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Pvd涂层概述 真空镀膜基础知识 真空基础知识 PVD（物理气相沉积）的概念：PVD（physicalvapor Deposition）工艺是一种原子沉积工艺，其是在真空或低压（等离子）条件下，涂层物质从液相或固相的材料源逸出并气化，以原子或分子的形态传输并沉积在基体表面的一种涂层工艺。为加强PVD涂层基本理论的需要了解（a）涂层与衬底的界面形态与结合机理，（b）真空和低压气体环境（c）低压等离子工艺环境等相关内容。 涂层与衬底的界面形态与结合机理 涂层与衬底的界面可能有不同的化学建合、元素的相互扩散、涂层的内应力、界面杂质、和界面缺陷等具体情况，因而实际涂层附着力的规律极为复杂。它不仅取决于涂层与衬底之间的界面能量，还取决于具体的沉积方法和界面状态。 涂层与衬底间的界面可以分为下面四种类型（1）平界面；（2）形成化合物界面；（3）元素扩散界面；（4）机械啮合界面； PVD涂层前通过喷砂（涂层前处理）和刻蚀（涂层工艺的一个步骤）一方面对产品表面起到清洁作用，另一方面提高了工件表面的微观粗糙度，改善了界面结合状态，有利于提高界面结合。 根据界面形态，涂层与衬底的附着力可能涉及下面三种机理 （1）机械结合 是机械啮合界面产生的附着力的过程，涂层与衬底表面凹凸不平提高了相互接触的界面面积，并可促进界面两侧物质间形成的微观尺度的相互交合。在纯机械结合的情况下，涂层的附着力很低。 （2）物理结合 不同物质分子或原子之间最普遍的相互作用就是范德华力，这种力随着界面两侧物质间距的增加而迅速降低。虽然引力的数值较小，每对分子或原子的作用只能有0.1eV量级，但它仍然会造成很强的涂层附着力。如果界面两侧的材料都是导体，且两者的费米能级不同，涂层的形成会发生一方到另一方的电荷转移，在界面附近出现双电子层，进而引发相互静电吸引作用，也对涂层与衬底间产生附着力。 （3）化学建合 界面两侧原子间可能形成相互的化学键，包括金属键、离子键和共价建等。化学键的形成对于提高涂层附着力有重要的贡献。如果界面两侧原子形成化学建合，则涂层的附着能可能达到每对原子1-10eV。 真空和低压气体环境 PVD涂层是一个真空、低气压过程系统中进行的工艺过程，体系中气体分子含量很低，气体分子碰撞的名义自由程很高，对体系中工艺气体总量及其他污染气体的控制要求严格。因此，真空泵系统，交换系统，进气系统要求很高，另外工装夹具及产品的表面状况和清洁程度对于涂层系统也十分重要。 真空的划分 低压等离子工艺环境 等离子是含有足够的离子和电子的一种气体环境，具有良好的导电性。一般来说PVD工艺过程的等离子环境，离化率并不是很高，还含有许多的中性气体。 等离子的产生： 由外加的电场能量来促使气体内的电子获得能量加速撞击不带电中性粒子，由于不带电中性粒子受加速电子的撞击后会产生离子与另一种带能量的加速电子，这些被释放出的电子，在经由电场加速与其他中性粒子碰撞，如此反复不断，从而使气体产生击穿效应，形成等离子状态。 在持续的等离子体中，电子在电场中被加速，电子的产生可以来源于以下的几个方面： （1）离子或电子轰击表面产生的二次电子 （2）离子碰撞使得原子失去电子 （2）热电子发射源（热阴极）发出的电子 与PVD相关的低温等离子体的概述 定义：等离子体是一种电离气体，是离子、电子、高能原子集合体，整体显中性，它是一种由带电粒子组成的电离状态。 等离子体的现象，所发生的辉光放电原理，产生离子溅射基理 辉光放电 除了有电子参加的碰撞过程之外，中性原子、离子之间的碰撞也同时发生。就其重要性而言，电子参与的碰撞过程在放电过程中起着最为重要的作用。 PVD涂层物质 基本上所有的金属及非金属材料都可以采用PVD涂层的方式进行涂层，它可以通过靶材或蒸发源等材料源直接沉积而获得源物质的涂层材料，也可以在此基础上通入其他反应性气体，并通过反应沉积获得包含源物质成分和反应气体成分的化合物涂层材料 硬质涂层按化学分布大致分类如下： （1）金属氮化物 （2）金属碳化钨 （3）金属氧化物 （4）金属硼化物 （5）其他金属合金及化合物； 另外还有软涂层（润滑涂层）如DLC、WC/C、MoS2等。 TiCN（氮碳化钛） Tin （氮化钛） CrN（氮化铬） TiAlN AlTiN （氮化钛铝、氮铝化钛） TiCN（氮碳化钛） TiAlCrN（氮化钛铝铬） AlCrN（氮化铬铝） TiAlSiN 等 常用PVD硬质涂层材料、涂层的多元合金化 涂层种类 涂层的应用 氮化钛涂层（ TiN ） 是一种通用的涂层，可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度。 TiCN涂层是在用途：高速钢切削工具，慢速加工工具（如低速车刀粒），耐磨零件，注塑模具。  氮碳化钛涂层（TiCN） TiN的基础上添加碳元素，以