離子鍍膜技術原理及工藝

(6-7)離子鍍膜工藝過程及應用範圍

王福貞

6 離子鍍膜工藝過程：

6.1 真空條件：

鍍膜室的真空度抽至（3—6）×10-3Pa，以減少殘餘氣體；

氣體管道必須嚴格保持密封；

鍍膜室器壁必須進行除氣：可以烘烤加熱，或在鍍膜室壁上加負偏壓，儘量減少雜質氣體的含量。

6.2 烘烤加熱：

烘烤加熱除了使鍍膜室壁除氣，

對工件進行加熱，以提高膜層的附著力。

6.3 離子轟擊淨化：

1）氬離子轟擊淨化是許多鍍膜技術提高膜基結合力的重要措施；

2）採用電弧離子鍍進行“主弧轟擊”是提高膜基結合力的關鍵措施：由於金屬離化率高，更多的金屬離子以高能量到達工件表面，可以將污染物轟擊下來；可以將基材原子濺射下來，露出基材原子的活性面；可以現成膜基的成分共混層。因此，在一磁控濺射為主的設備中都加柱弧源或矩形平面大弧源用於主弧轟擊，然後用磁控濺射靶進行鍍膜。

（1）採用脈衝偏壓電源的高檔，電壓值在（700—1000）V範圍。脈衝偏壓電源的占空比調整在20%左右，以利於迅速滅弧和高壓轟擊效果，如果採用直流或高的占空比，會使工件溫度升得太高。

（2）真空度2×10-2Pa，分子自由程長，金屬離子可以不經碰撞地以高能量到達工件。以清除工件表面的吸附氣體和污染物，以提高膜層的附著力。

6.4 沉積氮化鈦：

1）沉積純金屬層：

在工件基材和氮化鈦等化合物層間沉積延展性好的純金屬層，有利於化合物層與基體間的結合性能。因此用“主弧轟擊的措施沉積純金屬層也是當前採用的重要方法，較高能量的離子對工件的轟擊進一步加熱。

調整真空度和工件偏壓值：一般氬氣壓力為（1—3）×10-1Pa，採用脈衝偏壓電源的中檔，工件施加（300—500）V負偏壓。

2）沉積氮化鈦等化合物膜：

通入反應氣，調整氣體比例。工作氣體總壓強（3—5）×10-1Pa。

採用偏壓電源的低檔，將偏壓降至（100—200）V，占空比調整到60%—80%，可以加大偏流，提高鍍膜室內的等離子體密度。有利於反應沉積、提高膜基結合力、細化膜層組織。

3）配氣：

進行離子轟擊和鍍純金屬時採用氬氣。沉積氮化鈦等化合物膜時通入反應氣體，如N2、C2H2、O2、CO2等。採用品質流量計向鍍膜室通入選定比例的氣體，以保證獲得所需化合物塗層的化合比，保證塗層的色澤和性能。鍍膜過程中，各氣體的比例應該是不斷變化的。

在各段工藝的調整過程中，參數的調整應該是逐漸變化，以便使膜層組織、成分漸變，獲得低度層或過渡層。

7 離子鍍應用範圍

7．1 真空鍍膜的應用範圍：半導體積體電路、光導纖維、太陽能電池、太陽能熱水器、

太陽灶、光碟、磁片、敏感元件、平板顯示器、選擇吸收玻璃、智慧窗玻璃、人體植入部件等功能薄膜；

7．2 離子鍍膜技術應用範圍

工模具超硬塗層、航太軸承、機械零件；汽輪機葉片的耐蝕抗氧化塗層；

裝飾件、手機配件。

7．3 離子鍍薄膜的膜層結構

單源單層：氮化鈦塗層TiN、TiC、ZrN、CrN、AlN等。硬度約1800—2600Hv；

多元單層：TiCN、TiAlN等。硬度2200—2800Hv；

複合塗層：TiN/TiCN、TiN/TiCN/TiN、TiN/ZrN、TiN/CrN、TiN/AlN、TiN/C3N4、TiN/C3N4/DLC等。硬度3500—4500Hv；

納米結構塗層；多層膜中的每一層厚度為nm,也稱之為“調製週期”。各層可以是化合物/化合物，也可以是金屬非晶/納米金屬化合物，如：nc-TiN/a-Si3N4、Ti-Al-N、Ti-B-N等。調製週期6.8—30nm，硬度可達4700—10000Hv（47—100GPa）。

要求鍍膜機的配置能夠滿足沉積薄膜的厚度為0.2—5μm的納米多層膜。