薄膜與涂層現(xiàn)代表面技術(shù)

材料外表技術(shù)分類檢測分析與質(zhì)量評估。材料外表涂鍍技術(shù)：物理氣相沉積PVD、化學氣相沉積CVD、電鍍及陽極氧化、化學鍍、熱噴涂噴焊、電刷鍍、電泳涂層、涂鍍〔噴塑油漆、外表復(fù)合處理技術(shù)、材料納米化外表工程技術(shù)。材料外表改性技術(shù)：活性氣體離子處理、氣體擴滲、液體擴滲、固體擴滲、機械強化、激光外表處理、電子束外表改性、離子束外表改性。LIGA技術(shù)加工。外表檢測分析與質(zhì)量評估：外表分析技術(shù)、外表物化特性、外表幾何特性性、質(zhì)量標準與質(zhì)量評估。外表工程學材料外表工程技術(shù)設(shè)計、材料外表工程應(yīng)用。論，外表物理化學，外表裝飾與美學，外表機、力、熱、光、聲、電、磁等功能膜層設(shè)計理構(gòu)理論。材料外表納米化工程技術(shù)。材料外表改性技術(shù)：外表形變強化，外表相變強化，外表集中滲入，化學轉(zhuǎn)化，電化學轉(zhuǎn)化，等離子外表強化，離子束、電子束、激光束外表改性。薄膜技術(shù)：光學薄膜沉積技術(shù)，電子學薄膜沉積技術(shù)，光電子薄膜沉積技術(shù)，集成光學薄膜沉積技術(shù)，傳感器用薄膜沉積技術(shù)，金剛石薄膜〔含類金剛石薄膜〕沉積技術(shù)，防護用〔耐蝕、耐磨、抗高溫氧化、防潮、高強高硬、裝飾等〕薄膜沉積技術(shù)。防銹技術(shù)?！獗硇巫儚娀兡ぁ⑷搿獢U滲，離子注入——鍍膜，激光——氣相沉積，電子束——氣相沉積，等離子噴涂——激光。納米減摩自修復(fù)添加劑技術(shù)，納米固體潤滑干膜技術(shù)，納米粘涂技術(shù)，納米薄膜沉積技術(shù)。術(shù)，外表力學性能測試技術(shù)，外表幾何特性測試技術(shù)，外表無損檢測技術(shù)。設(shè)計，外表涂鍍層制備工藝設(shè)計，外表工程施工設(shè)計，外表工程設(shè)備與工藝流程設(shè)計工程車間設(shè)計。檢驗，外表界面修理與再造，外表質(zhì)量與工藝過程掌握，外表工程治理與經(jīng)濟分析。薄膜功能分類薄膜技術(shù)：裝飾功能薄膜、物理功能薄膜、機械功能薄膜、特別功能薄膜。裝飾功能薄膜：各種色調(diào)的彩色膜，幕墻玻璃用裝飾膜，塑料金屬扮裝飾膜，包裝裝潢及裝飾薄膜，鍍鋁紙。2A2O32

、TiO、CrO、223223

、NiAi、金剛石和類金剛石薄膜Au、Ag、Cu、Al，反射膜，增反膜，選擇性反射膜，5窗口薄膜。52 微電子學薄膜：電極膜，電器元件膜——Si、GaAs、GeSi，傳感器膜——SbO、SiO2 SiO

TiOZnOAlNSeGeSiCPbTiOAlOYBaCuOBiSrCaCuO、2 2 3 2 3Al、Au、Ag、Cu、Pt、NiCr、W，熱沉或散射片膜。光電子學薄膜：探測器膜——HF/DFCL、COIL、Na3+、YAG、HgCdTe，光敏電阻膜——InSb、PtSi/Si、GeSi/Si，光導(dǎo)攝像靶膜——PbO、PbTiO〔Pb、L〕TiO、LiTaO。3 3 3Al2O3NbO

LiNbOLiTaO，2 5光偏轉(zhuǎn)膜——LiTaO、Pb〔Zr、Ti〕O、BaTiO，激光器薄膜。

3 2 53 3 3信息存儲膜：磁記錄膜——磁帶、硬磁盤、軟磁盤、磁卡、磁鼓等用：γ〔F2O3、Co-Fe2O

、FeCo、Co-Ni，光盤存儲膜——CD-ROM、VCD、DVD、CD-E、GdTbFe、32CdC、InSbSr-TiOBaSTiODZ、CoNiCoC。322 32 7 3 機械功能薄膜：耐腐蝕膜——TiN、CrN、SiO、CrC、NbC、TaC、ZrO、MCrAlY2 7 3 2 Co+Cr、ZrO2+YO，耐沖刷膜——TiN、TaN、ZrN、TiC、TaC、SiC、BN2 2——TiCN、金剛石和類金剛石薄膜、TiSiN、TiAlSiN、TiSiCN，防潮放熱膜——Al、Zn、CoCrAlY、NiCoCrAlYHf、NiCoCrAlYTa，潤滑與自潤滑——MoS，成型加工〔防咬合、裂紋、耐磨損〕——TiC、TiCN、TiSiCN。2特別功能薄膜：真空下的干磨擦——DLC、金剛石；輻射下的潤滑與耐磨——MoS2；體、高分子，復(fù)合膜〔包括納米復(fù)合構(gòu)造與復(fù)合功能體、金屬——絕緣體、金屬——高分子、半導(dǎo)體——高分子。外表改性技術(shù)材料外表改性技術(shù)：外表形變強化、外表相變強化、離子注入、外表集中滲入、化學轉(zhuǎn)化、電化學轉(zhuǎn)化。外表形變強化：噴丸強化；輥壓強化——在金屬外表、亞外表形成壓應(yīng)力區(qū)；孔擠壓強化。變區(qū)，形成硬化層；電子束外表淬火；流態(tài)床外表硬化。復(fù)合離子注入——鈦+碳、鉻+碳、鉻+鉬、鉻+磷；離子混合——鈦+氮、鉬+硅、鈦+鈀。外表集中滲入：非金屬元素外表集中——滲碳、氮、硼、硅、碳氮共滲；金屬元素外表集中——滲鋅、錫、鈹、鋁、鉻、鎢、鉬、釩；復(fù)合元素外表集中——滲鋁鉻、鋁硅、鋁鈦、銅銦、鋁鉻硅、鎢鉬硼硅?；瘜W轉(zhuǎn)化：化學氧化——在鋁、鎂、鋼、銅外表形成氧化膜；鈍化——在鋼、銅、鋅、鎘、鋁、鎂、鈦上形成鈍化膜；磷化——在鋼鐵上形成磷化膜；草酸鹽處理——在鋼鐵上形成草酸鹽膜；著色——在鋼、銅、不銹鋼、鈦、鉻形成顏色；鋼件的發(fā)藍——在鋼件上形成黑色氧化膜；磨光、滾光、拋光——提高外表完整性和光滑度。電化學轉(zhuǎn)化：耐蝕陽極氧化——在鋁、鎂、鈦外表形成耐腐蝕氧化膜—在鋁、鎂外表形成易于粘結(jié)的氧化膜；瓷質(zhì)陽極氧化——在鋁外表上形成瓷釉狀氧化膜；硬質(zhì)陽極氧化——在鋁外表上形成高耐磨的硬氧化膜料膜。其次章熱噴涂涂層技術(shù)熱噴涂涂層形成原理：熱噴涂用火焰、等離子射流、電弧等某種熱源將涂層材料〔絲、棒、粉〕技術(shù)。〔火焰噴涂、塑料噴涂、電弧噴涂〔常規(guī)電弧噴涂、高速電弧噴涂、等離子噴涂〔微等離子噴涂、大氣等離子噴涂、低壓等離子噴涂、水穩(wěn)等離子噴涂、三陰極等離子噴涂、激光噴涂和電熱熱源噴涂〔冷噴、線材電爆噴涂。熱噴涂涂層形成過程及其構(gòu)造整個熱噴涂涂層形成的過程有三步：1噴涂粒子的產(chǎn)生；2噴涂材料粒子與熱源的相互作用過程：3高溫高速熔融粒子與基體〔或已沉積形成的涂層〕作用，包括熔融粒子與基體的碰撞，與此同時伴隨著橫向流淌扁平化，急速冷卻凝固〔加熱、加速、碰撞、變形扁平化、冷卻凝固與吸附沉積〕〔氣孔。涂層與基體的結(jié)合機理：1機械結(jié)合；2物理結(jié)合，范德瓦爾力；3冶金結(jié)合，互集中。熱噴涂涂層的制備工藝進展外表凈化和粗化的加工處理。凈化處理：溶劑清洗、堿液清洗、加熱脫脂、噴砂凈化。粗化處理：增加涂層與基體的結(jié)合面，產(chǎn)生更多的外表“拋錨效應(yīng)”點，并使涂層產(chǎn)生壓應(yīng)力，削減剩余宏觀應(yīng)力。使涂層和基體產(chǎn)生更強的結(jié)合，噴砂、電拉毛、機械加工?！矅姌尯凸ぜ南鄬σ苿铀俣取⒐ぜ臏囟日莆铡卜乐够w及涂層過熱，掌握基體和涂層的相對膨脹而引起的熱應(yīng)力〔〔提高涂層抗蝕性、〔〔提結(jié)合。涂層精加工：切削、磨削。第三章材料線道外表改性技術(shù)等離子體可提高反響氣體分子的能量、離化率和相互間的化學反響程度。等離子體的材料外表改性技術(shù)：是輝光放電、等離子體在低于0.1Mpa的特定氣氛中，用工件作陰極在和陽極之間產(chǎn)生的輝光放電所進展的一種使金屬外表改性的處理工藝。件外表；第三階段氮原子從工件外表轉(zhuǎn)移到心部〔集中掌握。離子滲氮的理論：濺射沉積理論，滲氮層是通過反響陰極濺射形成的。等離子滲氮的工藝的厚度有影響。等離子滲硫：在外表生產(chǎn)一層多孔的松軟的由FeS、FeS2、Fe3S4所組成的波波的硫化物，起減摩潤滑作用，提高鋼制部件的耐磨性、抗咬合性，到達提高部件的使用壽命。等離子硫氮共滲，硫碳氮共滲：在離子滲氮時，添加含硫的H2S氣氛，就可實現(xiàn)離子硫氮共滲，其滲層具有硫化物的減摩性及滲氮層的耐磨性的綜合效果。電子束與材料外表改性技術(shù)0.01~0.2mm范圍作用的能量加熱、熔化，實現(xiàn)對材料外表硬化〔淬火，外表熔凝，熔覆，合金化和非晶化等材料外表改性。材料的加熱是因材料晶格的電子彈性和非彈性碰撞所產(chǎn)生的，是材料吸取電子束能量的結(jié)果。電子束與材料外表改性工藝電子束外表硬化〔即相變硬化，外表淬火溫度梯度大，冷卻速度快，材料的相變過程時間短，奧氏體晶粒來不及長大，可獲得超細晶材料的外表強化?！彩垢鹘M成相間的化學元素重分〕高工模具外表強度、耐磨性和熱穩(wěn)定性的同時，仍保持工模具的心部的強韌性。電子束外表合金化：預(yù)先將具有特別性能的合金粉末涂敷在基體金屬外表，再用電子〔基體〕外表形成一層具有耐磨耐蝕耐熱等性能的合金外表層。電子束熔覆：按需要在基體材料外表預(yù)先涂覆一層特別性能的合金粉，并用電子束加度，很好的耐腐蝕性能，同基體連接嚴密，熔覆層里層的淬火層也可提高基體材料的強度。電子束外表非晶化：利用聚焦的電子束高能量密度以及作用時間短的特點，使工件外表高達104~108℃/s，致使表層幾乎保存了熔化時液態(tài)金屬的均勻性。經(jīng)高速冷卻，在材料的外表形成良好的非晶層。激光束與材料外表改性技術(shù)：用激光的高輻射亮度，高方向性，高單色性特點，作用于金屬材料外表，使材料的外表性能得到提高。特別是材料的外表硬度、強度、耐磨性、耐蝕擊硬化，激光熔覆，激光合金化，激光非晶化和外表燒蝕、外表清洗、化學氣相沉積等。它外表的激光功率密度不同，冷卻速度不同所致。熱、熔化、氣化和相關(guān)的力學效應(yīng)及等離子表達象。材料中自由電子或束縛電子相互作用的結(jié)果能量增加，金屬對激光的吸取率增大。外表狀態(tài)〔外表粗糙度，缺陷和雜質(zhì)，氧化物〕對金屬光學特性〔吸取率〕的影響。金屬吸取率隨溫度的變化。〔高溫等離子體的短波長熱輻射〕所致。吸取。激光誘導(dǎo)等離子體：多光子電離、級聯(lián)電離、熱驅(qū)動電離。激光支持的吸取波：金屬蒸汽等離子體將通過兩種方式與四周環(huán)境氣氛相互作用中形成沖擊波；能量通過熱傳導(dǎo)、輻射和沖擊波加熱向環(huán)境氣氛中傳遞。激光與材料外表改性工藝激光外表相變硬化：以高能功率密度的激光束作用在工件外表，使外表部位溫度快速組織：激光相變〔淬火〕后的組織分為相變硬化區(qū)，過渡區(qū)和基體三局部組成。相變硬化區(qū)有馬氏體〔極細、板條、針狀、剩余奧氏體、未熔碳化物及石墨。過渡區(qū)為簡單的多相組織，基體為原基體組織。15%~20%。這是由于激光轉(zhuǎn)變中，消滅高碳馬氏體，只是硬度提高。激光淬火前的預(yù)處理：黑化處理的目的是增加吸取率。激光熔覆與合金化基體金屬有一薄層熔化，并構(gòu)成冶金結(jié)合的一種激光外表處理技術(shù)。素為溶質(zhì)可構(gòu)成配制的合金層的激光外表處理技術(shù)。為削減熔覆層的剩余應(yīng)力，應(yīng)使所用的粉末的熱膨脹性、導(dǎo)熱性盡量與工件材料相近。粉末應(yīng)有良好的浸潤性、流淌性，熔覆中還應(yīng)具有良好的造渣、除氣、隔氣性能。但簡潔消滅裂紋、氣孔等缺陷。激光外表非晶化征溫度，以抑制晶體形核和生長，而獲得非晶態(tài)金屬。其構(gòu)造取決于凝固過程的熱力學和動力學條件：熱力學的推斷溫度是Tg/Tn〔Tg為晶Tn為實際結(jié)晶溫度，當過冷熔體的溫度低于晶化溫度Tg低，此時原子集中的力量接近于零，最可能形成非晶。動力學：固液界面移動速度Vj和熱量集中速度Vr，當Vj≤Vr，凝固過程受移動掌握，過冷度大已形成非晶。激光沖擊硬化原理是應(yīng)用脈沖激光作用于材料外表所產(chǎn)生的高強沖擊波或應(yīng)力波和疲乏壽命。離子注入與材料外表改性技術(shù)平衡態(tài)合金等不同的組織的構(gòu)造，大大改善了工件的使用性能。系列的碰撞包括三個獨立的過程。電子碰撞、核碰撞、離子與工件內(nèi)原子作電荷交換。離子注入的改性機理：提高材料外表硬度、耐磨性和疲乏強度機理提高材料外表硬度和耐磨性的緣由：1超飽和離子注入和間隙原子固溶強化，使注入層超飽和離子注入和替位原子固溶強化改善了材料外表的耐磨和抗氧化性能；3析出相的彌散強化；4位錯強化；5位錯釘扎；6替位原子與間隙原子對強化；7間隙原子對強化；8晶粒細化強化；9輻射相變強化、構(gòu)造差異強化、濺射強化等機理都提高了材料外表的耐磨性能。1形成了可塑性外表層；2由于離子注入劑量的增長，更多的離子充填到近外表區(qū)域，使外表產(chǎn)生的壓應(yīng)力可以壓制外表裂紋的產(chǎn)生，因而改善和延長了材料的疲乏壽命。提高材料外表耐腐蝕性能的機理1提高了外表的耐蝕性能。2離子注入使一些不互溶的元素形成外表合金，亞穩(wěn)相合金，非晶態(tài)合金，從而提高了材料外表的耐蝕性能。提高材料抗氧化性能的機理1離子注入元素在晶界富集，堵塞了氧的短程集中通道；2離子注入形成致密的氧化阻擋層，其他元素難以集中通過這層薄膜，從而起到抗氧化的作用；3改善了氧化物的塑性，削減了氧化產(chǎn)生的應(yīng)力，防止了氧化膜的開裂；4離子注入進入氧化膜后，轉(zhuǎn)變了膜的導(dǎo)電性，抑制了陽離子向外集中，從而降低了氧化速率。第四章薄膜化學氣相沉積技術(shù)CVD膜生長；沒有反響的氣體被輸運到沉積反響室外。熱CVD、等離子關(guān)心化學氣相沉積技術(shù)PECVD、激光關(guān)心化學氣相沉積技術(shù)LCVD、金屬有機化合物沉積技術(shù)MOCVD等。低溫沉積〔＜200CVD和微波等離子激活CV；中溫CV〔MTCVD的反響溫度500~80℃；高溫CVHTCV，900~120℃；超高溫CV〔120℃CVD涂層與基體界面結(jié)合狀態(tài)：掩蓋表層和集中表層。沉積原理：熱分解、氫復(fù)原、基材復(fù)原、金屬復(fù)原、氧化、化學輸送、氨反響、加水分解、合成反響、等離子體激發(fā)反響、光激發(fā)反響、激光激發(fā)反響。基材性能下降。降消沉積溫度：等離子體活化〔利用電磁激發(fā)的能量代替熱能活化；通〔金屬和非金屬原子之間的化學結(jié)合力較弱。等離子體增加化學氣相沉積技術(shù)等離子體增加PECVD和等離子體關(guān)心PACVD是依靠等離子體中的電子的動能去激活氣/基材熱膨脹系數(shù)不匹配所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；沉積速率提高。射頻等離子體化學氣相沉積技術(shù)RF-PCV：以射頻RF體。DC-PCV體〔反響室、直流電源與電控系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、氣源與供氣系統(tǒng)、凈化排氣系統(tǒng)。10Pa以下，在加熱到100℃，通入爐體、真空系統(tǒng)、脈沖直流電源系統(tǒng)、加熱及掌握系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)等組成。激光化學氣相沉積技術(shù)〔LCVD〕LCVD料外表分子相互作用的過程。依據(jù)激光的作用機制可分為激光熱解沉積和激光光解沉積。激由激光器、導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)、真空系統(tǒng)與送氣系統(tǒng)和沉積反響室等部件組成。激光CVD課局部加熱選區(qū)沉積，膜層成分敏捷，可形成高純膜、多層膜，也可獲得快速非平衡構(gòu)造的膜層。沉積速率高而且可低溫沉積。微波等離子化學氣相沉積技術(shù)這是一種用微波放點產(chǎn)生等離子體進展化學氣相沉積的先進方法壓范圍寬、無放電電極、能量轉(zhuǎn)換率高、可產(chǎn)生高密度的等離子體。微波等離子體CVD裝置：微波發(fā)生器、波導(dǎo)系統(tǒng)〔包括環(huán)形器、定向耦合器、調(diào)配器等、放射天線、模式轉(zhuǎn)換器、真空系統(tǒng)與供氣系統(tǒng)、電控系統(tǒng)與反響腔體。金屬有機化學氣相沉積技術(shù)MOCVDMOCVD是使用金屬有機化合物和氫化物〔或其他反響氣體〕做原料氣體的一種熱解CVD〔金屬有機源MO也可在光解下沉積。Ⅲ~Ⅴ族，Ⅱ~Ⅵ族半導(dǎo)體化合物材料。與傳統(tǒng)的CVD相比，MOCVD沉積溫度低，可沉積單晶、多晶、非晶等多層和超薄膜分的薄膜和化合物半導(dǎo)體材料；并且沉積力量強，在每一種或每增加一種MO源，便可增加沉積材料中的一種組分或一種化合物，假設(shè)用兩種或多種MO源，便可沉積二元、多元MOCVD的主要缺點是沉積速度較慢，僅適合沉積沉積微米及的外表膜層，而所用原料的MO源，往往又具有毒性，這給防護和工藝操作帶來難度。MO源：1金屬有機化合物，烷基化合物；2氫化物。MOCVD1常壓MOCV〔APMOCV2低壓MOCV〔LPMOCV，主要3原子層外延AL與制備型電子和光電子器件的先進技術(shù)；4激光MOCVD(LMOCVDJ)，可局部進展。裝置：反響室、反響氣體供給系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)和電氣掌握系統(tǒng)等四局部。主要應(yīng)用在涂層、化合物半導(dǎo)體、細線與圖形的描繪。分子束外延技術(shù)分子束外延技術(shù)MBE，是在超高真空條件下一種或多種組元加熱的原子束或分子束以肯定的速度射入被加熱的基片上進展的外延生長量級推動到亞微米量級。是在非平衡條件下完成的。裝置由樣品進樣室、預(yù)處理分析室、和生長室等所組成。分子束外延的原理：把加熱的組元的原子束〔或分子束吸附在襯底薄膜上的原子脫附。分子束外延裝置分類：固態(tài)源分子束外延SSMB、氣態(tài)源分子束外延GSMB、化學束外延CB、金屬有機物分子束外延MOMB、等離子體分子束外延PMB。分子束外延生長工藝：首先，對襯底進展化學清洗，出去油污和外表氧化物；其次步，In1.33×10-6Pa150~200℃除氣，脫出外表吸附水氣。第四步，樣品傳送到預(yù)處理室，加熱到400~500℃，進一步除氣。第五步，樣品傳送到生長室，在Ⅴ族保護氣氛下加熱到相應(yīng)的氧化物離解溫度，出去氧化物及CO等，這時承受RHEED來跟蹤監(jiān)測襯底外表氧化物的脫附狀況，襯底外表的清潔度。第六步，用RHEED外表構(gòu)造監(jiān)測，當在RHEED圖像中的衍射點突然清楚，外表氧化物已去除，馬上降到工藝上所定的生長溫度，開頭外延和摻雜。第五章薄膜物理氣相沉積技術(shù)把固態(tài)〔液態(tài)〕鍍料通過高溫蒸發(fā)、濺射、電子束、等離子體、離子束、激光束、電弧等能量形成產(chǎn)生氣相原子、分子、離子〔氣態(tài)、等離子態(tài)〕進展輸運，在固態(tài)外表上沉積分散〔包括與其他反響氣相物質(zhì)進展化學反響生成反響產(chǎn)物，生成固相薄膜的過程稱為物理氣相沉積。離子束關(guān)心沉積技術(shù)是在真空中以蒸發(fā)或濺射沉積的同時質(zhì)。物理氣相沉積包括有：真空蒸發(fā)，直流二極、三極濺射，磁控濺射，反響磁控濺射，射離子束關(guān)心濺射沉積，離子束關(guān)心電弧沉積等。物理氣相沉積包括三個環(huán)節(jié)：鍍料〔靶材-氣相轉(zhuǎn)變方式不同、態(tài)轉(zhuǎn)變不同、鍍料粒子與反響氣體的反響活性不同，以及沉積成膜基體外表條件不同而已。真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)真空蒸發(fā)鍍膜原理：1膜料在真空狀態(tài)下的特性；2蒸汽粒子的哦你工件分布，空間分布顯著的影響著蒸發(fā)粒子在基體上的沉積速率及基體上的膜厚分布有關(guān)；3他集中原子而逐步長大，最終與鄰近穩(wěn)定核合并，進而變成連續(xù)膜。真空蒸發(fā)方式及蒸發(fā)源：1電阻式蒸發(fā)方式及蒸發(fā)源，蒸發(fā)源材料要求，高熔點、低的平衡氣壓、化學性能穩(wěn)定；2電子束蒸發(fā)方式及蒸發(fā)源，避開坩堝材料的污染；3高頻感應(yīng)蒸發(fā)方式及蒸發(fā)源；4電弧蒸發(fā)方式及蒸發(fā)源，不會引起有蒸發(fā)源輻射作用而造成的基體溫度的提高，但濺射出來的微粒會損害膜層；5激光加熱方式及蒸發(fā)源。真空蒸發(fā)鍍膜設(shè)備系統(tǒng)一般包括前處理設(shè)備、蒸發(fā)鍍膜機和后處理設(shè)備三局部。真空蒸發(fā)鍍膜工藝蒸發(fā)——取件——鍍后處理——檢測——成品。合金蒸鍍工藝：多源同時蒸鍍法和瞬源同時蒸鍍法〔閃蒸法。般的蒸鍍法；對于極易分解的化合物，必需承受恰當蒸發(fā)源材料、加熱方式、氣氛，并且在較低蒸發(fā)溫度下進展。和相互間的化學反響程度，這稱為活性反響蒸鍍法。離子束關(guān)心蒸鍍法、激光束關(guān)心蒸鍍法。某些氣體或離子獲得非晶薄膜。狀態(tài)和溫度等都是英雄鍍膜層品質(zhì)的因素。濺射鍍膜技術(shù)體原子或分子以很高的速度飛向基體外表沉積成薄膜。三極濺射是利用熱絲弧光放電增加輝光放電產(chǎn)生等離子體跑到磁場，利用其掌握二次電子運動，延長期在靶面四周的行程，增加與氣體的碰撞幾率，從而提高等離子的密度，這樣可以大大提高靶材的濺射速率，最終提高沉積速率。濺射鍍膜原理：濺射現(xiàn)象、直流輝光放電、射頻輝光放電、反響濺射原理。濺射現(xiàn)象：影響濺射率的因素有很多，1〕與入射粒子有關(guān)，包括入射粒子的能量、入射角、靶原子質(zhì)量與入射離子質(zhì)量比、入射離子的種類等。2〕與靶有關(guān)，包括靶原子的原子序數(shù)、靶外表原子的結(jié)合狀態(tài)、結(jié)晶取向以及靶材是純金屬、合金或化合物等。3〕與溫度有關(guān)。等有關(guān)。射頻輝光放電：1〕輝光放電空間中電子振蕩到達足夠產(chǎn)生電離碰撞能量，故削減了放電對二次電子的依靠性，并且降低了擊穿電壓。2〕由于射頻電壓可以耦合穿過各種阻抗，故電極就不在要求是導(dǎo)體，完全可以濺射任何材料。反響濺射原理：在放電氣體中參加肯定的活性氣體而進展濺射，這稱為反響濺射。濺射鍍膜的方式二極濺射：直流二極濺射是利用氣體輝光放電來產(chǎn)生轟擊靶的正離子，工件與工件架均勻的薄膜，放電電流隨壓力和電壓的變化而變化。三極或四季濺射：通過熱陰極和陽極形成一個與靶電壓無關(guān)的等離子區(qū)，使靶相對于行射頻濺射。磁控濺射：在陰極靶外表上方形成一個正交電磁場。當濺射產(chǎn)生的二次電子在陰極位了磁控濺射中基底“低溫”的特點。另一方面，正由于磁控濺射產(chǎn)生的電子來回振蕩，一般要經(jīng)過上百米的飛行才最終被陽極吸取，而氣體壓力為10-1Pa量級時電子的平均自由程只有10cm量級，所以電離效率很高，易于放電，它的離子電流密度比其他形式濺射高出一個數(shù)量102~103nm/min，表達了“高速”濺射特點。特點：在與靶外表平行的方向上施加磁場，利用電場和磁場相互垂直的磁控管原理削減了電子對基底的轟擊區(qū)分就在于用閉合的磁場束縛和延長電子的運動路徑,提高了工作氣體的電離率和電子能量有效利用率。對向靶濺射：兩個靶對向放置，在垂直于靶的外表方向加上磁場，一次增加濺射的電離過程。特點：可對磁性材料進展高速低溫濺射。射頻濺射：在靶上加射頻電壓，電子在被陽極收集之前，能在陽、陰極之間的空間來回振蕩，有更多時機與氣體分子產(chǎn)生碰撞電離，使射頻濺射可在低氣壓下進展。另一方面，緣體薄膜。特點：既能沉積絕緣體薄膜，也能沉積金屬膜。偏壓濺射：相對于接電的陽極來說，在基底上施加適當?shù)钠珘?，使離子的一局部也流去，提高膜的純度。特點：在鍍膜過程中同時去除H2O、H2等雜質(zhì)氣體。非對稱溝通濺射：承受溝通濺射電源，但正負極性不同的電流波形是非對稱的，在振出去，純化了膜。特點：能獲得高純度薄膜。特點：能獲得高純度薄膜。反響濺射：在通入的氣體中摻入易于靶材發(fā)生反響的氣體，因而能沉積靶材的化合物膜。特點：沉積陰極物質(zhì)的化合物薄膜。離子束濺射：從一個與沉積室隔開的離子源子重引出高能離子束，然后對靶進展濺射。這樣，沉積室真空度可達10-4~10-8Pa，剩余氣體少，可得高純度、高結(jié)合力的膜層。另程。成膜品質(zhì)高，膜層構(gòu)造和性能可調(diào)整和掌握。但束流密度小，成膜速率低，沉積大面積薄膜有困難。磁控濺射鍍膜裝置主要由真空室其中磁控濺射源：平面磁控濺射源、圓柱面磁控濺射源、S型槍磁控濺射源。工藝：1鍍膜前外表處理；2真空室的預(yù)備；3抽真空；4磁控濺射；5鍍后處理。在正/基結(jié)合力，可對基體進展反濺射〔在基體上加相對于等離子體為負偏壓〕或離子轟擊。離子鍍膜技術(shù)優(yōu)點。離子鍍膜的物理原理：鍍前抽真空至10-3~10-4Pa，隨后通入惰性氣體，是真空度到達1~10-1Pa。接通高壓電源，則在蒸發(fā)源〔陽極〕和基片〔陰極〕之間建立起一個低壓氣體放2~5kV電壓下使負輝光區(qū)四周產(chǎn)生的惰性氣體離子進入陰極暗區(qū)被電場加速并轟擊基片外表，可有效的去除基片外表的氣體和污能離子轟擊溶蝕進展的物理氣相沉積技術(shù)離子轟擊的目的是改善膜層與基片之間的結(jié)合強離則發(fā)生在鍍料與基片之間的氣體放電空間。處于負電位的基片外表收到等離子體的包圍，料離子的轟擊濺射，沉積與反濺共存。所以說離子鍍是真空蒸發(fā)和濺射技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，只不過濺射的對象是基片和沉積中的膜層。子加速電場。子加速的電場，補給和條件離子的能量。離子鍍中放電空間的粒子行為：傳給基體的能量中，離子帶給的僅占10%，而中性粒子所帶的占90%。沉積粒子小局部是高能離子，大局部是高能中性粒子，而離子和中性粒子的能量取決于基體上的偏壓。離子鍍中基片負偏壓的影響：1等離子體鞘；2懸浮〔絕緣體〕基片處的鞘層；3施加使離子獲得不同的能量，實現(xiàn)離子轟擊清洗工件外表或離子參與成膜。離子鍍過程中的離子轟擊效應(yīng)：包括離子轟擊基片外表，離子轟擊膜/基界面，以及離子轟擊生長中的膜層所發(fā)生的物理化學效應(yīng)。離子對基片外表的轟擊效應(yīng)：離子濺射清洗〔清洗氣體和污物、產(chǎn)生缺陷〔點空位和間隙點缺陷、結(jié)晶學破壞〔破壞外表結(jié)晶構(gòu)造或非晶化、轉(zhuǎn)變外表形貌〔粗糙化、氣體滲入、溫度上升、外表成分變化〔濺射及集中作用?！卜羌行偷幕旌希纬蛇^濾層，甚至消滅相，可提高膜基附著強度〔高缺陷濃度和溫升提高了集中速率、改善成核模式〔原來是非反響型成核模式，由于離子轟擊產(chǎn)生更多缺陷，增加了成核密度形成集中-反響型成核模式、削減了松散結(jié)合原子〔去除作用、改善外表掩蓋度〔增加繞鍍性。離子轟擊在薄膜生長中的效應(yīng)：有利于化合物鍍層形成〔反響活性提高、消退柱狀晶提高膜層粒度〔破壞柱狀晶生長條件，轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋詷?gòu)造、對膜層內(nèi)應(yīng)力的影響〔使原子處于非平衡位置而增加應(yīng)力；增加集中和再結(jié)晶而松弛應(yīng)力、轉(zhuǎn)變生長動力學〔提高沉〔外表產(chǎn)生壓應(yīng)力和外表強化作用。離子鍍膜的特點：附著性能好〔濺射清洗使膜層具有良好的附著力；濺射與沉積共存，在膜基界面形成組分過渡層，改善膜層的附著性能、繞射性能好〔非定向的氣體散射、可鍍材質(zhì)范圍廣、沉積速率快。離子鍍最主要的優(yōu)點在于在鍍膜過程中等離子體的活性有利于降低化合物的合成溫度；離子轟擊又可提高膜的致密性和膜/基結(jié)合力；并改善了膜的組織構(gòu)造。離子鍍膜的工藝要獲得符合預(yù)先要求性能的薄膜，就可使沉積的薄膜具有適宜的成分和組織構(gòu)造與膜/狀態(tài)和溫度。關(guān)鍵是調(diào)控粒子的等離子體濃度和能量以及基片溫升。工藝參數(shù)：鍍膜室總氣壓，反響氣體的分壓、蒸發(fā)源與基片之間的距離、蒸發(fā)源功率、基片的負偏壓〔負偏壓能增加，粒子轟擊能量增加，膜由粗大的柱狀構(gòu)造向細晶構(gòu)造變化。細晶構(gòu)造穩(wěn)定、致密、附著性能好。但負偏壓過大，反濺增大，沉積速率下降，造成大部缺等，獲得離子清潔的活性外表、基體溫度〔影響晶粒的外形、大小、構(gòu)造，膜層外表粗糙度。正電位的探測極〔活化極化合物涂層與基體的附著力，基體還必需附加負偏壓。強化活性反響離子鍍：就是在裝置上附設(shè)一個電子放射極〔增加極離幾率，因而強化電離作用，增加反響活性。空心陰極離子鍍〔HCD離子鍍〕在空心熱陰極弧光放電和離子鍍金屬的根底上進展起來的一種沉積薄膜技術(shù)。原理：弧光放電產(chǎn)生等離子體，等離子體的電子束集中飛向作為陽極的坩堝中的鍍料，負偏壓時，既有大量離子和中性粒子轟擊基板沉積成膜。特點：1離化率高，高能中性粒子-底的高強度轟擊，形成致密結(jié)實的薄膜涂層；2繞鍍性好。由于蒸發(fā)原子受氣體分子的散射的繞鍍性。工藝參數(shù)：基板電壓、工作氣壓、基板溫度。射頻濺射離子鍍RFIP并通入反響氣體沉積成薄膜的方法。射頻離子鍍的鍍膜室分為三個區(qū)域：1以蒸發(fā)源為中心的蒸發(fā)區(qū)；2以感應(yīng)線圈為中心的離化區(qū)；3以基片為中心的離子加速區(qū)和離子到達區(qū)。基體溫升的主要緣由不是氣體離子的轟擊熱。磁控濺射離子鍍MSIP是把磁控濺射和離子鍍結(jié)合起來的技術(shù)〔鍍料〕〔鍍料離子在基片負偏壓作用下到達基片進展注入及沉積以消退膜層柱狀晶，生產(chǎn)均勻的顆粒狀晶構(gòu)造。弧電子源、對電子進展磁場約束和靜電反射、非平衡磁控濺射陰極。非平衡磁控濺射離子鍍：對靶非平衡磁控濺射離子鍍、封閉磁場磁控濺射離子鍍。積過程中消退了“打火”現(xiàn)象。周時等離子體的電子被加速到靶面，中和在靶面絕緣面上累積的正電荷，從而抑制了打火。射過程中，兩個靶輪番做陽極和陰極，在同半周期互為陽陰級，這樣既可抑制了靶面打火，穩(wěn)定了濺射過程。真空電弧離子鍍優(yōu)點：離化率高、離子流密度大、離子能量高、沉積速度快、膜基結(jié)合力好，利用固體靶，沒有熔池，靶可以任意位置安裝以保證鍍膜均勻。美中缺乏的是，沉積時，從靶外表飛濺出微細液滴，在所鍍膜層中冷凝后膜層粗糙度增加?！怖鋮s方式、合金靶形式、技術(shù)要求、負偏壓系統(tǒng)、供氣方式、烘烤加熱系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、工件架運動系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、保護系統(tǒng)。顆粒分別出來。熱陰極強流電弧離子鍍放電室內(nèi)的等離子體中的電子被陽極吸引〔坩堝子沿沉積室作圓周運動，提高帶電粒子與金屬蒸汽粒子，反響氣體分子間的碰撞幾率。凈化源和鍍料粒子的離化源。第六章外表復(fù)合離子處理技術(shù)外表復(fù)合處理技術(shù)有兩層含義：一層是“膜層或涂層的優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化組合，使各類外表技術(shù)各展所長。離子注入與鍍膜的技術(shù)復(fù)合產(chǎn)生過渡層而結(jié)實結(jié)合束關(guān)心沉積的工藝既保存了離子注入工藝的優(yōu)點又可實現(xiàn)在基體上覆以與基體完全不同的薄膜材料。效應(yīng)包括碰撞、能量沉積、遷移、增加集中、成核、再結(jié)晶、濺射等；化學效應(yīng)包括化學激活、的化學鍵的形成等。沉積原子經(jīng)離子轟擊獲得能量，提高的原子的遷移率料轉(zhuǎn)移，即產(chǎn)生離子注入、反沖注入和濺射過程。其中會產(chǎn)生二次碰撞，〔離子轟擊發(fā)生碰撞，能量傳遞，增大原子遷移率和化學活性，有利于點陣排列〕高能量的離子束轟擊會引起輻照損傷，產(chǎn)生點缺陷，間隙缺陷和缺陷聚攏團。根本工藝參數(shù)：離子-原子到達比、離子的入射角和離子的能量。硬膜，只有晶化，才有利于硬度的提高。離子束混合和離子束反沖注入都屬于離子束關(guān)心沉積均勻的原子級上的混合，而在基體外表上形成的外表合金。元素進展間接注入的作用。積技術(shù)。沉積過程：原子團的形成、原子團的離化與增大沉積速率。ICBD上生長膜層的形態(tài)和性能特點。1)附著強度：原子團束的濺射，去除了襯底外表的吸附氣體和污染，同時濺射的襯底材料與沉積原子的混合，形成嚴密結(jié)合的界面層。2〕沉積速率。3〕薄膜，提高薄膜的結(jié)晶