真空镀膜技术简称PVD，在真空条件下，采用物理方法，使材料源表面气化成原子、分子或离子，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。真空镀膜设备镀膜技术主要分为蒸镀、溅射和离子镀三大类。而蒸发镀膜技术也分为三种，电阻蒸发，电子束蒸发，感应加热蒸发。真空镀膜设备镀膜技术大方向来分有三种，蒸发镀膜技术，离子镀膜技术，磁控溅射镀膜设备，每种镀膜技术都有各自的优缺点，镀制不同的基材，不同的靶材，选择的镀膜技术是不相同的。电阻蒸发镀膜技术采用电阻加热蒸发源的蒸发镀膜技术，一般用于蒸发低熔点材料，如铝、金、银、硫化锌、氟化镁、三氧化二铬等；加热电阻一般采用钨、钼、钽等。奇优点，结构简单，成本低。缺点材料易与坩埚反应，影响薄膜纯度，不能蒸镀高熔点的介电薄膜；蒸发率低。 电子束蒸发，利用高速电子束加热使材料汽化蒸发，在基片表面凝结成膜的技术。电子束热源的能量密度可达104-109w/cm2，可达到3000℃以上，可蒸发高熔点的金属或介电材料如钨、钼、锗、SiO2、AL2O3等。电子束蒸发的主要原理：高真空环境下，通过电子枪发出的高能电子，在电场和磁场作用下，电子轰击靶材表面使动能转化为热能，靶材升温，变成熔融状态或者直接蒸发出去，在衬底表面沉积成薄膜。 电子束加热的蒸镀源有直枪型电子枪和e型电子枪两种(也有环行)，电子束自源发出，用磁场线圈使电子束聚焦和偏转，对膜料进行轰击和加热。其优点可蒸发任何材料，薄膜纯度高，直接作用于材料表面，热效率高。缺点电子枪结构复杂，造价高，化合物沉积时易分解，化学比失调。 感应加热蒸发，利用高频电磁场感应加热，使材料汽化蒸发在基片表面凝结成膜的技术。其优点蒸发速率大，可比电阻蒸发源大10倍左右，蒸发源的温度稳定，不易产生飞溅现象，坩埚温度较低，坩埚材料对膜导污染较少。其缺点蒸发装置必须屏蔽，造价高、设备复杂。发真空镀膜设备这三种蒸发镀膜技术虽然原理都是一样，都是通过高温蒸发材质汽化的方式镀膜，但是所应用的环境却不一样，镀的膜材和基材也有不同的要求。高频感应加热蒸发是将装有镀膜材料的坩埚放置在高频螺旋线圈的中心，使镀膜材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流电流和磁滞效应，致使膜层升温，直至气化蒸发。蒸发源一般有水冷高频线圈和石墨或者陶瓷(氧化镁、氧化铝、氧化硼等)坩埚组成。高频电源采用的频率为1万至几十万赫兹，输入功率为几至几百千瓦，膜材体积越小，感应频率越高。感应线圈频率通常用水冷铜管制造。高频感应加热蒸发方法的缺点是不易对输入功率进行微调，它有下述优点: 2、蒸发源温度均匀稳定，不易产生镀料液滴飞溅的现象磁控溅射工艺的主要优点是可以使用反应性或非反应性镀膜工艺来沉积这些材料的膜层，并且可以很好地控制膜层成分、膜厚、膜厚均匀性和膜层机械性能等，因此市面上镀制膜层，对膜层要求比较高，几乎都采用磁控溅射镀膜技术来实现。1.沉积速率大。由于采用高速磁控电极，可获得的离子流很大，有效提高了此工艺镀膜过程的沉积速率和溅射速率。与其它溅射镀膜工艺相比，磁控溅射的产能高、产量大、于各类工业生产中得到广泛应用。 2.功率效率高。磁控溅射靶一般选择200V-1000V范围之内的电压，通常为600V，因为600V的电压刚好处在功率效率的最高有效范围之内。溅射能量低。磁控靶电压施加较低，磁场将等离子体约束在阴极附近，可防止较高能量的带电粒子入射到基材上。3.基片温度低。可利用阳极导走放电时产生的电子，而不必借助基材支架接地来完成，可以有效减少电子轰击基材，因而基材的温度较低，非常适合一些不太耐高温的塑料基材镀膜。磁控溅射靶表面不均匀刻蚀。磁控溅射靶表面刻蚀不均是由靶磁场不均所导致，靶的局部位置刻蚀速率较大，使靶材有效利用率较低（仅20％-30％的利用率）。因此，想要提高靶材利用率，需要通过一定手段将磁场分布改变，或者利用磁铁在阴极中移动，也可提高靶材利用率。4.复合靶。可制作复合靶镀合金膜，目前，采用复合磁控靶溅射工艺已成功镀上了Ta-Ti合金、（Tb-Dy）-Fe以及Gb-Co合金膜。复合靶的结构有四种，分别是圆块镶嵌靶、方块镶嵌靶、小方块镶嵌靶以及扇形镶嵌靶，其中以扇形镶嵌靶结构的使用效果为佳。5.应用范围广。磁控溅射工艺可沉积元素有很多，常见的有：Ag、Au、C、Co、Cu、Fe、Ge、Mo、Nb、Ni、Os、Cr、Pd、Pt、Re、Rh、Si、Ta、Ti、Zr、SiO、AlO、GaAs、U、W、SnO等。真空离子镀膜技术（简称离子镀）最早由D.M.Mattox于1963年提出并付诸实践，是蒸发和溅射相结合的一种镀膜技术。它以离子的轰击为基础，通过将被镀膜材料或工件加热到熔融状态，利用高能离子轰击将化学沉积的金属或半导体薄膜沉积到基底表面，从而获得具有特定结构和性能的薄膜的技术。 离子镀膜的作用过程是将蒸发源接阳极，工件接阴极，当通以三至五千伏高压直流电以后，蒸发源与工件之间产生弧光放电。由于真空罩内充有惰性氩气，在放电电场作用下部分氩气被电离，从而在阴极工件周围形成一等离子暗区。带正电荷的氩离子受阴极负高压的吸引，猛烈地轰击工件表面，致使工件表层粒子和脏物被轰溅抛出，从而使工件待镀表面得到了充分的离子轰击清洗。随后，接通蒸发源交流电源，蒸发料粒子熔化蒸发，进入辉光放电区并被电离。带正电荷的蒸发料离子，在阴极吸引下，随同氩离子一同冲向工件，当抛镀于工件表面上的蒸发料离子超过溅失离子的数量时，则逐渐堆积形成一层牢固粘附于工件表面的镀层。离子镀的镀层组织致密、无针孔、无气泡、厚度均匀，这种方法非常适合于镀复零件上的内孔、凹槽和窄缝等其他方法难镀的部位，且不致形成金属瘤。由于这种工艺方法还能修补工件表面的微小裂纹和麻点等缺陷，故可有效地改善被镀零件的表面质量和物理机械性能。疲劳试验表明，如果处理得当，工件疲劳寿命可比镀前提高20%~30%。 普通真空镀膜时，在工件表面与镀层之间几乎没有连接的过渡层。而离子镀时，离子高速轰击工件时，能够穿透工件表面，形成一种注入基体很深的扩散层，离子镀的界面扩散深度可达四至五微米。在镀膜初期，溅射与沉积并存，可在膜基界面行程组分过渡层或膜材与基材的成分混合层，称之为伪扩散层，能有效改善膜层附着性能。离子镀时，蒸发料粒子是以带电离子的形式在电场中沿着电力线方向运动，因而凡是有电场存在的部位，均能获得良好镀层，这比普通真空镀膜只能在直射方向上获得镀层优越得多。因此，这种方法非常适合于镀复零件上的内孔、凹槽和窄缝等其他方法难镀的部位。 离子镀的镀层组织致密、无针孔、无气泡、厚度均匀。甚至棱面和凹槽都可均匀镀复，螺纹一类的零件也能镀复，有高硬度、高耐磨性（低摩擦系数）、很好的耐腐蚀性和化学稳定性等特点，膜层的寿命更长；同时膜层能够大幅度提高工件的外观装饰性能。现有镀膜工艺，多数均要求事先对工件进行严格清洗，过程较为负责。而离子镀过程中，利用辉光放电所产生的大量高能粒子对表面产生阴极溅射效应，对基片表面吸附的气体和油污进行溅射清洗，使基片表面净化，直至整个镀膜过程完成，简化了大量的镀前清洗工作。离子镀是利用高能离子轰击工件表面，使大量的电能在工件表面转换成热能，从而促进了表层组织的扩散作用和化学反应，且工件并未受到高温的影响。因此这种镀膜工艺的应用范围较广，受到的局限性则较小。通常，各种金属、合金以及某些合成材料、绝缘材料、热敏材料和高熔点材料等均可镀复。即可在金属工件上镀非金属或金属，也可在非金属上镀金属或非金属，甚至可镀塑料、橡胶、石英、陶瓷等。不同的蒸发源和不同原子的电离与激发的方式有多种组合，因此出现了许多种蒸发源离子镀的方法，常见的有根据膜层粒子的获得方式，离子镀可分为溅射型离子镀和蒸发型离子镀。通过采用高能离子对膜材表面进行溅射而产生金属粒子，金属粒子在气体放电空间电离成金属离子，它们到达施加负偏压的基片上沉积成膜。 通过各种加热方式加热镀膜材料，使之蒸发产生金属蒸汽，将其引入以各种方式激励产生的气体放电空间中使之电离成金属离子，它们到达施加负偏压的基片上沉积成膜。其中蒸发型离子镀根据放电原理不同又可分为直流二级型离子镀、空心阴极离子镀、热丝弧离子镀以及阴极电弧离子镀等。直流二级离子镀，是稳定的辉光放电；空心阴极离子镀与热丝弧离子镀，是热弧光放电，产生电子的原因均可简单概括为金属材料由于被加热到很高的温度，导致核外电子的热发射；阴极电弧离子镀的放电类型与前面几种离子镀的放电类型均不相同，它采用的是冷弧光放电。利用空心热阴极放电产生等离子电子束。空心阴极离子镀特点:①HCD空心阴极枪既是膜料气化的热源又是蒸发粒子的离化源，离化方式是利用低压电子束碰撞;②用0V至数百伏的加速电压，离化和离子加速独立操作;③能良好地进行反应性离子镀;④基材温升小，镀膜时还要对基材加热;⑤离化效率高，电子束斑较大，各种膜都能镀。 阴极电弧离子镀是目前主流离子镀膜技术的集大成者，它采用冷弧光放电，膜层粒子离化率在众多PVD镀膜技术中最高。工作原理为：带有正电位的引弧针（阳极）靠近带有负电位的靶材（阴极），阴阳两极距离足够小时，两极间的气体会被击穿，形成弧电流，这与电焊的引弧相类似。此时，部分N2发生离化，形成氮的阳离子以及电子。受到电场力的吸引，接下来氮的阳离子会向飞向阴极即靶材附近，而电子则会飞向引弧针，但是由于离子的质量远远大于电子，因此在受到相同电场力的情况下，电子的移动距离会大于阳离子的移动距离，于是当电子到达阳极时，离子将不会到达阴极靶面，而是在距离靶面较近的位置处富集，形成正离子堆积层。阳离子与阴极靶面的距离很小，可达微米级。根据E=U/d，可知此时空间中的电场强度极高，这种极强的电场会把靶材中的电子拖拽出来。被拖拽出的电子从阴极靶面飞向正离子堆积层，形成电流，堆积层与靶面被导通，于是在靶面附近产生电弧。电弧会使靶材发生蒸发，同时正离子会被阴极靶面吸引，使得正离子轰击靶表面，产生溅射。由于不论蒸发还是溅射出的膜层粒子都需要经过正离子堆积层，并且在其飞出阴极靶面的过程中，膜层粒子会受到靶面处电弧的作用，因此到达工件处的粒子绝大多数为离子态。工件处一般会加有负偏压，于是正离子受到电场力作用飞向工件，并对工件产生轰击，这种轰击会提高膜层的附着力，并使得磨蹭致密，这对于改善膜层质量是十分有益的。 离子镀应用广泛，可以用于日常用品、工艺品、航天航空以及光学器件等各类工业产品的覆镀。主要包括：需要注意的是，离子镀的材料选择与性能表现之间存在一定的关系，因此需要根据具体应用场景选择合适的材料进行处理。蒸镀是附着，溅射是正负电极的强烈吸附，所以溅射的吸附更均匀密度也更大硬度也大，价格溅射比蒸镀要贵10%——20%。2、为什么真空镀膜可以做成不同的颜色，还有七彩色？因为在真空蒸镀完之后还要喷一层UV光油面漆，这层面漆上可以做不同的颜色。蒸镀通过镀一些硅化物可以做成七彩色，但比较薄，近看可以，远看不明显，；溅射通过CSi、CO、Si等物质进行反应镀可镀出七彩色，或者通过低温多层不同颜色的镀膜来呈现多彩。而水电镀的一般为金属本色，要呈现其他颜色的需要涂UV面漆然后UV照射。金属或金属化合物都具有导电性，只是导电率不同。但是，当金属或金属化合物呈一种薄膜的状态时，其相应的物理特性会有所不同。常规的镀膜材料中，如：银是银白效果和导电性能最好的金属，但它厚度在5纳米以下时，它是不导电的；铝的银白效果和导电性比银稍微差一些，但它厚度在0.9纳米时，就已经具备导电性。为什么会这样呢？那是因为银分子的连续性没有铝的好，所以在相对膜厚下，它的导电性反而较差。我们真空镀金属不导电膜其实就是利用了某些金属的分子连续性差的原理，把它厚度控制在某个范围，使其具备银白色外观并且电阻超大。由此可见，金属不导电膜的效果跟它的膜厚是直接相关的。只有在相对应的膜厚下，才能得到相应稳定的银白色不导电膜。上面已经讲到，银白效果和导电性能最好的银在5纳米以下的厚度时，它是不导电的，那么，是不是可以用银来做我们需要的金属不导电膜呢？答案是否定的。因为5纳米以下厚度的银基本上是透明无色的，尽管它不导电，但它不能同时具备银白色反光膜的效果。同样，铝也不行。所以，我们需要一种能够镀出银白色金属光泽并具有较大的电阻金属材料。我们采用的是纯度在99.99%以上左右的锡或铟及铟锡合金。厚度在30纳米以下的锡，连续性相当的差，但能取得银白色金属光泽并具有较大的电阻。铟也是一样，但铟的银白色反光率更胜于锡的外观，因为价格较高，我们采用铟锡合金，这样既能得到不导电膜又能得到更白更亮的反光金属效果！镀铟锡不导电膜都是半透明的，所以我们要求被镀基材为透明或黑色为佳。因为镀铟锡都是在250度就开始溶化，所以蒸发的温度也相对较低，这样加热熔化及蒸发的电流和时间相对也较低。 因为镀膜总共有三层，最外层的UV光油经UV照射后起到固化耐磨绝缘的作用，但是一旦这层膜被破坏就导电了。长按二维码加入专业微信群！
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