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——功能性涂層設(shè)備
技術(shù)與服務
PVD是物理氣相沉積技術(shù)（Physical Vapor Deposition）的簡稱，是指在真空條件下，采用物理的方法將材料（俗稱靶材或膜料）氣化成氣態(tài)分子、原子或離子，并將其沉積在工件形成具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)，常見的PVD沉積技術(shù)有：蒸發(fā)技術(shù)、濺射技術(shù)、電弧技術(shù)。
離子鍍膜技術(shù)是PVD技術(shù)的一種，是指在PVD沉積過程中，被鍍材料形成金屬或者非金屬等離子體（如Ti離子，N離子），等離子體在偏壓電場的作用下，沉積在工件表面上。由于離子鍍過程中，離子的能量更強，離子繞射性更好，膜層的結(jié)合力更好，膜層致密性也更好，膜層性能更好。
離子鍍膜技術(shù)的應用非常廣泛，常見的有：裝飾性鍍膜，工具模具硬質(zhì)鍍膜以及各種功能膜層。
“濺射”是指具有一定能量的粒子（一般為Ar+離子）轟擊固體（靶材）表面，使得固體（靶材）分子或原子離開固體，從表面射出，沉積到被鍍工件上。磁控濺射是在靶材表面建立與電場正交磁場，電子受電場加速作用的同時受到磁場的束縛作用，運動軌跡成擺線，增加了電子和帶電粒子以及氣體分子相碰撞的幾率，提高了氣體的離化率，提高了沉積速率。
磁控濺射技術(shù)比蒸發(fā)技術(shù)的粒子能量更高，膜基結(jié)合力更好，“磁控濺射離子鍍膜技術(shù)”就是在普通磁控濺射技術(shù)的基礎(chǔ)上，在被鍍工件表面加偏壓，金屬離子在偏壓電場的作用力下，沉積在工件表面，膜層質(zhì)量和膜基結(jié)合力又遠遠好于普通的磁控濺射鍍膜技術(shù)。
根據(jù)靶材的形狀，磁控濺射靶可分為圓形磁控濺射靶、平面磁控濺射靶和柱狀磁控濺射靶。圓形靶主要用于科研和少量的工業(yè)應用，平面靶和柱狀靶在工業(yè)上廣泛使用，特別是柱狀靶，憑借超高的靶材利用率和穩(wěn)定的工作狀態(tài)，越來越多的被使用。
匯成第四代陰極電弧技術(shù)的簡稱，特點如下：
①采用永磁和脈沖電磁的復合磁場驅(qū)動，弧斑移動更快，弧斑更細碎，有效抑制“微液滴”；
②通過脈沖電磁場電壓和頻率的變化，能夠控制弧斑的運動，使得靶材燒蝕更加均勻，靶材利用率高；
③復合磁場能夠?qū)⒌入x子體推向被鍍工件，增強了工件附近的等離子密度，改變了沉積反應環(huán)境;
④可實現(xiàn)對涂層微觀組織結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控，大幅度提高涂層的綜合性能。
第二代增強磁控電弧涂層技術(shù)獨有的磁場控制技術(shù)使電弧在靶材整個表面做快速的移動，靶材表面被均勻刻蝕，涂層表面光滑致密，優(yōu)化了涂層結(jié)合力。
技術(shù)特點：
（1）電磁和永磁復合磁場驅(qū)動。
（2）提高靶材利用率。
（3）增強等離子體密度。
（4）有效抑制“大液體”。
（5）增大有效鍍區(qū)。
電磁過濾陰極技術(shù)（EFC）
脈沖電磁場與固定磁場復合在整個靶材表面掃描使靶材表面被均勻刻蝕，獨有的電磁電源可以正反方向輸出，控制弧斑在靶面均勻縮放，減少大顆粒的產(chǎn)生，涂層致密光滑。
特點：
類金剛石涂層經(jīng)常適用于汽車引擎以減少發(fā)動機的摩擦，黑色的色彩使DLC涂層在作為裝飾涂層(如:手表)上受到廣泛歡迎，并且由于其較低摩擦和無粘連系數(shù)，使其很好的運用在工具涂層。DLC涂層技術(shù)非常適用于機械的加工和鑄造/鍛造，以及鋁及塑料注塑模具的涂層。
類金剛石(DLC)涂層技術(shù)：
不同類型的類金剛石涂層，具有不同的生產(chǎn)技術(shù)。DLC涂層適用于極端磨損情況和高相對速度，甚至是在無潤滑運轉(zhuǎn)的條件下使用，具有卓越的耐磨蝕性、抗摩擦氧化性和附著性（防磨損），可承受在正常條件下會立刻導致磨損和冷焊的表面壓力，將摩擦損失降至最小，良好的耐腐蝕性使基體免受破壞性攻擊。
HIPIMS是高功率脈沖磁控濺射技術(shù)（High power impulse magnetron sputtering）的簡稱，其原理是利用較高的脈沖峰值功率和較低的脈沖占空比來產(chǎn)生高濺射金屬離化率的一種磁控濺射技術(shù)，HIPIMS的峰值功率可以達到MW級別，但由于脈沖作用時間短，其平均功率與普通磁控濺射一樣，這樣陰極不會因過熱增加靶材冷卻。HIPIMS綜合了磁控濺射低溫沉積、表面光滑、無顆粒缺陷和電弧離子鍍金屬離化率高、膜層結(jié)合力強、涂層致密的優(yōu)點，且離子束流不含大顆粒，在控制涂層微結(jié)構(gòu)的同時獲得優(yōu)異的膜基結(jié)合力，在降低涂層內(nèi)應力及提高膜層致密性、均勻性等方面具有顯著的優(yōu)勢，被認為是PVD發(fā)展史上近30年來很重要的一項技術(shù)突破，特別是在硬質(zhì)涂層和功能涂層的應用方面有顯著優(yōu)勢。
表1 HIPIMS與直流磁控管參數(shù)比較
| 參數(shù) | HIPIMS | 直流磁控管 |
| 工作壓力 | 10-4~10-2 Torr | 10-4~10-2 Torr |
| 陰極電流密度 | JMAX≤10A/cm2 | JMAX≤0.1A/cm2 |
| 放電電壓 | 0.5 – 1.5 kV | 0.3 – 0.6 kV |
| 血漿密度 | ≤ 1013 cm-3 | ≤ 1011 cm-3 |
| 陰極功率密度 | 1 – 3 kW/cm2 | < 0.1 kW/cm2 |
| 電離分數(shù) | 30% – 90% | < 1% |
HIPIMS中靶材上的高峰值功率脈沖導致等離子體電子密度高達1019m-3，這比DCMS濺射法高三個數(shù)量級。這些高的等離子體密度促進濺射材料的電離，形成電離的濺射材料通量，其中電離分數(shù)可達到90％。離子通量受到電磁力的作用，因此可以控制其方向和能量。通過精確控制，目標材料離子通量可用于執(zhí)行基板預處理以及增強薄膜和器件性能。增強的示例包括增加的膜密度以及膜附著力的顯著改善。
對大多數(shù)中碳合金結(jié)構(gòu)鋼零件， 其硬度較硬質(zhì)膜低的多，僅沉積幾微米厚的PVD膜層，難以有效地提高其 耐磨性、疲勞強度以及抗塑性變形能力。鋼鐵滲氮后，在其表面形成氮的化合物和擴散層，提高了零件表層硬度。 氮化件較未滲氮件更適合作為PVD膜層的基體。
刻蝕技術(shù)是氣體離子刻蝕及輔助沉積技術(shù)的簡稱，基本原理如下：
① 在涂層前，利用GIS氣體離子源將氬氣和氫氣離化，產(chǎn)生的氣體離子（Ar+和H+）在偏壓作用下，對產(chǎn)品表面進行刻蝕清洗；
② 在涂層中，利用GIS氣體離子源將氬氣、氮氣、氧氣等反應氣體離化，輔助濺射或電弧沉積；
刻蝕技術(shù)的優(yōu)點如下：
① 氣體等離子體能量范圍寬，可強可弱，適用于各種類型的工件；
② 有效去除表面氧化層，刻蝕清洗效果更徹底，膜基結(jié)合力好；
③ 輔助沉積，有利于涂層致密性、改善鍍膜均勻性；
離子輔助蒸發(fā)鍍膜技術(shù)，是在傳統(tǒng)的蒸發(fā)鍍膜的基礎(chǔ)上，利用離子鍍的原理，提高蒸發(fā)鍍膜的離化率，進而提高蒸發(fā)鍍膜層的性能。
離子輔助蒸發(fā)技術(shù)鍍鋁技術(shù)廣泛應用于各種軍用、民用的防腐功能涂層，用于替代電鍍，例如：釹鐵硼表面鍍鋁防腐，航空緊固件鍍鋁防腐等。
磁控濺射是一種理想的金屬蒸發(fā)靶源：放電工作穩(wěn)定、沉積速率易控、鍍膜均勻好。但是，在進行化學反應性鍍膜（TiN、TiO2）時，通入的反應性氣體，會造成磁控靶面的毒化（化學反應），蒸發(fā)速率的急劇降低…等一系列雪崩式后果，造成磁控濺射反應鍍膜極大的不穩(wěn)定性和不可控性，為了解決這一問題，北京丹普表面技術(shù)有限公司開發(fā)出矩形氣體離子源。
氣體離子源的優(yōu)點：
● 無燈絲、無空心陰極、無熱陰極、無柵極，氣體離子源上不產(chǎn)生金屬濺射污染；適用于任何惰性和反應性氣體，以及它們的混合氣；
● 結(jié)構(gòu)簡單，絕緣性好、使用壽命長、很少維護需要；
● 矩形結(jié)構(gòu)，與矩形磁控濺射源尺寸完全匹配，并向真空室鍍膜區(qū)域均勻布氣；
● 在磁控濺射的真空范圍內(nèi)，離子源能夠正常穩(wěn)定放電工作；離子源需要進氣量符合磁控濺射源的工作條件；
● 端法蘭結(jié)構(gòu)密封，方便安裝。360度任意調(diào)整布氣方向。
氣體離子源技術(shù)的應用：
1、GIMS-TiN（1微米以上的厚TiN膜），再鍍Au（合金）或玫瑰金等（高檔IPG）。單爐一次性完成；
2、GIMS-SS+TiN（厚膜），再鍍Au（合金）或玫瑰金等（單爐一次性完成）。然后，再進行部分掩膜退去外層的TiN層和金層，實現(xiàn)白和金色的雙色效果；
3、通入Ar氣GIS放電，實現(xiàn)Ar離子的轟擊清洗功能---等離子體處理（清洗），代替了衛(wèi)浴潔具電鍍工件的水質(zhì)超聲清洗功能。實現(xiàn)了綠色環(huán)保技術(shù)要求；
4、對半導體集成電路表面進行GIS-Ar離子轟擊清洗，加強塑料封裝外殼表面金屬化的膜層結(jié)合力。
氣體濺射技術(shù)氣體離子源增強磁控濺射技術(shù)，分為兩種：匯聚氣離濺射和空分氣離濺射。
離子源的作用：
1、等離子體清洗
2、離化反應氣體
3、輔助沉積
4、抑制靶中毒
5、后離子氧化處理
匯聚氣離濺射技術(shù)：
氣體離子源對反應氣體進行離化和布氣，在離子源電源電場的作用下，大量氣體離子獲得動能（溫度）飛向工件表面，產(chǎn)生轟擊作用，從而有效的增強了磁控濺射的反應離子鍍膜效應。在反應鍍膜過程中，氣體離子轟擊工件表面，表面上不穩(wěn)固的離子被轟落，膜層結(jié)構(gòu)被“夯實”，更加致密和平滑。
該技術(shù)應用在類金剛石（DLC）鍍膜中，取得了非常好的效果。
空分氣離濺射技術(shù)：
在同一氣離濺射鍍膜系統(tǒng)上，將氣體離子源的布氣方向轉(zhuǎn)離開磁控濺射靶的鍍膜區(qū)域。實現(xiàn)了磁控濺射金屬鍍膜過程和氣體離子源離化轟擊反應過程在“空間”上的分離。一個工件在通過磁控濺射對靶時涂覆金屬性膜層，再移動到氣體離子源面前時進行反應氣體離子的轟擊反應過程（如氮化），這就是所謂的空（間）分（離）氣離濺射反應離子鍍。
對于控制濺射靶的毒化有非常好的效果，使反應濺射離子鍍更加可控，鍍膜的窗口更寬。
MPCVD（微波等離子技術(shù)）因為能夠制備大面積、高質(zhì)量的金剛石，被認為是未來制備人造金剛石最理想的方法。
主要特點：等離子體中電子密度高，產(chǎn)生原子H的濃度大，沒有電極污染，能夠在較大壓力下產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體，生長的金剛石膜的質(zhì)量較高。
微波法能夠制備大面積、高質(zhì)量的金剛石，是未來制備人造金剛石最理想的方法，微波CVD法能夠制備高品級的金剛石，經(jīng)過加工后可以作為鉆石等裝飾品，其價格也僅天然鉆石的四分之一左右。由于純度高的單晶金剛石不僅能夠做成珠寶，其在電學、光學、力學和熱學等方面的優(yōu)異特性還使它能夠在半導體、5G通訊、高端裝備、軍工等科技領(lǐng)域作為核心材料使用。
HCVAC-PVD
