Физическое осаждение из паровой фазы - Physical vapor deposition

Внутри плазмы -spray физического осаждения из паровой фазы (PVD-PS) камеры, керамический порошок вводят в пламя плазмы, которое испаряется, а затем конденсируется на (охладитель) заготовки с образованием керамического покрытия.
Схема технологического процесса PVD

Физическое осаждение из паровой фазы ( PVD ), иногда (особенно в контексте выращивания монокристаллов ), называемое физическим паровым переносом ( PVT ), описывает различные методы вакуумного осаждения, которые можно использовать для получения тонких пленок и покрытий. PVD характеризуется процессом, при котором материал переходит из конденсированной фазы в паровую фазу, а затем обратно в тонкопленочную конденсированную фазу. Наиболее распространенными процессами PVD являются распыление и испарение . PVD используется при производстве изделий, которым требуются тонкие пленки для механических, оптических , химических или электронных функций. Примеры включают полупроводниковые устройства, такие как тонкопленочные солнечные панели , алюминированную пленку ПЭТ для упаковки пищевых продуктов и воздушных шаров , а также режущие инструменты с покрытием из нитрида титана для металлообработки. Помимо инструментов PVD для изготовления, были разработаны специальные инструменты меньшего размера (в основном для научных целей).

Исходный материал также неизбежно откладывается на большинстве других поверхностей внутри вакуумной камеры, включая крепления, используемые для удержания деталей.

Примеры

Для измерения физических свойств PVD-покрытий можно использовать различные методы определения характеристик тонких пленок, такие как:

  • Calo tester : испытание толщины покрытия
  • Наноиндентирование : испытание на твердость тонкопленочных покрытий
  • Тестер на дисках : испытание на износ и коэффициент трения
  • Тестер царапин : тест на адгезию покрытия
  • Рентгеновский микроанализатор: исследование структурных особенностей и неоднородности элементного состава поверхностей роста

Сравнение с другими методами осаждения

Преимущества

  • Покрытия PVD иногда более твердые и более устойчивые к коррозии, чем покрытия, нанесенные гальваническим способом. Большинство покрытий обладают высокой температурой и хорошей ударной вязкостью, отличной стойкостью к истиранию и настолько долговечны, что защитные финишные покрытия необходимы редко.
  • Возможность использования практически любого типа неорганических и некоторых органических материалов покрытия на столь же разнообразной группе субстратов и поверхностей с использованием самых разных отделок.
  • Более экологически чистый, чем традиционные процессы нанесения покрытий, такие как гальваника и окраска.
  • Для нанесения одной пленки можно использовать более одного метода.

Недостатки

  • Конкретные технологии могут накладывать ограничения; например, перенос прямой видимости типичен для большинства методов нанесения покрытия PVD, однако некоторые методы позволяют полностью покрыть сложные геометрические формы.
  • Некоторые технологии PVD обычно работают при очень высоких температурах и вакууме, что требует особого внимания со стороны обслуживающего персонала.
  • Требуется система охлаждающей воды для отвода больших тепловых нагрузок.

Анизотропные очки

Этот рисунок дает простую иллюстрацию процесса PVD, когда желаемые осажденные молекулы газа попадают в камеру после конденсации, а затем снова конденсируются на тонкой пленке, такой как анизотропное стекло.

PVD можно использовать в качестве приложения для изготовления анизотропных стекол с низким молекулярным весом для органических полупроводников. Чтобы понять, какие свойства этого стекла делают его полезным, сначала краткое представление о механизме. Параметр, необходимый для образования этого типа стекла, - это молекулярная подвижность и анизотропная структура на свободной поверхности стекла. Конфигурация полимера важна там, где он должен находиться в более низком энергетическом состоянии, прежде чем добавленные молекулы погребут материал в результате осаждения. Этот процесс добавления молекул к структуре начинает уравновешивать и набирать массу и объем, чтобы иметь большую кинетическую стабильность. Упаковка молекул здесь через PVD является лицевой, то есть не на длинном хвосте, что позволяет дополнительно перекрывать пи-орбитали, что также увеличивает стабильность добавленных молекул и связей. Ориентация этих добавленных материалов зависит в основном от температуры, когда молекулы будут осаждаться или извлекаться из молекулы. Уравновешивание молекул - это то, что обеспечивает стеклу его анизотропные характеристики. Анизотропия этих стекол ценна тем, что позволяет повысить подвижность носителей заряда, а более высокая плотность стекла также увеличивает перенос заряда. Этот процесс упаковки в стекло анизотропным способом ценен из-за его универсальности и того факта, что стекло дает дополнительные преимущества помимо кристаллов, такие как однородность и гибкость состава.

Декоративные аппликации

Путем варьирования газов и продолжительности процесса физическим осаждением из паровой фазы на нержавеющую сталь можно получить различные цвета. Получающийся в результате цветной продукт из нержавеющей стали может иметь вид латуни, бронзы и других металлов или сплавов. Эта нержавеющая сталь с PVD-покрытием может использоваться в качестве внешней облицовки зданий и сооружений, таких как скульптура Сосуд в Нью-Йорке и Набережная в Шанхае. Он также используется для внутренней фурнитуры, панелей и светильников и даже используется в некоторой бытовой электронике, такой как космический серый и золотой отделки iPhone и Apple Watch.

Другие приложения

Как упоминалось ранее, PVD-покрытия обычно используются для улучшения твердости, износостойкости и окисления. PVD-окрашенные. Таким образом, такие покрытия используются в широком диапазоне применений, таких как:

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Андерс, Андре, изд. (3 октября 2000 г.). Справочник по плазменной иммерсионной ионной имплантации и осаждению . Wiley-VCH. ISBN 978-0471246985.
  • Бах, Ганс; Краузе, Дитер (10 июля 2003 г.). Тонкие пленки на стекле . Springer. ISBN 978-3540585978.
  • Буншах, Ройтан Ф. (31 декабря 1994 г.). Справочник по технологиям осаждения пленок и покрытий (второе изд.). Издательство Уильям Эндрю. ISBN 978-0815517467.
  • Глейзер, Ганс Иоахим (2000). Покрытие стекла большой площади . Von Ardenne Anlagentechnik GMBH. ISBN 978-3000049538.
  • Глокер, Д.; Шах, С. (17 декабря 2001 г.). Справочник по технологии обработки тонких пленок . CRC Press. ISBN 978-0750308328.
  • Махан, Джон Э (1 февраля 2000 г.). Физическое осаждение тонких пленок из паровой фазы . Wiley-Interscience. ISBN 978-0471330011.
  • Маттокс, Дональд М. (19 мая 2010 г.). Справочник по обработке методом физического осаждения из паровой фазы (PVD) (второе изд.). Издательство Уильям Эндрю. ISBN 978-0-815-52037-5.
  • Маттокс, Дональд М. (14 января 2004 г.). Основы технологии вакуумных покрытий . Издательство Уильям Эндрю. ISBN 978-0815514954.
  • Mattox, Donald M .; Маттокс, Вививен Харвуд (2007). 50 лет технологии вакуумного покрытия и рост общества специалистов по вакуумному нанесению покрытий . Общество производителей вакуумных покрытий. ISBN 978-1878068279.
  • Оринг, Милтон (26 октября 2001 г.). Материаловедение тонких пленок, второе издание . Академическая пресса. ISBN 978-1493301720.
  • Пауэлл, Кэрролл Ф .; Оксли, Джозеф H .; Блохер, Джон Милтон (1966). Клерер, Дж. (Ред.). «Осаждение из паровой фазы». Журнал Электрохимического общества . Электрохимическое общество. 113 (10): 226–269. ASIN  B007T4PDL6 . DOI : 10.1149 / 1.2423765 .
  • Снайдер, Тим (6 мая 2013 г.). «Что такое колеса PVD - спросите в НАСА» . 4wheelonline.com . 4WheelOnline.com . Дата обращения 3 октября 2019 .
  • Вествуд, Уильям Д. (2003). Распыление - Серия книг Комитета по образованию AVS, Vol. 2 . Комитет по образованию, AVS. ISBN 978-0735401051.
  • Уилли, Рональд Р. (15 декабря 2007 г.). Практический мониторинг и контроль тонких оптических пленок . Willey Optical, консультанты. ISBN 978-0615181448.
  • Уилли, Рональд Р. (27 октября 2007 г.). Практическое оборудование, материалы и процессы для оптических тонких пленок . Willey Optical, консультанты. ISBN 978-0615143972.

внешние ссылки