真空鍍膜是指在高真空的條件下加熱金屬或非金屬材料，使其蒸發(fā)并凝結(jié)于鍍件（金屬、半導(dǎo)體或絕緣體）表面而形成薄膜的一種方法。例如，真空鍍鋁、真空鍍鉻等。 [1]
中文名 真空鍍膜 英文名 vacuum deposition
條 件 真空條件
特 點(diǎn) 薄膜和基體選材廣泛等
方 法 真空蒸鍍等
學(xué) 科 機(jī)械工程
簡(jiǎn)述編輯
真空鍍膜是真空應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要方面，它是以真空技術(shù)為基礎(chǔ)，利用物理或化學(xué)方法，并吸收電子束、分子束、離子束、等離子束、射頻和磁控等一系列新技術(shù)，為科學(xué)研究和實(shí)際生產(chǎn)提供薄膜制備的一種新工藝。簡(jiǎn)單地說(shuō)，在真空中把金屬、合金或化合物進(jìn)行蒸發(fā)或?yàn)R射，使其在被涂覆的物體（稱基板、基片或基體）上凝固并沉積的方法，稱為真空鍍膜。眾所周知，在某些材料的表面上，只要鍍上一層薄膜，就能使材料具有許多新的、良好的物理和化學(xué)性能。20世紀(jì)70年代，在物體表面上鍍膜的方法主要有電鍍法和化學(xué)鍍法。前者是通過(guò)通電，使電解液電解，被電解的離子鍍到作為另一個(gè)電極的基體表面上，因此這種鍍膜的條件，基體必須是電的良導(dǎo)體，而且薄膜厚度也難以控制。后者是采用化學(xué)還原法，必須把膜材配制成溶液，并能迅速參加還原反應(yīng)，這種鍍膜方法不僅薄膜的結(jié)合強(qiáng)度差，而且鍍膜既不均勻也不易控制，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生大量的廢液，造成嚴(yán)重的污染。因此，這兩種被人們稱之為濕式鍍膜法的鍍膜工藝受到了很大的限制。
真空鍍膜則是相對(duì)于上述的濕式鍍膜方法而發(fā)展起來(lái)的一種新型鍍膜技術(shù)，通常稱為干式鍍膜技術(shù)。
分類編輯
真空鍍膜技術(shù)一般分為兩大類，即物理氣相沉積（PVD）技術(shù)和化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)。
物理氣相沉積技術(shù)是指在真空條件下，利用各種物理方法，將鍍料氣化成原子、分子或使其離化為離子，直接沉積到基體表面上的方法。制備硬質(zhì)反應(yīng)膜大多以物理氣相沉積方法制得，它利用某種物理過(guò)程，如物質(zhì)的熱蒸發(fā)，或受到離子轟擊時(shí)物質(zhì)表面原子的濺射等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)原子從源物質(zhì)到薄膜的可控轉(zhuǎn)移過(guò)程。物理氣相沉積技術(shù)具有膜/基結(jié)合力好、薄膜均勻致密、薄膜厚度可控性好、應(yīng)用的靶材廣泛、濺射范圍寬、可沉積厚膜、可制取成分穩(wěn)定的合金膜和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，物理氣相沉積技術(shù)由于其工藝處理溫度可控制在500℃以下，因此可作為最終的處理工藝用于高速鋼和硬質(zhì)合金類的薄膜刀具上。由于采用物理氣相沉積工藝可大幅度提高刀具的切削性能，人們?cè)诟?jìng)相開(kāi)發(fā)高性能、高可靠性設(shè)備的同時(shí)，也對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，尤其是在高速鋼、硬質(zhì)合金和陶瓷類刀具中的應(yīng)用進(jìn)行了更加深入的研究。
化學(xué)氣相沉積技術(shù)是把含有構(gòu)成薄膜元素的單質(zhì)氣體或化合物供給基體，借助氣相作用或基體表面上的化學(xué)反應(yīng)，在基體上制出金屬或化合物薄膜的方法，主要包括常壓化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積和兼有CVD和PVD兩者特點(diǎn)的等離子化學(xué)氣相沉積等。
特點(diǎn)編輯
真空鍍膜技術(shù)與濕式鍍膜技術(shù)相比較，具有下列優(yōu)點(diǎn)：
(1)薄膜和基體選材廣泛，薄膜厚度可進(jìn)行控制，以制備具有各種不同功能的功能性薄膜。
(2)在真空條件下制備薄膜，環(huán)境清潔，薄膜不易受到污染，因此可獲得致密性好、純度高和涂層均勻的 薄膜。
(3)薄膜與基體結(jié)合強(qiáng)度好，薄膜牢固。
(4)干式鍍膜既不產(chǎn)生廢液，也無(wú)環(huán)境污染。
真空鍍膜技術(shù)主要有真空蒸發(fā)鍍、真空濺射鍍、真空離子鍍、真空束流沉積、化學(xué)氣相沉積等多種方 法。除化學(xué)氣相沉積法外，其他幾種方法均具有以下的共同特點(diǎn)：
(1)各種鍍膜技術(shù)都需要一個(gè)特定的真空環(huán)境，以保證制膜材料在加熱蒸發(fā)或?yàn)R射過(guò)程中所形成蒸氣分子 的運(yùn)動(dòng)，不致受到大氣中大量氣體分子的碰撞、阻擋和干擾，并消除大氣中雜質(zhì)的不良影響。
(2)各種鍍膜技術(shù)都需要有一個(gè)蒸發(fā)源或靶子，以便把蒸發(fā)制膜的材料轉(zhuǎn)化成氣體。由于源或靶的不斷改 進(jìn)，大大擴(kuò)大了制膜材料的選用范圍，無(wú)論是金屬、金屬合金、金屬間化合物、陶瓷或有機(jī)物質(zhì)，都 可以蒸鍍各種金屬膜和介質(zhì)膜，而且還可以同時(shí)蒸鍍不同材料而得到多層膜。
(3)蒸發(fā)或?yàn)R射出來(lái)的制膜材料，在與待鍍的工件生成薄膜的過(guò)程中，對(duì)其膜厚可進(jìn)行比較精確的測(cè)量 和控制，從而保證膜厚的均勻性。
(4)每種薄膜都可以通過(guò)微調(diào)閥精確地控制鍍膜室中殘余氣體的成分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而防止蒸鍍材料的 氧化，把氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到最小的程度，還可以充入惰性氣體等，這對(duì)于濕式鍍膜而言是無(wú)法實(shí) 現(xiàn)的。
(5)由于鍍膜設(shè)備的不斷改進(jìn)，鍍膜過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，從而大大地提高產(chǎn)品的產(chǎn)量，而且在生產(chǎn)過(guò) 程中對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
(6)由于在真空條件下制膜，所以薄膜的純度高、密實(shí)性好、表面光亮不需要再加工，這就使得薄膜的 力學(xué)性能和化學(xué)性能比電鍍膜和化學(xué)膜好。
常用方法編輯
真空鍍膜的方法很多，大體要分為：
(1)真空蒸鍍：將需鍍膜的基體清洗后放到鍍膜室，抽空后將膜料加熱到高溫，使蒸氣達(dá)到約13.3Pa而使蒸氣分子飛到基體表面，凝結(jié)而成薄膜。
(2)陰極濺射鍍：將需鍍膜的基體放在陰極對(duì)面，把惰性氣體(如氬)通入已抽空的室內(nèi)，保持壓強(qiáng)約1.33～13.3Pa，然后將陰極接上2000V的直流電源，便激發(fā)輝光放電，帶正電的氬離子撞擊陰極，使其射出原子，濺射出的原子通過(guò)惰性氣氛沉積到基體上形成膜。
(3)化學(xué)氣相沉積：通過(guò)熱分解所選定的金屬化合物或有機(jī)化合物，獲得沉積薄膜的過(guò)程。
(4)離子鍍：實(shí)質(zhì)上離子鍍系真空蒸鍍和陰極濺射鍍的有機(jī)結(jié)合，兼有兩者的工藝特點(diǎn)。表6-9列出了各種鍍膜方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
