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1、经作者授权，版权所有归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意，任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义，或用于商业用途。东北大学第八期真空技术培训班经作者授权，版权所有归东北大学真空与流体工程研究中心与原作者共有。未经本中心及原著者同意，任何人或任何单位不得私自拷贝、刻录、传播、转载本讲义，或用于商业用途。主讲人：张以忱真空镀膜技术基础真空镀膜技术基础Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China真空技术真空技术o一.真空技术概况（巴德纯）o二.真
2、空工程理论基础（张世伟）o三.干式真空泵原理与技术基础（巴德纯）o四.真空系统组成与设计基础（刘坤）o五.真空获得设备原理与技术基础（张以忱）o六.真空测量技术基础（刘玉岱）o七.真空镀膜技术基础（张以忱）o八.质谱原理与真空检漏（刘玉岱）o九.真空冶金技术基础（王晓冬）o十.真空与低温技术及设备（徐成海）东北大学第八期东北大学第八期培训系列之培训系列之Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China主要内容主要内容o1.1.真空镀膜概论真空镀膜概论o2.2.真空蒸发镀膜真空蒸发镀膜o3.
3、3.真空溅射镀膜真空溅射镀膜o4.4.真空离子镀膜和离子束沉积真空离子镀膜和离子束沉积 技术技术Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1.1.真空镀膜概论真空镀膜概论Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1.1 1.1 真空镀膜技术真空镀膜技术o真空镀膜 在真空条件下利用某种方法，在固体表面上镀一层与基体材料不同的薄膜材料，也可以利用固体本身生成一层与基体不同的薄膜
4、材料，即真空镀膜技术。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1.2 1.2 真空镀膜特点真空镀膜特点o在真空条件下镀膜，膜不易受污染，可获得纯度高、致密性好、厚度均匀的膜层。o膜材和基体材料有广泛的选择性，可以制备各种不同的功能性薄膜。o薄膜与基体附着强度好，膜层牢固。o对环境无污染。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1.3 1.3 真空镀膜技术分类真空镀膜技术
5、分类o物理气相沉积（PVD）如：热蒸发沉积、溅射沉积、离子镀和分子束外延o化学气相沉积（CVD）如：热化学气相沉积、光化学气相沉积、等离子体化学气相沉积o物理-化学气相沉积（PCVD）Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China真真空空表表面面处处理理技技术术的的分分类类Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China各各种种干干式式镀镀膜膜技技术术的的比比较较Vacuum and
6、 Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1.4 1.4 真空镀膜的应用真空镀膜的应用 薄膜的应用非常广泛，它可以应用于电子、机械、光学、能源、轻工、食品、建筑、装饰等工业方面以及传感器、变换器等。此外，塑料表面金属薄膜以及金属表面的塑料薄膜广泛应用于日常生活各方面。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China薄薄膜膜的的应应用用Vacuum and Fluid Engineering Rese
7、arch Center of Northeastern University,China2.2.真空蒸发镀膜真空蒸发镀膜Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.1 2.1 真空蒸发镀膜原理真空蒸发镀膜原理o将膜材置于真空中，通过蒸发源对其加热使其蒸发，蒸发的原子或分子从蒸发源表面逸出。由于高真空气氛，真空室中气体分子的平均自由程大于真空室的线性尺寸，故此蒸汽分子很少与其它分子相碰撞，以直线方式达到基片表面，通过物理吸附和化学吸附凝结在基片表面，形成薄膜。这就是真空蒸发镀膜的基本
8、原理。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China真空蒸发镀膜原理图真空蒸发镀膜原理图1.基本加热电源2.真空室3.基片架4.基片5.膜材6.蒸发舟7.加热电源8.抽气口9.真空密封10.挡板11.蒸汽流Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China蒸发镀膜成膜条件蒸发镀膜成膜条件o真空条件o蒸发条件o清洗条件 Vacuum and Fluid Engineering Resea
9、rch Center of Northeastern University,Chinao真空条件 蒸镀室内真空度应高于10-2Pa 室内残余气体的分子到达基片表面上的几率900(简称HT-CVD)o中温化学气相沉积 沉积温度700900（简称MT-CVD）o等离子体增强化学气相沉积 沉积温度600（简称PECVD）o常压化学气相沉积（APCVD）Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.6高温化学气相沉积技术o2.6.1 HT-CVD硬质涂层的分类 o2.6.2 HT-CVD的主
10、要工艺参数o2.6.3HT-CVD对基体材料的要求o2.6.4HT-CVD技术一般工艺过程Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.6.1HT-CVD硬质涂层的分类 适合作硬质涂层的金属化合物种类很多，它们按化学键的特征，一般分为金属键、共价键、离子键三个类型。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.6.2HT-CVD的主要工艺参数o1）沉积温度o2）反应室压力o
11、3）各反应气体分压（配比）o4）涂层和基体界面Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.6.3HT-CVD对基体材料的要求o高温化学气相沉积工艺技术对硬质合金基体材料性能要求主要有以下几方面：o1）具有好的抗高温脱碳能力o2）具有高抗弯强度和韧性o3）具有高的热硬性和抗高温塑性变 形能力 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.6.4HT-CVD技术一般工艺过程o
12、1）工件沉积前处理o2）装炉o3）检漏o4）加热升温o5）沉积o6）冷却o7）检查、包装Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.7中温化学气相沉积技术o2.7.1MT-CVD反应机理o2.7.2含C/N有机化合物的选用o2.7.3主要工艺参数的影响o2.7.4MT-CVD工艺过程及设备Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.7.1MT-CVD反应机理o 所谓MT
13、-CVD技术，是以含C-N原子团的有机化合物，如：CH3CN(乙腈)、(CH3)3N（三甲基胺）、CH3(NH)2CH3（甲基亚胺）、HCN（氢氰酸）等为主要反应原料气体，和TiCl4、H2、N2等气体在700900温度下，产生分解、化合反应，生成TiCN的一种新方法。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.7.2含C/N有机化合物的选用o在MT-CVD技术中，常用的几种含C/N有机化合物有：CH3CN(乙腈)、(CH3)3N（三甲基胺）、CH3(NH)2CH3（甲基亚胺）、H
14、CN（氢氰酸）。研究认为，这几种含C/N有机化合物都能在550以上与TiCl4、H2反应生成TiCN，但其中CH3CN在生成TiCN反应中产生的副产物少，对涂层性能有利，再加上其使用性能好、毒性相对小等优点，所以在MT-CVD技术中一般均采用CH3CN作为反应气体。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.7.3主要工艺参数的影响o1）沉积温度对沉积速率的影响o2）TiCl4/H2摩尔比对沉积速率的影响o3）沉积反应压力对沉积速率的影响o4）影响涂层成分的主要因素o5）基体和界面
15、对涂层质量的影响Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.7.4MT-CVD工艺过程及设备oMT-CVD技术所用设备系统，基本和HT-CVD技术是一样的，只是在设备系统中附加一套C-N有机化合物的蒸发、输送及流量、压力控制系统，即可满足MT-CVD技术要求。o中温化学气相沉积工艺过程除沉积工艺外，其他各工序都和HT-CVD工艺过程一样。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,C
16、hinaMT-CVD技术沉积工艺参数o沉积温度：700900；o沉积反应压力：200020000Pa；o主要反应气体摩尔比：CH3CN/TiCl4/H2=0.01/0.02/1左右；o沉积时间：14h。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China第三章等离子体增强化学气相沉积技术o3.1 PECVD的定义及分类 o3.2 PECVD的工艺过程o3.3 PECVD的特点 o3.4射频等离子体化学气相沉积技术o3.5直流等离子体辅助化学气相沉积技术o3.6脉冲直流等离子体化学气相沉积技术
17、o3.7激光化学气相沉积技术 o3.8金属有机化学气相沉积技术 o3.9微波等离子体化学气相沉积技术 o3.10分子束外延技术Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.1 PECVD的定义及分类o等离子体增强化学气相沉积技术（简称PECVD）采用气态物质源，工件接负高压电源。在等离子体电场中气体通过激发、离解、电离、离解电离、离解附着等过程变成为高能量的气体离子，分子离子、高能中性原子、自由基的高能粒子。在阴极工件表面反应沉积为金属硬质涂层化合物。Vacuum and Fluid
18、 Engineering Research Center of Northeastern University,Chinao等离子体增强化学气相沉积技术种类很多，如直流PECVD、脉冲直流PECVD、金属有机化合物PECVD、射频PECVD、微波PECVD、弧光PECVD等。3.1 PECVD的定义及分类Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.2 PECVD的工艺过程1）安装工件。2）加热工件。3）抽真空。4）轰击净化或离子渗氮。5）按需要通入反应气体沉积硬质涂层。6）沉积工序
19、结束后，停止通入反应气体移开加热炉进行冷却，冷至100以下，即可打开沉积室取出涂层制品,经检查合格后,包装入库。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.3 PECVD的特点o1）与CVD技术相同，膜层元素来源于气态物质，设备结构简单。o2）与CVD技术相同，膜层的绕镀性好。o3）与CVD技术相同，膜层的成分可在很大程度上任意调控，容易获得多层膜。o4）与CVD技术相比，由于非平衡等离子体激活反应粒子代替传统的加热激活，它可使集体的沉积温度显著降低。o5）涂层沉积前，可以对钢基体
20、进行等离子渗氮，然后再进行涂层。这样渗氮和涂层在一炉同时完成，不仅简化了工艺、提高了生产效率，而且使涂层制品的性能有了更进一步的提高。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.4射频等离子体化学气相沉积技术o以射频(RF)辉光放电的方法产生等离子体的化学气相沉积装置，称为射频等离子体化学沉积（RF-PCVD）.o一般射频放电有电感耦合和电容耦合两种。o为提高沉积薄膜的性能，在设备上，对等离子体施加直流偏压或外部磁场。o射频等离子体CVD可用于半导体器件工业化生产中SiN和Si02
21、薄膜的沉积。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China直流偏压式射频等离子体CVD装置Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China主要的工艺参数：o1）射频功率o2）气体流量o3）工作气压o4）温度Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.5直流等离子体辅助化学
22、气相沉积技术Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,ChinaVacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,Chinao上图是直流等离子辅助化学气相沉积装置(DC-PCVD)的示意图，和上面谈及的RF-PCVD装置相比，最大的不同是电源。由图可知，DC-PCVD主要包括炉体（反应室）、直流电源与电控系统、真空系统、气源与供气系统、净化排气系统。这个装置，适宜把金属卤化物或含有金属的有机化合物经热
23、分解后电离成金属离子和非金属离子，从而为渗金属提供金属离子源。o目前，DC-PCVD技术，基本上可实现批量应用生产，可以沉积超硬膜，如TiN、TiC、Ti(C，N)等超硬膜。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.6脉冲直流等离子体CVD技术Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,ChinaVacuum and Fluid Engineering Research Cente
24、r of Northeastern University,China主要工艺参数：o1）脉冲电压o2）脉冲频率o3）工作气压o4）气体配比o5）温度Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.7激光化学气相沉积技术o激光化学气相沉积是用激光诱导来促进化学气相沉积。它的沉积过程是激光光子与反应主体或衬底材料表面分子相互作用的过程，依据激光的作用机制，可分为激光热解沉积和激光光解沉积。o激光化学气相沉积装置，主要由激光器、导光聚焦系统、真空系统与送气系统和沉积反应室等部件组成。Vacu
25、um and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China激光CVD工艺的特点o和一般的CVD工艺特点相比，激光CVD工艺也有其独特的特点。如可局部加热选区沉积，膜层成分灵活，可形成高纯膜、多层膜，也可获得快速非平衡结构的膜层，沉积速率高，而且可低温沉积(基体温度200)；还可方便地在工艺上实现表面改性的复合处理。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China激光CVD工艺的应用：o激光化学气相沉积是
26、近几年来迅速发展的先进表面沉积技术，其应用前景广阔。在太阳能电他，超大规模集成电路，特殊的功能膜及光学膜、硬膜及超硬膜等方面都会有重要的应用。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.8金属有机化学气相沉积技术o金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)是使用金属有机化合物和氢化物(或其他反应气体)作原料气体的一种热解CVD法(金属有机源MO也可在光解作用下沉积)。它能在较低温度下沉积各种无机物材料，诸如金属氧化物、氢化物、碳化物、氟化物及化合物半导体材料和单晶外延膜。Vacuum
27、and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,Chinao与传统的CVD相比，MOCVD沉积温度低，沉积能力强。主要缺点是沉积速度较慢，仅适合沉积微米级的表面膜层，而所用的原料MO源，往往又具毒性，这给防护和工艺操作带来难度。o金属有机化学气相沉积设备一般由反应室、反应气体供给系统、尾气处理系统和电气控制系统等四个部分组成。反应室又分卧式和竖式。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,ChinaVacuum
28、and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,ChinaMOCVD的应用：o1）化合物半导体材料：MOCVD的发展和技术的提升，主要用于微电子领域，特别是半导体材料外延工艺的要求。o2）涂层材料：这里所指的涂层材料主要是各种金属、氧化物、氮化物、碳化物和硅化物等。o3）在器件上的应用，电子器件和光器件。o4）细线和图形的描绘Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.9微波等离子体化学气相沉积技术o
29、微波放电具有放电电压范围宽、无放电电极、能量转换率高、可产生高密度的等离子体。在微波等离子体中，不仅含有高密度的电子和离子，还含有各种活性基团(活性粒子)，可以在工艺上实现气相沉积、聚合和刻蚀等各种功能，是一种先进的现代表面技术。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,Chinao微波等离子体化学气相沉积装置：o1）微波等离子体CVD装置o2）电子回旋共振等离子体CVD装置o(ECR Microwave Plasma CVD Reactor)Vacuum and Fluid Engineer
30、ing Research Center of Northeastern University,ChinaVacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,ChinaVacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China应用：o微波等离子体CVD设备昂贵，工艺成本高。在设汁选用微波等离子体CVD沉积薄膜时，重点应考虑利用它具有沉积温度低和沉积的膜层质优的突出优点。因此，它主要应用于低温高速沉积各种优质薄膜
31、和半导体器件的刻蚀工艺。目前，应用在制备优质的光学用金刚石薄膜较多。美国已经研制成半球形的金刚石导弹整流罩，并已实现了实用。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.10分子束外延技术（MBE）o分子束外延技术是在超高真空条件下一种或多种组元加热的原子束或分子束以一定的速度射人被加热的基片上面进行的外延生长。分子束外延把生长的薄膜材料的厚度从微米量级推进到亚微米量级。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeast
32、ern University,ChinaMBE的特点：o1）超高真空下进行的干式工艺，提供了极为清洁的生长环境o2）生长温度低，可清除体扩散对组分和掺杂浓度分布的干扰。o3）膜的生长速率高度可控。o4）可在大面积厂得到均匀性、重复性、可控制好的外延生长膜。o5）MBE是在非平衡态下生长，因此可以生长不受热力学机制控制的外延技术(如液相外延等技术)无法生长的又处于互不相溶的多元素材料.o6）MBE配置了多种在线原位分析仪器，可进行原位观察。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,ChinaMB
33、E装置的分类：o1）固态源分子束外延(SSMBE)o2）气态源分子束外延(GSMBE)o3）化学束外延（CBE）o4）金属有机物分子束外延o5）等离子体分子束外延（P-MBE）Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China分子束外延工艺：o1）化学清洗处理o2）热处理脱附o3）外延生长o4）掺杂Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China第四章 气相沉积设备o化学气相沉积工艺，是
34、一个复杂的化学反应过程，它需要对沉积温度和各反应气体蒸发、生成温度；系统压力和各反应气体分压；各种反应气体流量；沉积时间等多项工艺参数进行严格控制，只有这样才能保证涂层制品的质量。所以生产用CVD涂层设备系统设计制造是非常重的。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,ChinaCVD涂层设备系统主要技术指标 o1）涂层材料种类o2）涂层工艺种类o3）沉积室有效恒温区尺寸o4）加热炉o5）沉积室反应气体压力o6）操作方式Vacuum and Fluid Engineering Research
35、 Center of Northeastern University,ChinaCVD涂层设备系统各部分功能及设计要求o1)原料气体配送及再净化系统o2)金属卤化物及含C/N有机化合物蒸发、制取及输送系统o3)加热炉及温控系统o4)沉积室、底座及冷却罩系统o5)加热炉和沉积室升、降、移位系统o6)反应气体流量和沉积室压力控制系统o7)真空及废气处理系统o8)计算机自动控制系统Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China自动控制程序流程图Vacuum and Fluid Engineer
36、ing Research Center of Northeastern University,China第五章 预处理主要辅助设备o5.1清洗o5.2刃口强化 o5.3喷砂 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China5.1清洗o物件在涂层前，表面清洗质量好坏十分重要，它直接影响到涂层质量和涂层与基体之间的结合强度，影响到涂层制品的使用性能，所以涂层前必须对处理物件严格的清洗，达到工艺规定的要求。在大批量生产中，一般均采用多工位、机械化或自动控制的成套超声波清洗设备。具体清洗工艺按物件
37、种类和表面情况、不同沉积工艺技术要求而有所不同。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,Chinao对在机械工业中应用的硬质涂层制品，如工具、模具及耐磨损、耐腐蚀零件等，涂层前清洗工艺是：o1）物件装夹。o2）脱脂。o3）清水清洗。o4）碱溶液喷淋清洗。o5）最后清洗。o6）用热风吹810min，要保证所有物件 完全干燥。o7）清洗干净的物件，放入干净、密封的柜子里备用，防止二次污 染。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of North
38、eastern University,China5.2刃口强化 o5.2.1刃口强化的作用 o1）使硬质合金刀具刃口由锋利的尖角，变成适当的圆弧，以提高刃口强度，改善刀具抗崩刃性能。o2）降低刀具（特别是刃口）的表面粗糙程度，增加涂层与基体之间的结合强度。o3）去掉刀具刃口的微小缺欠，改善刃口质量。o4）改善刀具表面应力状况，有利提高涂层质量。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China5.2.2刃口强化工艺及设备1）毛刷磨料研磨法工艺及设备2）振动磨料研磨工艺及设备Vacuum an
39、d Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China5.3喷砂o对一些表面脏污严重或氧化严重的物件，在清洗前要喷细砂处理。去除赃物及氧化层。而对一些有特殊要求的涂层制品，在涂层后也要求进行喷砂处理，改善涂层制品的应力状态，提高其抗破损的性能。o涂层硬质合金制品喷砂处理，可以采用一般的喷砂机或采用喷丸设备。所用石英砂粒度及粒度分布、玻璃丸的力度、气体压力、喷嘴到工件的距离和角度，都是影响喷砂效果的重要因素。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northe
40、astern University,China第六章 膜层质量测试 6.1膜层宏观性能检测 6.2膜层内在质量测试Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China6.1膜层宏观性能检测o1.膜层硬度测量o 涂层的硬度采用显微镜硬度计量。o 显微硬度有两种测试表示方法：o 1）维氏硬度o 2）奴氏硬度。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China2.膜层厚度测量o1）在线膜厚监控法o
41、 常用的有石英振荡法和极值法。o2）无损检测法、o3）破坏法o 常用的有金相显微镜法、轮廓仪法、多光束干涉仪法、球痕法和球面法等。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.膜层附着力测试o常用的方法有：o胶带剥离法o划线划格后急热急冷热循环试验法o划痕法Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China4.膜层内应力测试o1）X射线和电子衍射法o2）薄片变形法o3）光干涉法Va
42、cuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China6.2膜层内在质量测试o薄膜的性能取决于其内在质量，薄膜的内在质量包括：o1）成分o2）晶体结构o3）组织形貌 Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China1.显微组织形貌分析1）金相显微镜2）扫描电子显微镜（SEM）3）透射电子显微镜4）扫描隧道显微镜和原子力显微镜Vacuum and Fluid Engineering Researc
43、h Center of Northeastern University,China2.膜层的晶体结构分析o1）X射线衍射仪o2）电子衍射o3）拉曼谱仪Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China3.膜层成分分析o1）电子探针显微分析o2）俄歇电子能谱分析o3）X射线光电子能谱o4）离子探针显微分析Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China第七章气相沉积技术应用领域第七章气相沉
44、积技术应用领域o7.1在硬质涂层中的应用在硬质涂层中的应用 o7.2在防护涂层中的应用在防护涂层中的应用o7.3在光学薄膜中的应用在光学薄膜中的应用o7.4在建筑镀膜玻璃中的应用在建筑镀膜玻璃中的应用o7.5在太阳能利用领域中的应用在太阳能利用领域中的应用o7.6在集成电路中的应用在集成电路中的应用o7.7在信息显示器件中的应用在信息显示器件中的应用o7.8在信心存储中的应用在信心存储中的应用o7.9在装饰饰品中的应用在装饰饰品中的应用Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China7.1
45、在硬质涂层中的应用在硬质涂层中的应用 o硬质涂层在机械工业中，主要适用于切削工具、模具和耐磨损耐腐蚀零件的表面强化。硬质涂层能够显著提高工具、模具的使用寿命和被加工零件的质量。进入21世纪后，机械工业发展对涂层工具、模具工具性能的要求是“三高一专”（高效率、高精度、高可靠性和专业化）。例如，在显微硬度为920HV左右的高速钢刀具上沉积TiN硬质涂层后，硬度可到2000HV左右。刀具的使用寿命可以提高2-20倍。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China新型硬质涂层的发展趋势oTiC显
46、微硬度为2800-3000HV，具有较高的抗机械摩擦和抗磨料磨损性能。适于做硬质合金刀片多涂层底层。oZrN有一定的抗氧化能力，稳定性好。硬度比氮化钛高约2400HV，是应用比较广泛的硬质涂层。oCrN有很强的耐磨损性能、抗氧化性能，附着能力较高。常将它用作制备超硬复合涂层，应用加工钛合金等难加工材料。oTiB采用磁控溅射的方法沉积的TiB，显微硬度高达7000HV，具有很强的耐磨损性能。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China典型硬质涂层工具应用举例o各种硬质合金、高速钢以及耐磨
47、损和耐腐蚀零件，基本都采用沉积温度低的PVD、PECVD技术进行表面涂层处理，这样不需要再次热处理，变形小，保证模具和零件的精度及表面粗糙度。o工具名称：涂层高速钢滚刀o涂层技术及材料：PVD、TiNo使用条件：刀具：df115A级;加工材料:45钢180-210hbw;切削条件:刀具131r/min、v=47m/min、f=0.56mm/r、aD=4.62mmo效果：寿命比未涂层滚刀提高3倍Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China非金属超硬涂层沉积技术Vacuum and Flu
48、id Engineering Research Center of Northeastern University,China7.2在防护涂层中的应用o1.耐腐蚀涂层o离子镀代替电镀离子镀代替电镀o飞机钛合金紧固件采用无污染技术离子镀。离子镀技术中由于工件施加负偏压，可以形成伪扩散层，细滑膜层组织，因此可以显著提高膜层的耐腐蚀性能。o钢带的防护钢带的防护o汽车钢板及消声器、散热片，包装用的罐头盒，饼干盒，家电用的机箱，底板等用钢带采用真空镀代替原来的热镀铝后，寿命显著提高。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern
49、University,Chinao2热障涂层o由于燃气轮机叶片处于急冷急热工作状态，抗热腐蚀涂层与叶片基材之间结合力非常重要。为了提高这种结合力，多是在沉积前对叶片进行预加热，沉积后进行热处理。加热温度在950摄氏度左右，加热时间大约2个小时。Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China7.3在光学薄膜中的应用在光学薄膜中的应用o光学薄膜的气相沉积技术应用范围十分广泛o1.日常用品：眼镜电视机手机等 2.光学元件：光学仪器中各种滤光片、分色及分光元件o3.光学仪器：望远镜、显微镜，照相
50、机o4.光催化膜：飞机，汽车挡风窗用疏水膜，自清洁膜等 5.节能膜：太阳能电池，太阳能热水器，灯具反光罩等 6光学防伪膜：各种防伪贴片等 7.窗玻璃：遮阳玻璃 隔热玻璃Vacuum and Fluid Engineering Research Center of Northeastern University,China7.4在建筑镀膜玻璃中的应用o1智能窗玻璃o智能窗玻璃是在玻璃上制备了具有电致变色、光致变色、热致变色、气致变色的智能薄膜o2防雾防露和自清洁玻璃o防雾防露玻璃是TiO2薄膜具有的特性。在紫外线的照耀下，TiO2薄膜产生零度角的高亲水特性。Vacuum and Fluid En