Technologie et système de revêtement sous vide PVD et CVD

Technologie et système de revêtement sous vide PVD et CVD

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Le revêtement sous vide est un aspect important du domaine d'application du vide. Il est basé sur la technologie du vide, l'utilisation de méthodes physiques ou chimiques et l'absorption de faisceaux d'électrons, de faisceaux moléculaires, d'ions, de faisceaux ioniques, de radiofréquences et de contrôles magnétiques. des nouvelles technologies, la recherche scientifique et la production pratique de la préparation du film pour fournir un nouveau processus. En termes simples, le procédé de vaporisation ou de pulvérisation cathodique d’un métal, d’un alliage ou d’un composé sous vide pour se solidifier et le déposer sur l’objet revêtu (appelé substrat, substrat ou matrice) est appelé revêtement sous vide.

Comme on le sait tous, à la surface de certains matériaux, le matériau peut avoir de nombreuses propriétés nouvelles et physiques, tant que le revêtement d’un film mince est bon. Dans les années 1970, les principales méthodes de revêtement à la surface des objets étaient la galvanoplastie et le placage autocatalytique. Le premier est par l'électricité, l'électrolyse électrolytique, le placage ionique électrolytique en tant que surface du substrat d'électrode supplémentaire, de sorte que l'état de ce revêtement, le substrat doit être un bon conducteur d'électricité et que l'épaisseur du film est difficile à contrôler. Ce dernier est d'utiliser une méthode de réduction chimique, doit être préparé dans une solution de matériau de membrane, et peut participer rapidement à la réaction de réduction, cette méthode de revêtement non seulement la force de liaison du film est faible, et le revêtement n'est ni uniforme ni facile à contrôler , mais produisent également beaucoup de déchets liquides, causant une grave pollution. Par conséquent, ces deux types de processus de revêtement, appelé procédé de revêtement par voie humide, sont fortement limités.

Le revêtement sous vide est un nouveau type de technologie de revêtement mis au point par rapport au procédé de revêtement par voie humide, généralement appelé technologie de revêtement par voie sèche.

Classer

La technologie de revêtement sous vide est généralement divisée en deux catégories, à savoir la technologie de dépôt physique en phase vapeur (PVD) et la technologie de dépôt chimique en phase vapeur (CVD).

La technologie de dépôt physique en phase vapeur fait référence à la méthode consistant à vaporiser le matériau de placage en atomes, en molécules ou en l'ionisant en ions et à le déposer directement à la surface du substrat sous vide par diverses méthodes physiques. La plupart des films à réaction dure sont préparés par un procédé de dépôt physique en phase vapeur, qui utilise certains procédés physiques, tels que l'évaporation thermique de substances ou la pulvérisation d'atomes à la surface de substances sous bombardement ionique, pour réaliser le transfert contrôlable d'atomes du matériau source le film mince. La technologie de dépôt physique en phase vapeur présente les avantages suivants: bonne adhésion film / base, film uniforme et dense, bonne maîtrise de l'épaisseur du film, large application des matériaux cibles, large plage de pulvérisation, film épais pouvant être déposé, composition stable du film d'alliage et bonne répétabilité. Dans le même temps, la technologie de dépôt physique en phase vapeur due à sa température de traitement peut être contrôlée à moins de 500. Elle peut donc être utilisée comme processus de traitement final pour les coupeurs de film en acier à haute vitesse et en carbure. Étant donné que le processus de dépôt physique en phase vapeur peut améliorer considérablement les performances de coupe des outils de coupe, les utilisateurs sont en concurrence pour développer à la fois des équipements à haute performance et haute fiabilité, mais aussi pour étendre son domaine d'application, notamment dans l'application de la technologie à grande vitesse. acier, carbure cémenté et outils céramiques dans une étude plus approfondie.

La technologie de dépôt chimique en phase vapeur comprend le gaz élémentaire contenant un élément de membrane ou une base d’alimentation en composé, à l’aide de la phase gazeuse ou du substrat à la surface d’une réaction chimique, sur le procédé de fabrication par matrice de film de métal ou de composé, comprenant principalement des produits chimiques à pression atmosphérique dépôt en phase vapeur, dépôt en phase vapeur par procédé chimique à basse pression et présente à la fois les caractéristiques de dépôt en phase vapeur par plasma CVD et PVD, etc.

Caractéristiques

Comparée à la technologie de revêtement par voie humide, la technologie de revêtement sous vide présente les avantages suivants:

(1) large choix de matériaux de film et de matrice, l'épaisseur de film peut être contrôlée pour préparer des films fonctionnels avec diverses fonctions.

(2) la préparation de films minces sous vide, l'environnement est propre, le film n'est pas facile à polluer, de sorte que le film avec une bonne densité, une grande pureté et un revêtement uniforme peut être obtenu.

(3) le film a une bonne force de liaison avec la matrice et est ferme.

(4) le revêtement sec ne produit pas de résidus liquides ni de pollution environnementale.

La technologie de revêtement sous vide comprend principalement le placage par évaporation sous vide, le placage par pulvérisation cathodique sous vide, le placage ionique sous vide, le dépôt par faisceau sous vide, le dépôt chimique en phase vapeur et d'autres méthodes. Outre le dépôt chimique en phase vapeur, d'autres méthodes présentent les caractéristiques communes suivantes:

(1) tous les types de technologies de revêtement nécessitent un environnement de vide spécifique pour garantir que le mouvement des molécules de vapeur formées lors du processus de chauffage par évaporation ou pulvérisation cathodique de matériaux filmogènes ne sera pas affecté par la collision, le blocage et l’interférence d’un grand nombre de composants. les molécules de gaz dans l'atmosphère et les effets néfastes des impuretés dans l'atmosphère seront éliminés.

(2) diverses technologies de revêtement nécessitent une source ou une cible en cours d'évaporation pour convertir le matériau filmogène en cours d'évaporation en gaz. En raison de l'amélioration continue de la source ou de la cible, la gamme de matériaux de fabrication de film a été considérablement élargie. Peu importe le métal, l'alliage métallique, le composé intermétallique, la céramique ou le matériau organique, tous les types de film métallique et de film diélectrique peuvent être traités à la vapeur et plaqués, et un film multicouche peut être obtenu en cuisant à la vapeur et en plaquant différents matériaux en même temps.

(3) l'épaisseur de film des matériaux de fabrication de film d'évaporation ou de pulvérisation cathodique peut être mesurée et contrôlée avec précision dans le processus de formation du film avec la pièce à plaquer, de manière à assurer l'uniformité de l'épaisseur du film.

(4) chaque film peut contrôler avec précision la composition et la fraction massique du gaz résiduel dans la chambre de revêtement grâce à une vanne de réglage précis, de manière à empêcher l'oxydation des produits de l'évaporation, réduire la fraction massique d'oxygène au minimum, mais peut également être remplie avec un gaz inerte, etc., ce qui est impossible à réaliser pour un revêtement humide.

(5) en raison de l'amélioration continue de l'équipement de revêtement, le processus de revêtement peut atteindre un résultat continu, améliorant ainsi considérablement le rendement des produits et le processus de production de la pollution de l'environnement.

(6) le film étant réalisé sous vide, il présente une grande pureté, une bonne compacité et une surface brillante sans autre traitement, ce qui améliore les propriétés mécaniques et chimiques du film par rapport au film de galvanoplastie et au film chimique.

Méthode commune

Les méthodes de revêtement sous vide sont nombreuses, notamment:

(1) évaporation sous vide: le substrat à revêtir doit être nettoyé et placé dans la chambre de revêtement. Après avoir été évacué, le matériau de la membrane doit être chauffé à une température élevée pour que la vapeur atteigne environ 13,3pa et les molécules de la vapeur doivent voler jusqu'à la surface du substrat et se coaguler pour former le film.

(2) pulvérisation cathodique: mettre le substrat de revêtement nécessaire en face de la cathode, accès au gaz inerte tel que l'argon) a l'intérieur, pour maintenir la pression est d'environ 1,33 ~ 13,3 Pa, la cathode peut ensuite être connectée à une alimentation de 2000 v dc , et stimulent la décharge luminescente, la cathode de collision des ions argon chargée positivement, rend son injection atomique, la pulvérisation d’atomes par membrane est formée sur l’atmosphère inerte jusqu’au substrat.

3) dépôt chimique en phase vapeur: procédé consistant à déposer des films minces par décomposition thermique de composés métalliques sélectionnés ou de composés organiques.

(4) le placage ionique: en fait, le placage ionique est une combinaison organique d'évaporation sous vide et de pulvérisation cathodique, qui présente les deux caractéristiques techniques

Composition du système

1. La chambre à vide

Les équipements de revêtement ont principalement deux formes de ligne de production de revêtement en continu et de machine de revêtement à chambre unique, la fabrication de matériaux en acier inoxydable, le soudage à l'arc sous argon, le traitement de polissage chimique de surface, les composants de chambre sous vide présentant une interface de bride de soudage de spécifications diverses.

2. Acquisition du vide

L'acquisition du vide est une partie importante de la technologie du vide. L'acquisition du vide n'est pas un équipement sous vide et les méthodes peuvent être obtenues, il faut combiner plusieurs pompes, telles qu'une pompe mécanique, une pompe à racines, un système de pompe moléculaire.

3. Partie de mesure du vide

La mesure du vide dans le système de vide consiste à mesurer la pression dans la chambre à vide. Comme les pompes à vide, aucune jauge à vide ne peut mesurer toute la plage de vide. Les personnes fabriquent de nombreux types de vacuomètres selon différents principes et exigences. Tels que le thermocouple, l'ionisation, le pirani, etc.

4. partie alimentation

L’alimentation cible comprend principalement l’alimentation en courant continu, si l’alimentation, l’alimentation par impulsions, l’alimentation RF (RF), les fabricants d’alimentation courants ont AE, ADL, hotinger, etc.

5. Système d'entrée de gaz de traitement

Les gaz de traitement, tels que l'argon (Ar), le krypton (Kr), l'azote (N2), l'acétylène (C2H2), le méthane (CH4), l'hydrogène (H2), l'oxygène (O2), etc., sont généralement alimentés par le cylindre. par la soupape de réduction de pression de gaz, la soupape de décharge de gaz, la canalisation, le débitmètre de gaz, la soupape électromagnétique, la soupape piézo, puis dans la chambre à vide. L'avantage de ce système d'entrée de gaz est que le pipeline est simple, lumineux, facile à réparer ou à remplacer le cylindre. Chaque machine d'enduction n'affecte pas l'autre. Il existe également des cas où plusieurs machines de revêtement partagent un ensemble de cylindres, ce qui peut être vu dans certains ateliers de revêtement plus grands. Son avantage est, réduire la bouteille de gaz pour occuper le dosage, plan unifié, disposition unifiée. L'inconvénient est que le nombre de connexions augmente les risques de fuites d'air. Et, chaque machine de revêtement va interférer les uns avec les autres, une fuite de tuyau de machine de revêtement, peut affecter la qualité des autres produits de la machine de revêtement. De plus, lors du remplacement de la bouteille de gaz, vous devez vous assurer que toutes les machines sont dans un état non gazeux.

6. partie de transmission mécanique

Le revêtement nécessite une épaisseur uniforme autour du revêtement, il doit donc y avoir trois rotations dans le processus de revêtement pour répondre aux exigences. C'est-à-dire que lorsque la grande table à pièces doit tourner (I), la petite table à roulements tourne également (II), et la pièce elle-même peut tourner simultanément (III). En conception mécanique, il est généralement situé au centre du bas de la grande plaque tournante de pièce à usiner pour un grand engrenage d'entraînement, entouré par un certain nombre de petites engrenages engrenés qui l'engrènent; si vous voulez obtenir une rotation du produit, utilisez généralement une fourchette pour numéroter la rotation de la pièce.

7. Pièces de chauffage et de mesure de la température

Les équipements de revêtement ont généralement des positions différentes du chauffage, de la mesure par thermocouple et de la température de contrôle. Cependant, la position de serrage du thermocouple étant différente de celle de la pièce, la température affichée ne peut pas être la température réelle de la pièce. Pour mesurer la température réelle de la pièce, vous avez plusieurs possibilités. Vous pouvez installer un papier de test à haute température ou un thermomètre à thermocouple sur la pièce.

8. Sources d'évaporation d'ions et de pulvérisation

La source d’évaporation du placage multi-arcs est généralement un gâteau rond, généralement appelé cible de gâteau rond, mais également une cible rectangulaire multi-arc. Le siège cible est équipé d'un aimant. En déplaçant l'aimant d'avant en arrière, il est possible de modifier l'intensité du champ magnétique et d'ajuster la vitesse de déplacement et la trajectoire du point de l'arc. Afin de réduire la température de la cible et du siège cible, le siège cible doit être alimenté en continu en eau de refroidissement. Afin d'assurer une conductivité thermique élevée entre la cible et le siège de la cible, des joints en étain peuvent être ajoutés entre la cible et le siège de la cible. Les films de pulvérisation magnétron utilisent généralement une cathode de pulvérisation rectangulaire ou cylindrique.

9. Système de refroidissement par eau

Généralement par la tour d'eau froide, la machine à glace, la pompe à eau, etc.

10. Système de contrôle industriel