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真空离子镀膜


真空离子镀膜于1963年由D. M. Mattox提出并开始实验。1971年Chamber等发表电子束离子镀技术,1972年Bunshah报告了反应

蒸镀(ARE)技术,并制作出TiN及Tic超硬膜。同年Moley和Smith将空心阴极技术应用于镀膜。20世纪80年代,国内又相继出现了

多弧离子镀及电弧放电型高真空离子镀,至此离子镀达到工业应用的水平。

1.离子镀膜原理及种类

离子镀是在真空室中,利用气体放电或被燕发物质部分离化,在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时,将蒸发物或其反应

物沉积在基片上。离子镀把气体辉光放电现象、等离子体技术与真空蒸发三者有机地结合起来,不仅明显地改进了膜层质量,而

且还扩大了薄膜应用范围。其优点是膜层附着力强,绕射性好,膜材广泛等。D. M. Mattox首次提出离子镀原理。工作过程是

:先将真空室抽至4 x 10-3Pa以上的真空度,再接通高压电源,在蒸发源与基片间建立一个低压气体放电的低温等离子区。基片电

极上接上5kV直流负高压,从而形成辉光放电阴极。负辉光区附近产生的惰性气体离子进人阴极暗区被电场加速并轰击基片表面,

对其进行清洗。然后进人镀膜过程,加热使镀料气化,其原子进人等离子区,与惰性气体离子及电子发生碰撞,少部分产生离化

。离化后的离子及气体离子以较高能量轰击镀层表面,致使膜层质量得到改善。

离子镀种类很多,蒸发源加热方式有电阻加热、电子束加热、等离子电子束加热、高频感应加热等。

2.空心阴极离子镀

空心阴极离子镀(HCD)工作原理及特点

空心阴极离子被已广泛应用于装饰、工具、模具及其它特种涂层。HCD法利用热阴极放电产生等离子体束,以空心钽管作阴极。辅

助阳极距阴极较近,两者作为引姗弧光放电的两极。HCD枪引嫩方式有两种:其一在粗管处施加高频电场,使钽管通人的红气电离

,红离子轰击粗管,受热升温达到热电子发射温度时,产生等离子电子束;其二是在阴极钽管与辅助阳极之间加300V左右直流电压

,钽管通人缸气,在lOPa--1Pa氩气气氛下,钽管与辅助阳极间发生辉光放电,产生盆离子轰击钽管,当其温度达2300K--

2400K时,钽管表面发射出大量电子后,由辉光放电转变为弧光放电,此时电压下降到3OV--60V,在阴一阳极之间接通主电源,

即可引出等离子电子束。

空心阴极离子被特点:①离化程度高,带电粒子密度大,且有大量高能中性粒子。由于HCD法较其它离子镀电子束流高100倍.因而

其离化率较其它方法高3-4个数量级,而实侧金属离子产生率为22%-40%,②离子轰击基片,除掉了氧化物,在膜一基界面形成“伪

扩散层”,镀层附着力好,膜质均匀致密,不仅能被金属Ti, Cr, Mo,也可以进行反应镀TiN,TiC,CrC等硬质膜。③可用一般低

压大流设备电源,因而使电气系统操作简单、安全。设备成本低。④工作压力范围宽,在lOPa--10-2Pa范围内均可。⑤改善表面

彼盖度,增加绕射性。


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