1.基本原理
真空环境下，使镀覆材料通过气相（气态）状态下发生的物理、化学反应过程，沉积到零件表面（称为基板、基片或衬底）上凝聚成膜。零件表面形成一层功能性或装饰性镀层的新技术。
按工艺性质，分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）两大类。
（1）物理气相沉积（PVD）
真空环境下，用物理方法将镀覆材料形成气相状态的原子、分子、离子等形态，沉积到零件表面上的工艺过程。
按镀覆材料微粒向零件表面输送方法的不同，目前有真空蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀膜等。
真空蒸发镀膜是在真空条件下用物理方法加热镀覆材料，使之蒸发、升华而逸出表面的原子、分子飞向处于较低温度的零件表面，凝聚成膜。如图3-6所示。
图3-6 真空蒸发镀膜
1、7—CO2激光器；2—蒸发防护镜；3、6—透镜；5—工件；
4—旋转反射镜；8—保护片；9—至抽气系统；10—坩埚；11—监控孔
溅射镀膜是在真空条件下以离子轰击镀覆材料表面，使其原子、分子获得足够的能量而逸出表面，飞溅到被镀零件的表面上，凝聚成膜，如图3-7所示。
离子镀膜是在真空条件下用物理方法加热镀覆材料使之蒸发或升华，再以电子轰击或气体放电等方法使蒸发或升华了的原子、分子电离成离子，在电场力作用下，这些离子夹杂着未电离的原子、分子飞向电极电位较负的零件表面上一起凝聚成膜。如图3-8所示。
（2）化学气相沉积（CVD）
真空环境下，一种或多种气体或蒸气在温度较高的基板（零件）表面上发生分解、还原、氧化、置换、聚合等化学反应并凝聚成膜的过程，如图3-9所示。
(www.xing528.com)
图3-7 真空溅射镀膜
1—阴极；2—活动挡板；3—工件；4—阳极（接地）；5—截止阀；
6—调节阀；7—Ar气瓶；8—高真空规；9—低真空规；10—抽气系统
图3-8 离子镀膜
1—温差热电偶；2—夹具；3—加热器；4—工件；5—挡板；6—离子和中性粒子；
7—电离用电子发射源；8—加热坩埚的电子发射源；9—坩埚；10—离子束加速电极；
11—电离用电子加速电极；12—喷口；13—蒸发材料；14—冷却水进出口；
图3-9 等离子体增强化学气相沉积
1—高纯氮气；2—高纯氢气；3—四氯化钛瓶及恒温器；4—气体流量计；
5—阀门；6—真空规；7—被镀工件；8—热屏；9—真空室；
10—直流高压电源；11—阱；12—机械真空泵
2.工艺特点
（1）物理气相沉积因沉积温度均低于600℃，在一般钢材的相变温度以下，故不会引起零件基体表面层材料软化变质。高速钢、模具钢、不锈钢件沉积后一般不再进行热处理。各种金属和合金都可使用，又不会生成污染物质，故比化学气相沉积应用更为广泛。
（2）化学气相沉积法当前大多使用还原反应过程，在真空反应室内使金属卤化物与还原性介质发生气相反应，如还原性介质氢与甲烷将卤化物四氯化钛还原，生成碳化钛（TiC）。
与物理气相沉积（PVD）相比，其主要缺点是沉积时要求基板（零件表面）温度较高，如沉积氮化物、硼化物、碳化物作为硬质耐磨、耐蚀等功能性薄膜时，零件表面需加热到900℃以上；用于大规模集成电路沉积硅单晶层时，则温度更高，零件易变形，材料性能发生变化，还须注意反应副产物对环境的污染，以及易燃、易爆气体的安全问题。
图3-9所示为化学气相沉积法的最新改进型式，等离子体增强化学气相沉积（PCVD）。针对化学气相沉积反应温度过高的问题，将进入真空反应室的原料气体激活成等离子态，这些化学活性很高的离子、部分原子、分子在远远低于CVD成膜温度下（500—800℃）进行化学反应形成镀膜。
3.应用举例
（1）离子镀膜技术镀覆的人造卫星摩擦副零件表面，替代电镀镀层，达到了减摩、耐磨和润滑性能要求。真空镀膜技术目前已被国际上航天工业界广泛采用。
（2）TiN、TiC和TiCN镀层在切削工具上已被广泛采用，镀层厚度为1～5μm，可显著降低摩擦系数和摩擦力，减少磨损和提高加工精度，也大大延长了刀具寿命。尤其是多工序自动机和加工中心所用的刀具，如镀层厚度2～3μm的TiC镀层钻头的寿命，比未镀的延长了四倍；铣刀采用了TiN和TiCN或TiN和TiC混合镀层后，即使切削速度比未镀的增加一倍，其磨损率却下降了5/6。PVD工艺已在手表表壳、表带、钢笔、眼镜架和镜框等日用品上制备硬质耐磨装饰性镀层。由于TiN、TiCN镀层都呈金黄色膜，0.5μm厚的镀层即可取代1μm厚的黄金镀层；SiC镀层呈黑色，1～2μm已能达到耐磨和装饰要求。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
