Ва́куумне напи́лення або вакуумно-конденсаційний спосіб нанесення покриття (англ. physical vapour deposition, PVD — напилення конденсацією з парової (газової) фази) — група методів напилення покриттів (тонких плівок) у вакуумі, при яких покриття отримується шляхом прямої конденсації пари матеріалу, що наноситься.
З використанням методів вакуумного напилення отримують покриття товщиною від декількох ангстрем до декількох мікронів, зазвичай після нанесення покриття поверхня не потребує додаткового оброблення.
Загальна інформація
Техніка вакуумного (вакуумно-конденсаційного) способу нанесення покриття передбачає використання корпускулярного потоку речовини на рівні атомів, молекул, іонів і взаємодії цього потоку з поверхнею твердого тіла. Наслідком такої взаємодії є конденсація — осадження речовини на поверхню нанесення покриття, або насичення речовиною поверхневого шару — модифікування поверхневого шару легуванням чи імплантацією. Усі процеси відбуваються в умовах вакууму.
В англомовній літературі процеси, які використовують такі фізичні явища, як випаровування металевих матеріалів або катодне їх розпилення у вакуумі, іонізацію пари металів, фізичне осадження корпускулярного потоку речовини на поверхню холодної або дещо підігрітої основи, називаються PVD-процесами (англ. physical vapour deposition processes).
Стадії вакуумного напилення
Розрізняють такі стадії вакуумного напилення:
- Створення газу (пари) з частинок матеріалу напилення.
- Транспортування пари до поверхні напилення.
- Конденсація пари на поверхні напилення й формування покриття;
Класифікація
До групи методів вакуумного напилення належать низка технологій, що класифікуються за такими ознаками:
1) За способом отримання корпускулярного потоку металів та сполук, що напилюються на поверхню виробу:
- термічним випаровуванням металу або сполуки з безперервною або імпульсною дією джерела нагрівання на розпилюваний матеріал. При цьому можуть використовуватись такі методи нагрівання:
- резистивне нагрівання;
- високочастотне індукційне нагрівання;
- електродугове нагрівання (англ. cathodic arc deposition, Arc-PVD)
- випаровування електронним променем (англ. electron beam evaporation);
- випаровування лазерним променем (англ. pulsed laser deposition, pulsed laser ablation).
- іонним розпиленням металів і сполук.
2) За способом нанесення матеріалу покриття:
- конденсації з пари або конденсаційний спосіб (англ. evaporation) — нанесення через конденсацію неіонізованих або мало-іонізованих випарів металу або сполуки, які отримуються термічними методами шляхом випаровування;
- іонно-плазмове напилення (англ. ion plating або англ. plasma assisted physical vapor deposition; PA PVD) — нанесення пари металу або сполук випаровуванням та термічною сублімацією дуже іонізованих вакуумною дугою або іншим джерелом іонізації;
- іонне (плазмоіонне) розпилення (англ. sputtering) полягає у бомбардуванні позитивними іонами твердої мішені (катода) з матеріалу, що наноситься, з подальшим осадженням розпилених частинок на поверхні деталей. Часто цей процес називають катодним розпиленням. Джерелом позитивних іонів є плазма тліючого розряду в середовищі робочого газу (аргону, азоту, оксиду вуглецю) при невисокому тиску в камері (0,1…1 Па):
- молекулярно-променева епітаксія (англ. molecular beam epitaxy, MBE) — метод епітаксіального росту кристалів в умовах надвисокого (10−8 Па) вакууму.
3) За способами активації процесу нанесення покриття:
- без активації процесу покриття;
- реакційним методом, який дозволяє внаслідок реакції газів (азоту, кисню, аміаку, вуглеводневих газів) з парою металів отримати сполуки (нітриди, оксиди, карбіди тощо) на поверхні нанесення покриття.
Застосування
Вакуумне напилення застосовують для створення на поверхні деталей, інструментів і обладнання функціональних покрить — провідних, ізоляційних, зносостійких, корозієстійких, ерозієстійких, антифрикційних, протизадирних, бар'єрних тощо. Процес знайшов застосування при нанесенні декоративних покрить (нанесення позолоти). Є одним з основних процесів мікроелектроніки, де застосовується для нанесення електропровідних шарів (металізації). Вакуумне напилення використовується для отримання оптичних покрить: просвітлювальних, відбивних, .
Матеріалами для напилення служать мішені з різних матеріалів, металів (титану, алюмінію, вольфраму, молібдену, заліза, нікелю, міді, графіту, хрому), їх сплавів, сполук (SiO2, TiO2, Al2O3). В технологічне середовище може додаватись хімічно активний газ, наприклад ацетилен (для покрить, з вмістом вуглецю); азот, кисень. Хімічна реакція на поверхні підкладки активується нагріванням, або іонізацією та дисоціацією газу тією чи іншою формою газового розряду.
Див. також
Примітки
- ДСТУ 2491-94 Покриття металеві та неметалеві неорганічні. Терміни та визначення.
- Інженерія поверхні, 2007, с. 295.
Джерела
- Інженерія поверхні: Підручник / К. А. Ющенко, Ю. С. Борисов, В. Д. Кузнецов, В. М. Корж. — К. : Наукова думка, 2007. — 559 с. — .
- Mattox, Donald M. Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing: Film Formation, Adhesion, Surface Preparation and Contamination Control.. Westwood, N.J.: Noyes Publications, 1998. .
- Powell, Carroll F., Joseph H. Oxley, and John Milton Blocher (editors) Vapor Deposition. The Electrochemical Society series. New York: Wiley, 1966.
- Кузьмичёв А. И. Магнетронные распылительные системы. — К. : Аверс, 2008. — 244 с. — .
Посилання
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Вакуумне напилення |
- Society of Vacuum Coaters [ 14 квітня 2021 у Wayback Machine.] — сайт «Товариства з вакуумних покрить»
- PVD Animation [ 16 липня 2011 у Wayback Machine.] — анімація роботи установки вакуумного напилення
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Va kuumne napi lennya abo vakuumno kondensacijnij sposib nanesennya pokrittya angl physical vapour deposition PVD napilennya kondensaciyeyu z parovoyi gazovoyi fazi grupa metodiv napilennya pokrittiv tonkih plivok u vakuumi pri yakih pokrittya otrimuyetsya shlyahom pryamoyi kondensaciyi pari materialu sho nanositsya Model molekulyarnogo rivnya procesu vakuumnogo napilennya Ustanovka vakuumnogo napilennya Detali z pokrittyam z nitridu titanu otrimanim vakuumnim napilennyam z elektrodugovim nagrivannyam Z vikoristannyam metodiv vakuumnogo napilennya otrimuyut pokrittya tovshinoyu vid dekilkoh angstrem do dekilkoh mikroniv zazvichaj pislya nanesennya pokrittya poverhnya ne potrebuye dodatkovogo obroblennya Zagalna informaciyaTehnika vakuumnogo vakuumno kondensacijnogo sposobu nanesennya pokrittya peredbachaye vikoristannya korpuskulyarnogo potoku rechovini na rivni atomiv molekul ioniv i vzayemodiyi cogo potoku z poverhneyu tverdogo tila Naslidkom takoyi vzayemodiyi ye kondensaciya osadzhennya rechovini na poverhnyu nanesennya pokrittya abo nasichennya rechovinoyu poverhnevogo sharu modifikuvannya poverhnevogo sharu leguvannyam chi implantaciyeyu Usi procesi vidbuvayutsya v umovah vakuumu V anglomovnij literaturi procesi yaki vikoristovuyut taki fizichni yavisha yak viparovuvannya metalevih materialiv abo katodne yih rozpilennya u vakuumi ionizaciyu pari metaliv fizichne osadzhennya korpuskulyarnogo potoku rechovini na poverhnyu holodnoyi abo desho pidigritoyi osnovi nazivayutsya PVD procesami angl physical vapour deposition processes Stadiyi vakuumnogo napilennyaRozriznyayut taki stadiyi vakuumnogo napilennya Stvorennya gazu pari z chastinok materialu napilennya Transportuvannya pari do poverhni napilennya Kondensaciya pari na poverhni napilennya j formuvannya pokrittya KlasifikaciyaDo grupi metodiv vakuumnogo napilennya nalezhat nizka tehnologij sho klasifikuyutsya za takimi oznakami 1 Za sposobom otrimannya korpuskulyarnogo potoku metaliv ta spoluk sho napilyuyutsya na poverhnyu virobu termichnim viparovuvannyam metalu abo spoluki z bezperervnoyu abo impulsnoyu diyeyu dzherela nagrivannya na rozpilyuvanij material Pri comu mozhut vikoristovuvatis taki metodi nagrivannya rezistivne nagrivannya visokochastotne indukcijne nagrivannya elektrodugove nagrivannya angl cathodic arc deposition Arc PVD viparovuvannya elektronnim promenem angl electron beam evaporation viparovuvannya lazernim promenem angl pulsed laser deposition pulsed laser ablation ionnim rozpilennyam metaliv i spoluk 2 Za sposobom nanesennya materialu pokrittya kondensaciyi z pari abo kondensacijnij sposib angl evaporation nanesennya cherez kondensaciyu neionizovanih abo malo ionizovanih vipariv metalu abo spoluki yaki otrimuyutsya termichnimi metodami shlyahom viparovuvannya ionno plazmove napilennya angl ion plating abo angl plasma assisted physical vapor deposition PA PVD nanesennya pari metalu abo spoluk viparovuvannyam ta termichnoyu sublimaciyeyu duzhe ionizovanih vakuumnoyu dugoyu abo inshim dzherelom ionizaciyi ionne plazmoionne rozpilennya angl sputtering polyagaye u bombarduvanni pozitivnimi ionami tverdoyi misheni katoda z materialu sho nanositsya z podalshim osadzhennyam rozpilenih chastinok na poverhni detalej Chasto cej proces nazivayut katodnim rozpilennyam Dzherelom pozitivnih ioniv ye plazma tliyuchogo rozryadu v seredovishi robochogo gazu argonu azotu oksidu vuglecyu pri nevisokomu tisku v kameri 0 1 1 Pa magnetronne rozpilennya angl magnetron sputtering napilennya z ionnim asistuvannyam angl ion beam assisted deposition IBAD molekulyarno promeneva epitaksiya angl molecular beam epitaxy MBE metod epitaksialnogo rostu kristaliv v umovah nadvisokogo 10 8 Pa vakuumu 3 Za sposobami aktivaciyi procesu nanesennya pokrittya bez aktivaciyi procesu pokrittya reakcijnim metodom yakij dozvolyaye vnaslidok reakciyi gaziv azotu kisnyu amiaku vuglevodnevih gaziv z paroyu metaliv otrimati spoluki nitridi oksidi karbidi tosho na poverhni nanesennya pokrittya ZastosuvannyaVakuumne napilennya zastosovuyut dlya stvorennya na poverhni detalej instrumentiv i obladnannya funkcionalnih pokrit providnih izolyacijnih znosostijkih koroziyestijkih eroziyestijkih antifrikcijnih protizadirnih bar yernih tosho Proces znajshov zastosuvannya pri nanesenni dekorativnih pokrit nanesennya pozoloti Ye odnim z osnovnih procesiv mikroelektroniki de zastosovuyetsya dlya nanesennya elektroprovidnih shariv metalizaciyi Vakuumne napilennya vikoristovuyetsya dlya otrimannya optichnih pokrit prosvitlyuvalnih vidbivnih Materialami dlya napilennya sluzhat misheni z riznih materialiv metaliv titanu alyuminiyu volframu molibdenu zaliza nikelyu midi grafitu hromu yih splaviv spoluk SiO2 TiO2 Al2O3 V tehnologichne seredovishe mozhe dodavatis himichno aktivnij gaz napriklad acetilen dlya pokrit z vmistom vuglecyu azot kisen Himichna reakciya na poverhni pidkladki aktivuyetsya nagrivannyam abo ionizaciyeyu ta disociaciyeyu gazu tiyeyu chi inshoyu formoyu gazovogo rozryadu Div takozhGazotermichne napilennya Himichne osadzhennya z parovoyi faziPrimitkiDSTU 2491 94 Pokrittya metalevi ta nemetalevi neorganichni Termini ta viznachennya Inzheneriya poverhni 2007 s 295 DzherelaInzheneriya poverhni Pidruchnik K A Yushenko Yu S Borisov V D Kuznecov V M Korzh K Naukova dumka 2007 559 s ISBN 978 966 00 0655 3 Mattox Donald M Handbook of Physical Vapor Deposition PVD Processing Film Formation Adhesion Surface Preparation and Contamination Control Westwood N J Noyes Publications 1998 ISBN 0 8155 1422 0 Powell Carroll F Joseph H Oxley and John Milton Blocher editors Vapor Deposition The Electrochemical Society series New York Wiley 1966 Kuzmichyov A I Magnetronnye raspylitelnye sistemy K Avers 2008 244 s ISBN 966 8934 07 5 PosilannyaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Vakuumne napilennya Society of Vacuum Coaters 14 kvitnya 2021 u Wayback Machine sajt Tovaristva z vakuumnih pokrit PVD Animation 16 lipnya 2011 u Wayback Machine animaciya roboti ustanovki vakuumnogo napilennya