ГЛАВНАЯ Визы Виза в Грецию Виза в Грецию для россиян в 2016 году: нужна ли, как сделать

Вакуумное напыление. Установки вакуумного напыления. Установка вакуумного напыления

01.03.2019

Навигация:

Процесс вакуумного напыления состоит из группы методов напыления покрытий (тончайших плёнок) в вакуумной сфере, при каких компенсация выходит действием непосредственного конденсирования пара, причиняемого элемента.

Существуют следующие этапы вакуумного напыления:

Выработка газов (пара) с компонентов, производящих возмещение;
Транспортировка паров к подложке;
Накопление паров в подложке и создание напыления;

К перечню методов напыления вакуумным способом относятся приведенные ниже научно-технические движения, а помимо этого быстрые типы этих операций.

Перечень методов термо-напыления:

Испарение при помощи гальванического луча;
Испарение при помощи лазерного луча.

Испарение вакуумной дугой:

Сырье выпаривается в катодном пятнышке, за это отвечает электрическая дуга;
Эпитаксия при помощи молекулярного луча.

Ионное рассеивание:

Первоначальные сырьевые материалы распыляются бомбардировкой ионным потоком и воздействуют на подложку.

Применение

Вакуумное возмещение применяют с целью развития в плоскости компонентов, устройств и механизмов эксплуатационных покрытий - проводников, изолянтов, износостойких, коррозионно-стабильных, эрозийно-устойчивых, антифрикционных, антизадирных, барьерных и прочих. Данные манипуляции используются с целью нанесения украшающих покрытий, к примеру, при сборке часовых механизмов с позолоченной поверхностью и покрытие оправы для очков. Единый из основных операций микроэлектроники, где применяется с целью нанесения проводящих слоев (металлизации). Вакуумное возмещение используется с целью извлечения оптических покрытий: просветляющих, отражающих, фильтрующих.

В научно-техническую область способен быть внедрён химико активный газ, к примеру, ацетилен (с целью покрытий, вводящих углерод), неметалл, воздушное пространство. Хим. отклик в плоскости подложек запускается нагреванием, либо ионизацией и диссоциацией газов одной из конфигураций газового строя.

Благодаря использованию методов вакуум напылений обретают покрытие толщина которого может составлять несколько ангстрем либо достигать многих микрон, как правило в следствии нанесения напыления поверхность не требует дополнительного обрабатывания.

Методы вакуумного напыления

Судьба каждой из крупиц напыляемого компонента при соударении с поверхностью, составляющие пребывает в зависимости от ее энергии, температуры плоскости и хим. сродства элементов пленки и составляющих. Атомы или молекулы, достигнувшие плоскости, имеют все возможности либо отразиться с нее, либо адсорбироваться и через конкретный период времени, покинуть ее (десорбция), либо адсорбироваться и создавать в плоскости конденсат (уплотнитель). При высоких энергиях крупиц, высокой температуре плоскости и незначительном хим. сродстве, элемент отражается поверхностью. Температура плоскости детали, больше которой все частицы отражаются с нее и слой не сформируется, называется серьезной температурой напыления вакуумного, её значимость пребывает в зависимости от естества элементов пленки и плоскости составляющих, и от состояния плоскости. При крайне небольших потоках испаримых элементов, в том числе и в случае если данные частицы в плоскости адсорбируются, однако редко встречаются с другими аналогичными частицами, они десорбируются и не могут создавать зародышей, то есть слой совершенно не возрастает. Серьезной частотой потока испаримых компонентов с целью данной температуры плоскости называется наименьшая плотность, при которой частицы конденсируются и образовывают покров.

Вакуумно-плазменное напыление

Согласно этому методу нетолстые пленки толщиной 0,02-0,11 мкм получаются в следствии нагрева, улетучивания и осаждения компонента на подложку в отделенной камере при сжатом давлении газа в ней. В камере с помощью вакуумного насоса создается наибольшее воздействие остаточных газов приблизительно 1,2х10-3 Па.

Рабочая камера подразумевает собой металлический или стеклянный колпак с концепцией наружного водяного остужения. Камера расположена в центральной плите и создает с ней вакуумно-защищенное соединение. Подложка, в которой ведется напыление, закреплена на держателе. К подложке прилегает нагреватель, раскаливающий подложку вплоть до 2400-4400 оС, с целью улучшения адгезии напыляемой пленки. Конденсатор включает в себя нагреватель и источник напыляемого компонента. Переходная заслонка закрывает протекание паров с испарителя к подложке. Возмещение длится в процессе времени, когда затворка не захлопнута.

Для нагрева напыляемого компонента в основном используется 2 типа испарителей:

Прямонакальный многопроволочный либо двухленточный теплообменник, изготовляемый с вольфрама или молибдена;
Электронно-радиальные испарители с нагревом испаримого компонента гальванической бомбардировкой.

Для напыления пленок с многокомпонентых элементов применяется взрывное улетучивание. При этом конденсатор нагревается вплоть до 15000 оС и посыпается порошком из смеси испаримых элементов. Аналогичным методом удаётся приобретать композиционные напыления.

Некоторые популярные элементы для покрытий (к примеру, золото) располагают некачественной адгезией с кремнием и другими полупроводниковыми элементами. В случае низкокачественной адгезии испаримого элемента к подложке, испарение прокладывают в 2 пласта. Сначала поверх подложки наносят пласт сплава, имеющего отменную адгезию к полупроводниковой подложке. Затем напыляют главный слой, у которого присоединение с подслоем ранее отличное.

Ионно-вакуумное напыление

Данный метод заключается в распылении элемента причиняемого компонента, присутствующего перед негативным потенциалом, из-за бомбардировки ионами бездейственного газа, возникающих в процессе возбужденности тлеющего разряда внутри установки вакуумного напыления.

Материал отрицательно заряженного электрода распыляется пред влиянием ударяющихся о него ионизованных атомов бездейственного газа. Данные пульверизированные переходные атомы и осаждаются поверх подложки. Главным преимуществом ионно-вакуумного метода напыления является отсутствие необходимости нагрева испарителя вплоть до высокой температуры.

Механизм возникновения перетлевающего разряда. Разлагающийся разряд отслеживается в камерах с низким давлением газа между 2-я металлическими электродами, на которые подается высокое напряжение вплоть до 1-3 кВт. При этом негативный электрод как правило заземлен. Катодом является мишень с распыляемого элемента. С камеры предварительно откачивается воздушное пространство, далее запускается газ вплоть до давления 0,6 Па.

Тлеющий разряд получил свое название из-за наличия в мишени (катоде) так называемого тлеющего сияния. Это сиянье обуславливается большим падением способности в тесном пласте объёмного заряда около катода. К зоне TC прилегает область фарадеевого тёмного места, переходящая в положительный столбец, что является самостоятоятельной частью разряда, совершенно непригодной с прочих слоев разряда.

Вблизи анода, помимо этого, имеется небольшой слой объёмного заряда, называемый анодным слоем. Другой элемент межэлектродного промежутка захвачен квазинейтралом плазмы. Подобным методом, в камере отслеживается растровое свечение с чередующихся тёмных и светлых полос.

Для прохождения тока между электродами необходима устойчивая эмиссия электронов катода. Эту эмиссию разрешается вызвать согласно принуждению с помощью нагрева катода, или облучения его ультрафиолетовым светом. Подобного рода разряд является несамостоятельным.

Вакуумное напыление алюминия

В отдельных вариантах, в особенности при напылении пластмассы, используется металлизация алюминием, а этот металл — сырье достаточно легкое и никак не износостойкое, в этом случае нужны определенные специальные научно-технические способы. Пользователю необходимо понимать, что аналогичные компоненты лучше всего беречь от загрязнения сразу же по истечении штамповки, а помимо этого, нежелательно пользоваться различными смазывающими порошками и присыпками в пресс-фигурах.

Вакуумное напыление металлов

Металлы, которые могут испаряться только при температуре ниже зоны их плавления, разрешается прогревать прямоточным воздействием тока, серебряные и золотые компоновки испаряют в челночных ваннах с танталовой или вольфрамовой. Возмещение требуется производить в камере под давлением меньше 10-3 mm рт. ст.

Вакуумное ионно-плазменное напыление

Для возникновения самостоятельного тлеющего разряда необходимо вызвать эмиссию электронов с катода с помощью подачи высокого напряжения величиной 2-4 кВт между электродами. В случае если заложенное напряжение превышает способности ионизации газа в камере (как правило Ar), в этом случае, в следствии столкновений электронов с молекулами Ar, газ ионизируется с образованием положительно заряженных ионов Ar+. В следствии, в области катодного черного пространства возникает небольшой зрительный разряд и следовательно, сильное электрическое поле.

Ионы Ar+, приобретающие энергию в предоставленной зоне, выбивают атомы элемента катода, в тот же момент, провоцируя эмиссию побочных электронов с катода. Эта эмиссия и сохраняет самостоятельный тлеющий разряд. Переходные атомы с элемента катода доходят подложки и осаждаются на ее плоскости.

Установка вакуумного напыления УВН

Конструкция вооружена значимым комплексом современных приборов и устройств, что гарантируют осаждение покрытий металлов их синтезов и сплавов с учрежденными особенностями, отличной адгезией и высокой равномерностью согласно части площади.

Комплекс устройств и приборов, что входят в структуру аппарата:

Полуавтоматический источник управления вакуумной системой;
Магнетронная распылительная теория в стабильном токе;
Концепция нагревания (с контролем и поддержанием поставленной температуры);
Концепция очистки напыляемых товаров в области перетлевающего разряда;
Концепция перемещения продуктов в вакуумной сфере;
Числовой вакуумметр;
Концепция контроля противодействия возрастающих пленок;
Инверторный источник питания магнетронов.

Существует много способов поверхностей, и к одним из основных относится вакуумная металлизация. Предметов с таким покрытием вокруг множество. Даже предметы из обычного пластика можно сделать похожими на металлические – с помощью этой технологии напыления металла они приобретут красивую серебристую или золотистую поверхность.

Понятие о вакуумной металлизации

С помощью такой технологии происходит обработка поверхностей изделий путём переноса мелких металлических частиц в вакууме. Они покрывают изделия плотным слоем. Для этого используется специальное оборудование, довольно дорогостоящее, для которого необходимо подходящее производственное помещение. В небольшой мастерской такой процесс работы не выполнить.

Вакуумная металлизация широкое применение получила сравнительно недавно, но уже показала, что этот способ, несмотря на использование дорогого оборудования, намного дешевле гальванического нанесения, а по сравнению с лакокрасочными покрытиями слой значительно насыщенней и поверхность получается более красивая.

На какие поверхности можно наносить

Способом вакуумного напыления металла можно покрывать предметы из металлов, керамики, стекла, пластмасс. При этом, в отличие от гальванического нанесения, для создания эффекта глянцевого хромирования, меднения, золочения, поверхностей не требуется предварительная полировка деталей.

Вообще, металлизировать таким способом можно любые материалы, которые устойчивы к нагреву до +80 и воздействию специальных лаков. А также материалы не должны быть пористыми, чтобы в процессе металлизации в вакуумной камере не выделялся атмосферный или другой газ, что приведёт к некачественному покрытию. К ним относится плохо обработанная керамика, древесина, бетон. Но даже на них можно нанести таким способом декоративные покрытия, если предварительно загрунтовать специальными составами.

Чаще всего сегодня обрабатываются таким способом предметы из пластмасс и металлов. Этот процесс только усиливает их положительные свойства. Напыление наносится на металлические поверхности изделий, состоящие из различных сплавов. При этом создаётся , изменяются электропроводные свойства металла в сторону повышения, улучшается внешний вид предметов.

Металлизация пластмасс позволяет изготавливать красивые, практичные изделия из дешёвого сырья. В автомобилестроении пластмассовые детали устанавливают для снижения веса. Решётки радиаторов, корпуса, колпаки колёс и другие детали, к которым не требуется обладание повышенной прочностью, изготавливаются из прочных марок пластмасс и обрабатываются под металл.

Оборудование для вакуумной металлизации

У этой технологии, как и у других таких же сложных, имеются свои плюсы и минусы:

Аппарат для нанесения покрытий - схема

необходимость использования дорогостоящего оборудования;
большие расходы электроэнергии;
потребность в просторном производственном помещении для размещения всех приспособлений и для полного технологического цикла изготовления.

Дополнительные расходы средств требуются при этом на технический процесс нанесения дополнительного слоя – защитного лака.

Установки вакуумного напыления представляют собой совокупность устройств, которые последовательно и самостоятельно выполняют ряд функций, необходимых для технологического процесса металлизации.

Основные функции:

откачка воздуха для получения условий разрежения;
распыление в определённых условиях металлических частиц на поверхность предметов;
транспортировка обрабатываемых деталей;
контроль режимов происходящих процессов вакуумного напыления;
электропитание и другие вспомогательные приспособления.

Составляющие узлы вакуумной установки:

Рабочая камера. В ней происходит сам процесс металлизации.
Источник испаряемых металлов вместе с управляющими и энергообеспечивающими устройствами.
Системы контроля и управления для регулировки температуры, скорости напыления, толщины плёнки, её физических свойств.
Откачивающая и газораспределительная система, обеспечивающая получение вакуума и регулировку газовых потоков.
Системы блокировки рабочих узлов, блоки электропитания.
Транспортирующее устройство, определяющее подачу-извлечение из вакуумной камеры, смену положений деталей при нанесении металлопокрытия.
Вспомогательные устройства – заслонки, внутрикамерные манипуляторы, газовые фильтры и др.

Особенности оборудования

Установки для вакуумного процесса нанесения металлического слоя бывают магнетронные и ионно-плазменные. В любых из них необходимо достигать испарения вещества с поверхности металлических болванок, минуя стадию расплава металла.

При сублимационном способе процесс нагрева происходит быстро до температуры испарения, не допуская расплава. Для этого используются нагреватели, способные повышать кинетическую энергию вплоть до разрушения кристаллической решётки. Но некоторые металлы не сублимируют в вакууме, и поэтому с ними стадии расплава не избежать. Поэтому в таких случаях применяются дополнительные системы фильтров.

Способом вакуумного напыления металлического слоя покрываются изделия разных размеров: крупные (до 1 м) и совсем мелкие. Существуют технологии металлопокрытия многометровых тканей и плёнок – они перематываются из одного рулона в другой в процессе напыления в вакуумной камере. Поэтому бывают установки с рабочими камерами разных размеров:

небольшие – несколько литров;
крупные – несколько кубометров.

Технологический процесс

Вакуумная металлизация, основанная на испарении и выпадении частиц металла на подложку, представляет собой ряд последовательно происходящих процессов. Они довольно сложные.

Металл при нагревании перед тем, как стать покрытием, претерпевает целый ряд изменений. Вначале он испаряется, затем адсорбируется, после этого выпадает конденсатом и кристаллизуется на поверхности, с образованием металлической плёнки. Каждый процесс довольно сложный.

На качество готового изделия влияют многие факторы. Главные из них – физико-технические характеристики материалов заготовок и выдерживаемые условия процесса металлизации. Образование слоя покрытия происходит в два основных этапа. Это перенос массы и энергии от источника и их равномерное распределение по поверхности обрабатываемого изделия.

Этапы выполнения вакуумной металлизации

Напыление металла на поверхности изделий методом вакуумной металлизации производится по технологии, состоящей из нескольких этапов:

Деталь подготавливается к процессу нанесения покрытия. Для этой цели подходят только заготовки несложных форм, которые не имеют острых углов или участков, труднодоступных для прямолинейного попадания конденсата.
Процесс нанесения защитного слоя. На полимеры с содержанием низкомолекулярных наполнителей предварительно наносятся слои антидиффузионных лаковых покрытий.
Сушка и обезжиривание. Заготовки проходят этап сушки адсорбированной влаги в течение трех часов при температуре +80 .
Процесс обезжиривания происходит уже на подготовительном этапе в вакуумной камере путём воздействия тлеющего разряда.
Проведение отжига на этой стадии особенно благоприятно для полимерных материалов – положительно сказывается на их структуре, снижается при этом внутреннее напряжение.
Проводится активационная обработка перед нанесением металлического слоя на поверхность для повышения её адгезии. Используемые методы зависят от материала заготовки.
Нанесение металлического покрытия. При этом слой покрытия формируется путём конденсации пересыщенных паров металлов на холодную поверхность заготовки.
Затем проводится контрольная проверка качества металлического слоя. Для декоративных изделий она заключается в осмотре поверхности с определением прочности и равномерности слоя. Для технических деталей используются дополнительные испытания. На практике применяются методы отслаивания липкой лентой, истирание, разрушение УЗ колебаниями и др.

Сферы применения

Технология обработки поверхностей методом вакуумной металлизации применяется в производстве многих товаров:

Сантехнической фурнитуры – сильфонов, кнопок смыва и др. Самая распространённая металлизация - алюминием, придающая изделиям хромированный вид.
Мебельная фурнитура – ручки для мебельных дверок и ящиков, декоративные отделочные детали, вешалки для одежды и др.
Зеркальные покрытия. Небьющиеся зеркала изготавливаются способом металлизации полимерных плёнок, натянутых на рамки.
Кожгалантерея – пряжки для ремней, пуговицы, люверсы.
Упаковочные материалы – крышки для флаконов с парфюмерией, дозаторы косметических средств, декоративные коробочки для бижутерии и др.
В производстве бижутерии, декоративных сувениров и подобных изделий.
При изготовлении предметов геральдики – гербов и других предметов.
Радиоэлектроника – приборные панели телевизоров, крышки мониторов, кнопки и др.
Микроэлектроника – изготовление интегральных микросхем, полупроводников и других деталей. Обычно применяется напыление меди.
Автомобильная промышленность – внутренняя светоотражающая часть фар и многие декоративные детали снаружи и внутри машины.
Светотехнические изделия – для декорации деталей светильников.

Визуально можно сделать имитацию под любой драгоценный или полудрагоценный металл. Вакуумная металлизация придаёт изделиям не только красивые декоративные свойства, но и создаёт защитный слой от коррозии для металлов, износа для других материалов. Металлизация пластмасс позволяет из дешёвых материалов создавать практичные и красивые изделия. Стойкое покрытие обеспечивает долгий срок эксплуатации изделий.

Выводы

По времени использования наибольший срок сохранения декоративного слоя у предметов, находящихся в закрытых помещениях. Те, что часто подвергаются атмосферным воздействиям, могут со временем повреждаться. Но для их защиты обычно используются специальные лаковые слои, которые продлевают срок службы таких изделий. К преимуществам покрытий вакуумным способом относится их экологичность, по сравнению с другими аналогичными технологиями.

Обработка поверхностей методом вакуумного напыления металлами позволяет усилить положительные характеристики изделий из различных материалов. Металлические детали защищаются от коррозии, лучше проводят электричество, становятся более эстетичными внешне. Металлизация пластиковых изделий позволяет получить качественные и красивые детали из более легких и дешевых материалов. Это особенно актуально для автопромышленности, потому как металлизация пластиковых комплектующих позволяет значительно снизить вес автомобилей. А металлизированный мех придает шубе эксклюзивность, неповторимость и является новым трендом сезона.

В компании «Альфа-К» можно заказать вакуумное металлическое напыление для изделий из различных материалов, в том числе и меха.

Методы

Суть технологии заключается в том, что в условиях вакуума на специальном оборудовании переносятся мельчайшие металлочастицы на рабочую поверхность заготовки. В процессе формирования покрытий исходный металл испаряется, конденсируется, абсорбируется и кристаллизуется в газовой среде, создавая стойкое покрытие. В зависимости от типа заготовки, свойств металлической пленки и выбранного режима напыления получаются самые разнообразные эффекты. Напылить можно практически любой металл: алюминий, никель, хром, медь, бронза, золото, титан, пр. С учетом специфических свойств и особенностей, под каждый металл требуются различные режимы и технические приемы. Например, из-за низкой износостойкости особой технологии требует вакуумное напыление алюминия. Вот почему в нашей компании работают исключительно высококвалифицированные и опытные специалисты. Металлизация проводится разными способами.

Вакуумно-плазменное

В таких системах под неким давлением газа металлизированное покрытие создается путем сильного нагрева источника металла, вследствие чего происходит его испарение, и частицы оседают на заготовку. Камера может быть металлической, стеклянной, обязательно с системой водяного охлаждения. Для нагревания напыляемого элемента используют такие испарители:

проволочный либо ленточный вольфрамовый или молибденовый испаритель прямого накала;
электронно-радиальный, создающий нагрев с помощью электрической бомбардировки.

В соответствии с исходным металлом или сплавом, который необходимо напылить на деталь, выставляется температура нагрева в теплообменнике, она может достигать 20 тыс. °С. Если у напыляемого металла не очень хорошая адгезия с материалом заготовки, сначала наносится первичный слой из металла с более высокими адгезионными свойствами.

Ионно-вакуумное

Главным преимуществом данного метода считается отсутствие необходимости очень сильно нагревать испаритель. Металл распыляется под воздействием бомбардировки отрицательно заряженными ионами газа. Создание такой среды возможно благодаря особым разрядам внутри рабочей камеры. Для этого в оборудовании используется магнитная система с охлаждением. Тлеющий разряд для распыления напыляемого элемента создается между 2 электродами благодаря подаче высоковольтного напряжения до 4 кВ. В рабочей камере создается газовая среда с давлением до 0,6 Паскаль. По схожему принципу производится также вакуумное ионно-плазменное напыление на специализированном оборудовании.

Поверхности, пригодные для напыления

Любые предметы, способные выдерживать нагрев до 80 °С и воздействие специализированных лаков. Достоинством технологии является то, что для придания изделиям эффекта медных покрытий, зеркального хромирования, золочения, никелирования не нужно предварительно полировать поверхности. Чаще путем вакуумной металлизации покрывают детали из пластика, стекла, металлических сплавов, различные полимерные и керамические изделия. Реже, но все же технология используется для более мягких материалов, таких как древесина, текстиль, мех.

Обработка металлических заготовок и изделий из металлосплавов благодаря хорошей совместимости основания и покрытий не требует использования дополнительных расходных материалов. В то время как полимеры необходимо грунтовать предварительно защитными и адгезионными составами. Для предотвращения деформации полимерных заготовок и снижения напряжения в рабочей среде во время вакуумной металлизации используют специальные модифицирующие компоненты и режимы диффузии материала.

Этапы металлизации

Технологический процесс вакуумного напыления металла на различные изделия включает несколько последовательных этапов:

Подготовка детали. Важно, чтобы заготовка имела максимально простую форму, без труднодоступных для оседания конденсата мест.
Нанесение защиты. На полимерные основы, содержащие низкомолекулярные наполнители, необходимо нанести антидиффузионное покрытие.
Сушка. В течение 3 часов детали сушатся при 80 градусах по Цельсию, что позволяет удалить впитавшуюся влагу.
Обезжиривание. В вакуумной камере с помощью тлеющего разряда заготовка обезжиривается. Это особенно хорошо влияет на структуру полимеров.
Активационная обработка. Способ обработки выбирается в зависимости от материала изделия, необходимо это для повышения адгезии поверхности перед металлизацией.
Напыление металла. Путем конденсации создается металлизированный слой на заготовке.
Контроль качества покрытия. Декоративные детали осматриваются на предмет равномерности напыления и его прочности. Технические изделия испытываются дополнительно с помощью липкой ленты, ультразвуковых колебаний, трения и т.д.

Установки металлизации - довольно сложное и дорогое оборудование, потребляющее много электричества. Для создания комплексного технологического цикла требуется довольно просторное помещение, так как разместить следует несколько разнофункциональных устройств. Основные узлы вакуумной системы:

Блок энергообеспечения и управления в совокупности с источником конденсируемых металлов.
Газораспределительная система, создающая вакуумное пространство и регулирующая потоки газов.
Рабочая камера для проведения вакуумной металлизации.
Блок термического контроля, управления толщиной и скоростью напыления, свойствами покрытий.
Транспортирующий блок, отвечающий за изменение положения заготовок, их подачу и изъятие из камеры.
Устройства блокировки узлов, газовые фильтры, заслонки и прочее вспомогательное оборудование.

Магнетронное и ионно-плазменное вакуумное оборудование бывает разных габаритов, от небольших, с камерами в несколько литров до весьма крупных, с объемом камер в несколько кубических метров.

Компания «Альфа-К» располагает достаточными производственными мощностями и соответствующим оборудованием для обеспечения различных способов вакуумного напыления. У нас можно заказать ионно-плазменное покрытие изделий из любых материалов такими металлами, как титан, медь, алюминий, латунь, хром, различные сплавы и пр. Гарантируем высокое качество работы и лояльные цены.

Режущие инструменты, покрытые напылением

Вакуумное напыление - обработка поверхности, нанесение слоев материала на подложку.

Наносимые материалы:

металлы (например, кадмий, хром, медь, никель, титан)

неметаллы (например, керамические матричные композиты из углерода / углерода, карбид углерода / кремния и т. д.)

Технологии осаждения паров включают процессы, которые переводят материалы в парообразное состояние путем конденсации, химической реакции. Когда паровая фаза создается из жидкого или твердого источника, это называется физическим осаждением из паровой фазы (PVD). При получении химической реакции происходит известен как химическое осаждение из паровой фазы (CVD).Вакуумное напыление происходит с плазмой или без нее. Вакуумная среда имеет следующие преимущества:

Уменьшение плотности частиц

Уменьшение плотности частиц нежелательных атомов и молекул

Обеспечение появления плазмы

Возможность регулирования состава газов и паров

Возможность управления массовым потоком в камере

Осаждение паров добавляет материал только на поверхность, оставляя большую часть объекта относительно неизменной. В результате свойства поверхности обычно изменяются без значительных изменений микроструктуры подложки.

Физическое осаждение из паровой фазы (PVD напыление)

Физическое осаждение из паровой фазы представляет собой тонкопленочный метод, при котором покрытие наносится поверх всего объекта, а не в определенные области. Всё вакуумное напыление PVD объединяют:

Нанесение металлов

Активный газ, такой как азот, кислород или метан

Плазменная бомбардировка подложки для обеспечения плотного твердого покрытия

Основными методами вакуумного напыления PVD являются ионное нанесение, ионная имплантация, распыление и лазерное поверхностное легирование. Общий принцип один: газифицированный материал конденсируется на материале подложки для создания желаемого слоя. Таким образом, здесь не происходит химических реакций.

Ионное покрытие в вакууме

Плазменное ионное покрытие используется для осаждения металлов, таких как титан, алюминий, медь, золото и палладий на поверхности составной части. Толщина обычно составляют от 0,008 до 0,025 мм. Преимущества: адгезия, чистота поверхности, очистка поверхности подложки перед нанесением пленки и корректировка свойств пленки (например, морфология, плотность и остаточное напряжение пленки).

Недостатки: необходимость жестко контролировать параметры обработки, потенциальное загрязнение, активируемое в плазме, и возможное загрязнение частиц бомбардируемого газа.

Типичные области применения: рентгеновские трубки, трубопроводные резьбы, используемые в химических средах, лопасти турбины авиационных двигателей, стальные буровые долота, зубчатые колеса, высокоточные литьевые формы, алюминиевые вакуумно-уплотнительные фланцы, декоративные покрытия и антикоррозионная защита в ядерных реакторах.

Ионная имплантация

Ионная имплантация не создает дискретного покрытия, скорее, изменяет элементный химический состав существующей поверхности подложки путем легирования. Азот, например, используется для повышения износостойкости металлов. Чистота поверхности имеет важное значение для данной технологии. Предварительная обработка (например, обезжиривание, полоскание и ультразвуковая очистка) для удаления любых поверхностных загрязнений перед имплантацией очень важно. Время осаждения зависит от температурного сопротивления заготовки и требуемой дозы имплантации.

Ионная имплантация может использовать любой элемент, который может испаряться и ионизироваться в вакуумной камере. Преимущества этого процесса включают воспроизводимость, ликвидацию последующей обработки и минимальное образование отходов. Ионная имплантация не обеспечивает стабильной отделки, если покрытие подвергается воздействию высоких температур.

Ионная имплантация используется в качестве противоизносной обработки для компонентов с высокой стоимостью, таких как биомедицинские устройства (например, протезы), инструменты (например, пресс-формы, штампы, пуансоны, режущие инструменты и вставки). Другие промышленные применения включают нанесение золота, керамики и других материалов на подложки из арсенида пластика, керамики, кремния и галлия для полупроводниковой промышленности.

Распыление и вакуумное напыление

Распыление - нанесения, который изменяет физические свойства поверхности. Здесь газовый плазменный разряд устанавливается между двумя электродами: материалом катода и анодной подложкой. Пленки получаются очень тонкие, от 0,00005 до 0,01 мм. Данным способом часто наносятся хром, титан, алюминий, медь, молибден, вольфрам, золото и серебро.

Пленки с нанесенным слоем обычно используются в декоративных приложениях, таких как браслеты, очки и украшения. Электронная промышленность использует вакуумное напыление (например, проводка тонкой пленки на чипах и записывающих головах, а также магнитные и магнитооптические носители записи). Компании также используют осаждение вакуумным напылением для производства отражающих пленок для архитектурного стекла. В пищевой упаковочной промышленности используется распыление для производства тонких пластиковых пленок для упаковки. По сравнению с другими процессами осаждения напыление является относительно недорогим.

Поверхностное легирование

Поверхностное легирование с использованием лазеров: впрыскивание другого материала в расплав. Поверхностная обработка данным способом даёт высокотемпературные характеристики, износостойкость, улучшенную коррозионную стойкость, лучшие механические свойства и улучшенный внешний вид. Одним из многих методов лазерного легирования поверхности является лазерное плакирование. Общая цель лазерного плакирования - выборочно обработать определенную область. В лазерном плакировании тонкий слой металла (или порошкового металла) соединяется с основным металлом посредством обработки температурой и давлением. Перемещение подложки под пучком и перекрывающиеся дорожки осаждения могут охватывать большие площади. Предварительная обработка не является критичной, хотя поверхность может потребовать шероховатости перед осаждением. После выполняют шлифование или полировку.

Лазерное плакирование может использовать большинство тех же материалов, что и технологии термического напыления. Материалы, которые легко окисляются, трудно осаждать без использования инертного газа. Скорости осаждения зависят от мощности лазера и скорости перемещения. Толщина может варьироваться от нескольких сотен микрон до нескольких миллиметров. Однако, если плотность слишком высокая, возможно образование трещин и расслоение, как в случае алюминия и некоторых сталей. Эта технология также не способна покрывать области, которые находятся вне зоны видимости.

Химическое осаждение из паровой фазы (СVD напыление)

В процессах CVD химическая смесь реагентного газа контактирует с подложкой и затем осаждается в нее. Газы подаются в камеру при нормальных давлениях и температурах, в то время как твердые вещества и жидкости требуют высоких температур и / или низкого давления.

Процесс разложения может быть ускорен или ускорен с использованием тепла, плазмы или других процессов. Химическое осаждение из паровой фазы включает в себя распыление, ионное покрытие, CVD с повышением температуры, CVD с низким давлением, CVD с улучшенным лазерным излучением, активное реактивное испарение, ионный пучок, лазерное испарение и другие варианты. Эти процессы обычно отличаются способами, с помощью которых инициируются химические реакции и обычно классифицируются по рабочему давлению.

Основными шагами в процессах вакуумного напыления CVD являются:

Формирование реакционной газовой смеси

Массовый перенос газа-реагента через пограничный слой на подложку

Адсорбция реагентов на субстрате

Реакция адсорбентов с образованием осадка

Предварительная обработка включает механическую и / или химическую очистку (например, ультразвуковую очистку и / или обезжиривание паром), а затем в некоторых случаях путем хонингования паром (для улучшения адгезии). Кроме того, камера осаждения должна быть чистой, герметичной и не содержать пыли и влаги.

Вакуумное напыление CVD используется для защиты от коррозии и износостойкости и применяется к материалам для получения конкретных свойств, которые трудно получить при других процессах. Наиболее часто используемыми металлами в CVD являются никель, вольфрам, хром и карбид титана.

Большинство приложений находятся в электронике оптической, оптоэлектрической, фотоэлектрической и химической промышленности. CVD используется для нанесения покрытий и формирования фольги, порошков, композиционных материалов, отдельно стоящих тел, сферических частиц, нитей и усов.

Вакуумное напыление нитрида титана и титанового карбонитрида

Основы процесса

Нитрид титана (TiN) может наноситься с использованием либо PVD, либо CVD-методов. Для высокоскоростных стальных применений обычно предпочтительны процессы PVD. Однако процессы PVD имеют определенные ограничения в отношении геометрии компонентов, необходимость вращения детали для достижения однородности и температуры

Температура обработки CVD обычно составляет от 850 до 1100°C. Основная химическая реакция (Уравнение 1) в CVD- для получения слоя TiN находится между тетрахлоридом титана (TiCl4), азотом (N) и водородом (H):

2TiC1 4 + N 2 + 4H 2 → 2TiN + 8HC1

В отличие от этого, процессы вакуумного напыления PVD работают при гораздо более низких температурах, в диапазоне от 400 до 600 C (750 - 1100ºF) или ниже. Процессы PVD полагаются на ионную бомбардировку вместо высоких температур (как в случае CVD) в качестве движущей силы. Покрываемую подложку помещают в вакуумную камеру и нагревают до температуры. Материал Ti, испаряется и химически активный газ, такой как N 2 вводится и ионизированный; Испаренные атомы титана затем взаимодействуют с ионизированным азотом с образованием соединения TiN, которое откладывается на подложке. Существует три основных процесса PVD для инструментов: испарение, вакуумное напыление и реактивное ионное покрытие, отличающееся главным образом тем, как испаряется реагирующий металл.

Покрытия из карбонитрида титана (TiCN) имеют немного более высокую твердость по сравнению с TiN и могут демонстрировать несколько меньший коэффициент трения во многих областях применения. Они в основном используются для достижения повышенной абразивной износостойкости.

Вакуумное напыление PVD широко используется для высокоскоростных и инструментальных сталей, поскольку температуры процесса CVD попадают в диапазон, в котором закаливаются некоторые инструментальные стали. Может потребоваться обработка после нанесения покрытия (повторное упрочнение и повторное закаливание). Эти обработки могут влиять на адгезию и размеры покрытия.

Для приобретения товарного вида и определенных технических свойств на современном производстве все готовые изделия покрываются различными материалами. Особенно актуальным этот вопрос является для металлических деталей, где покрытие играет не столько декоративную роль, сколько защищает металл от коррозии и прочих вредных факторов окружающей среды.

Вакуумное напыление

В современном производстве самой продвинутой технологией нанесения покрытий на детали является вакуумное напыление. Технология заключается в прямой конденсации пара наносимого покрытия на поверхность детали. Определяется три основных стадии такого напыления:

Испарение вещества, из которого будет создаваться покрытие;

Перенос созданного пара к поверхности, на которую вещество будет наноситься;

Конденсация пара на поверхность детали и создание покрытия из него.

Установка для хромирования литых дисков

Методы вакуумного напыления

Помимо вакуума, в напылении могут учувствовать и другие физические процессы. Нижеприведенная классификация также будет касаться и веществ, которые будут напыляться на поверхность.