PVD納米涂層介紹
物理氣相沉積（physical vapor deposition，PVD），是當(dāng)前國際上廣泛應(yīng)用的先進(jìn)表面處理技術(shù)，屬于鍍膜技術(shù)的一種。其工作原理就是在真空條件下，利用氣體放電使氣體或被蒸發(fā)物質(zhì)部分離化，在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子轟擊作用的同時，把蒸發(fā)物或其反應(yīng)物沉積在基底上。它具有沉積速度快和表面清潔的特點，特別具有膜層附著力強、繞射性好、可鍍材料廣泛等特點。
PVD工藝對環(huán)境無不利影響，符合現(xiàn)代綠色制造的發(fā)展方向。PVD納米涂層技術(shù)可使工件表面硬度提高、耐高溫、防腐蝕等特點，現(xiàn)在以廣泛應(yīng)用于航空航天、飛機汽車制造，醫(yī)療行業(yè)等領(lǐng)域。在刀具、模具、零配件、緊固件等各種工件模具上也有廣泛的運用，以此增加模具的使用壽命，提高生產(chǎn)效率。
經(jīng)過涂層處理后的工具和精密元件，其性能將提高幾個數(shù)量級，通過以下幾種優(yōu)勢體現(xiàn)：
（1）在更小尺寸和更輕重量的情況下實現(xiàn)更高的性能；
（2）延長使用壽命和提高工作可靠性；
（3）以替代材料取代昂貴的特殊材料；
（4）降低潤滑劑消耗和保養(yǎng)成本；
（5）在無潤滑運行時提供保護(hù)；
（6）提高耐腐蝕性。
PVD三種主流生產(chǎn)工藝
1、蒸鍍（evaporative PVD）
2、濺鍍（sputtering PVD）
3、離子鍍（ion plating PVD）
不同方法的選擇主要取決于產(chǎn)品用途與應(yīng)用場景。
（1）蒸鍍：在真空條件下，采用一定的加熱蒸發(fā)方式蒸發(fā)鍍膜材料（或稱膜料）并使之氣化，粒子飛至基片表面凝聚成膜。但是應(yīng)用受限，因為蒸鍍不適用高溶點材料（如鉬，鎢），低硬度材料（如非金屬材料），以及非導(dǎo)電材料等。
（2）濺鍍：原理是電子在電場的作用下加速飛向基片的過程中與氬原發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向基片。氬離子在電場的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材。原子沉積到基層表面形成膜層。特點為顆粒細(xì)小（濺射鍍膜因離化方式的不同，使之形成的膜層顆粒細(xì)小，可用于光學(xué)級別鍍膜）、鍍層均勻（濺射鍍膜因顆粒細(xì)，緩慢沉積再配合適當(dāng)裝載方式可實現(xiàn)高精度鍍膜）、結(jié)合力高（相對于傳統(tǒng)鍍膜，與基體間的結(jié)合力高）。
（3）離子鍍：是蒸鍍和濺鍍結(jié)合的一種鍍膜技術(shù)，原理采用電弧放電的方法，在固體的陰極靶材上直接蒸發(fā)金屬，蒸發(fā)物是從陰極弧光輝點放出的陰極物質(zhì)的離子，從而在基材表面沉積成為薄膜。特點是生產(chǎn)效率高（在PVD技術(shù)中，對于硬質(zhì)涂層來講，電弧涂層可在保證涂層結(jié)合力的前提條件下，最短時間內(nèi)完成工藝）、附著性高（電弧鍍膜，單個離子能量高，涂層可牢固的沉積在基材表面，難以剝離，遠(yuǎn)超過常規(guī)化學(xué)涂覆以及電學(xué)涂覆）、工藝穩(wěn)定（電弧鍍膜因工藝技術(shù)成熟，設(shè)備可靠性高，在制備涂層，尤其是復(fù)合涂層上可實現(xiàn)精確的控制，品質(zhì)可靠）。
PVD三種主流生產(chǎn)工藝對比
PVD納米涂層材料（靶材）介紹
PVD納米涂層材料指的是PVD鍍膜的過程中使用的涂層材料（即前文中提到的“靶材”或“膜料”，PVD coating materials），是髙速荷能粒子轟擊的目標(biāo)材料，在不同PVD工藝條件下濺射在基板上形成各種功能薄膜的濺射源。
PVD涂層靶材不同類型
（1）按靶材形狀分類：常見的靶材多為平面靶材，形狀有方靶、圓靶等，靶材均為實心。平面靶材的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、通用性強、膜層均勻性和重復(fù)性好。但是在鍍膜作業(yè)中，圓環(huán)形的永磁體在靶材的表面產(chǎn)生的磁場為環(huán)形，會發(fā)生不均勻沖蝕現(xiàn)象，濺射的薄膜厚度均勻性不佳，靶材的使用效率大約只有20%～30%。另一種靶材的形狀為空心管靶（也被稱為旋轉(zhuǎn)靶材），可繞固定的條狀磁鐵組件一定周期旋轉(zhuǎn)運動，360°靶面可被均勻刻蝕，優(yōu)勢明顯，將利用率提高到80%。缺點是涂覆大面積膜層時，膜層表面的均勻性較差。
（2）按靶材材質(zhì)分類：
PVD靶材材質(zhì)分類
（3）按靶材應(yīng)用領(lǐng)域分類：
PVD靶材應(yīng)用領(lǐng)域分類
（4）常見靶材種類及參數(shù)示例
常見靶材種類及參數(shù)示例
常見PVD涂層參數(shù)類型及單位
（1）維氏硬度：
用來描述PVD涂層的表面硬度，單位為HV，數(shù)值越高代表表面硬度越高。
（2）摩擦系數(shù)：
用來描述PVD涂層的表面粗糙程度，數(shù)值越低代表涂層表面越光滑。
（3）涂層厚度：
單位為μm。與涂層的性能（耐磨性、耐腐蝕性等）相關(guān)。
（4）適用工作溫度：
單位為℃，跟靶材的原料有關(guān)，限制擁有PVD涂層的工件的適用場合。
（5）涂層生成溫度：
單位為℃，跟靶材的原料有關(guān)，限制適用的基底材質(zhì)類型。如果涂層生成溫度大于基底材質(zhì)的熔點，則靶材與基底不匹配。
（6）內(nèi)應(yīng)力：
當(dāng)沒有外力作用時，物體內(nèi)部所存在的應(yīng)力就是內(nèi)應(yīng)力，單位為（GPa）。PVD涂層中的內(nèi)應(yīng)力限制了涂層的厚度。如果內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的單位體積彈性能超過單位面積斷裂能，涂層就會脫落。
（7）外觀顏色：
涂層應(yīng)用冷卻后顯示出的顏色。
涂層技術(shù)（coating）是材料表面科學(xué)中的一項重要技術(shù)，是一種通過物理或化學(xué)的方法在基體材料表面實現(xiàn)一層或多層功能涂層的沉積過程，俗稱鍍膜。在經(jīng)濟快速發(fā)展以及技術(shù)創(chuàng)新推動下，我國芯片、光伏高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)獲得快速發(fā)展，隨著市場需求不斷釋放，濺射靶材行業(yè)規(guī)模將進(jìn)一步擴大。在應(yīng)用需求帶動下，我國濺射靶材市場規(guī)模不斷擴大。
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