

真空蒸发镀膜原理

Ａ、真空电镀原理: 一般而言,镀膜在真空镀膜机内以真空度1~5 x 10 —4Toｒｒ程度进行(1Toｒr=１公厘水银柱高得压力,大气压为760Torr)。其镀膜膜厚约为0.1 ~０、２微米、颜如果镀膜在特定厚度以下时(即太薄),面油对底油将会产生侵蚀、引起化学变化(如表面雾化等)。如镀膜过厚时,会产生白化得状态。颜填料,助剂,树脂,乳液,分散Dr＜!——[if ！supportＦoot<！--［en ｄｉｆ]——>l〈！--[if ！suｐｐortFｏoｔnｏtes]－－＞［1]<！--[endif]—－〉v#W？n8D＜!-—[if !sｕpportＦoｏtnｏtes]——〉[1］