金属表面处理ppt课件
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8.1真空镀膜
真空镀膜：在真空条件下，用物理的方法，将材料气化成原子、 分子或使之电离成离子，并通过气相过程，在材料或工件表面沉积 一层具有特殊性能的薄膜的技术，也叫做物理气相沉积。 ( Physical Vipor Deposition 简称PVD )
PVD工艺过程：
（1）成膜材料的汽化，即成膜材料的蒸发、升华、被溅射、分解，也就是成膜 材料的源；
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电阻加热器加热蒸发
特点： （1）镀膜设备构造简单、造价便宜、使用可靠，可用于熔 点不太高的材料的蒸发镀膜，尤其适用于对膜层质量要求 不太高的大批量的生产中。目前在镀铝制品的生产中仍然 大量使用着电阻加热蒸发的工艺。
（2）电阻加热方式的缺点是加热所能达到的最高温度有 限，加热器的寿命也较短。近年来，为了提高加热器的寿 命，国内外已采用寿命较长的氮化硼合成的导电陶瓷材料 作为加热器。
（1） 镀前处理：镀件清洗 预处理 （2） 镀膜 （3） 镀后处理
影响薄膜生长和性能的因素： （1）基片温度 （2）真空度 （3）蒸发速率 （4）基片材料和膜材料 （5）沉积的角度
根据蒸发源不同，真空蒸发镀膜法又可以分为： 电子束蒸发源蒸镀法、电阻蒸发源蒸镀法 、 激光束蒸发源蒸镀法、高频感应. 蒸发源蒸镀法
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第八章 金属表面处理
8.1 真空镀膜
8.1.1 真空蒸发镀膜技术 8.1.2 磁控溅射镀膜技术 8.1.3 离子镀技术
8.2 真空热渗镀
8.2.1 渗碳 8.2.2 渗氮 8.2.3 碳氮共渗 8.2.4 离子注入 8.2.5 真空渗金属元素
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表面工程: 是表面预处理之后,经过表面涂覆、表面改性或多种表面复合
处理、改变固体金属或非金属表面的形态、化学成分和组织结构， 以获得所需求表面性能的系统工程。
表面工程的作用: 表面工程能针对许多贵重零部件的失效原因，实行局部表面强
化、修复、预保护，以达到延长使用寿命或重新恢复使用价值的目 的。
表面技术: 表面改性技术 表面涂层技术 复合表面技术。
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常用的表面技术： 堆焊技术、熔结技术(低真空熔结、激光熔敷等)、电镀、电刷 镀及化学镀技术、非金属镀技术、热喷涂技术(火焰喷涂、电弧喷 涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂、低压等离子喷涂等)、 塑料喷镀技术、粘涂技术、涂装技术、物理与化学气相沉积技术 (真空蒸镀、离子溅射、离子镀等)、化学热处理、激光相变硬化、 激光非晶化、激光合金化、电子束相变硬化、离子注入等。
各种镀膜方法的比较：
.Leabharlann ..真空制膜的优点： (1)防止膜料玷污，获得纯净、致密、符合预定要求的薄膜。 (2)可根据需要加入某种气体与膜料化合，得到一种单一化合 物构成的特殊功能的薄膜。 (3)消除空间碰撞。 (4)消除基体的污染。
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8.1.1 真空蒸发镀膜
真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空室中，加热蒸发容器 中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸 气流，入射到固体(衬底或基片)表面，凝结形成固态薄膜的方法。
真空冶金学 Vacuum Metallurgy
主讲 钟晖
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真空冶金学
前言 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
真空技术的发展史 真空技术的基本知识 金属真空蒸馏的理论基础 有色合金中间产品的真空蒸馏分离 矿石及半成品的真空蒸馏 金属化合物的真空还原 高熔点金属的真空精炼 粉末材料的真空制备 金属表面处理 真空技术在冶金中的其他应用
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高频感应蒸发源蒸镀法：
特点： （1）蒸发速率大，可比电阻蒸发源大 23 倍左右； （2）蒸发源的温度均匀稳定，不易产生飞溅现象； （3）蒸发材料是金属时，蒸发材料可产生热量。所以，坩锅可选
用和蒸发材料反应最小的材料； （4）蒸发源一次装料，无需送料机构，温度控制比较容易，操作
比较简单； （5）缺点是必须采用抗热震性好、高温化学性能稳定的氮化硼坩
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电子束蒸发镀
特点： （1）电子束轰击热源的束流密度高，能获得比电阻加热源更大 的能量密度。可在一个不太小的面积上达到104-109W/cm2的功率密 度，因此可以使高熔点材料蒸发，并且有较高的蒸发速度； （2）由于被蒸发材料是置于水冷坩锅内，因而可避免容器材料的 蒸发，以及容器材料与蒸镀材料之间的反应，这对提高镀膜的纯度 极为重要； （3）热量可直接加到蒸镀材料的表面，因而热效率高，热传导和 热辐射的损失少。
锅；且蒸发装置必须屏蔽，并需要较复杂和昂贵的高频发生器。
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8.1.2 磁控溅射镀膜技术（高速低温溅射法）
磁控溅射法与蒸发法相比，具有镀膜层与基材的结合力强，镀 膜层致密、均匀等优点。磁控溅射还有其它优点，如设备简单，操 作方便，控制也不太难。在溅射镀膜过程中，只要保持工作气压和 溅射功率恒定，基本上即可获得稳定的沉积速率。如果能精确地控 制溅射镀膜时间，沉积特定厚度的膜层比较容易实现。
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激光束蒸发源蒸镀法：
特点： （1）激光器安装在真空室之外，不但简化了真空室内部 的空间布置，减少了加热源的放气，而且还可完全避免了 蒸发气对被镀材料的污染，达到了膜层纯洁的目的。 （2）此外，激光加热可以达到极高的温度，利用激光束 加热能够对某些合金或化合物进行快速蒸发。这对于保证 膜的成分，防止膜的分馏或分解也是极其有用的。 （3）缺点是制作大功率连续式激光器的成本较高，所以 它的应用范围有一定的限制，导致其在工业中的广泛应用 有一定的限制 。
（2）成膜原子、分子或离子从源到基片的迁移过程。在这一过程中粒子间可能 发生碰撞，产生离化、复合、反应、能量的变化和运动方向的改变等一系列 复杂过程，
（3）成膜原子在基片表面上的吸附、堆集、形核和长大成膜。
基体材料：金属、玻璃、陶瓷、塑料 成膜材料：纯金属、合金、化合物
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主要方法有： 真空蒸镀(vacuum evaPoration)：在一定的真空条件下， 加热膜料，使其气化蒸发成原子或分子，并沉积到工件表面形成薄 膜的方法。 溅射镀(vacuum sputterrin)：在一定的充氩气的真空条件 下，采用辉光放电技术将氩气电离成离子(Ar‘)，氩离子在电场的 作用下加速轰击阴极使阴极材料被溅射下来，沉积到阴极表面形成 膜层的方法。 离子镀膜(ion plation)：在真空条件下、利用各种气体放电 技术，将蒸发原子部分电离成离子，同时产生大量高能中性粒子， 沉积于工件表面形成镀膜。
8.1真空镀膜
真空镀膜：在真空条件下，用物理的方法，将材料气化成原子、 分子或使之电离成离子，并通过气相过程，在材料或工件表面沉积 一层具有特殊性能的薄膜的技术，也叫做物理气相沉积。 ( Physical Vipor Deposition 简称PVD )
PVD工艺过程：
（1）成膜材料的汽化，即成膜材料的蒸发、升华、被溅射、分解，也就是成膜 材料的源；
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电阻加热器加热蒸发
特点： （1）镀膜设备构造简单、造价便宜、使用可靠，可用于熔 点不太高的材料的蒸发镀膜，尤其适用于对膜层质量要求 不太高的大批量的生产中。目前在镀铝制品的生产中仍然 大量使用着电阻加热蒸发的工艺。
（2）电阻加热方式的缺点是加热所能达到的最高温度有 限，加热器的寿命也较短。近年来，为了提高加热器的寿 命，国内外已采用寿命较长的氮化硼合成的导电陶瓷材料 作为加热器。
（1） 镀前处理：镀件清洗 预处理 （2） 镀膜 （3） 镀后处理
影响薄膜生长和性能的因素： （1）基片温度 （2）真空度 （3）蒸发速率 （4）基片材料和膜材料 （5）沉积的角度
根据蒸发源不同，真空蒸发镀膜法又可以分为： 电子束蒸发源蒸镀法、电阻蒸发源蒸镀法 、 激光束蒸发源蒸镀法、高频感应. 蒸发源蒸镀法
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第八章 金属表面处理
8.1 真空镀膜
8.1.1 真空蒸发镀膜技术 8.1.2 磁控溅射镀膜技术 8.1.3 离子镀技术
8.2 真空热渗镀
8.2.1 渗碳 8.2.2 渗氮 8.2.3 碳氮共渗 8.2.4 离子注入 8.2.5 真空渗金属元素
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表面工程: 是表面预处理之后,经过表面涂覆、表面改性或多种表面复合
处理、改变固体金属或非金属表面的形态、化学成分和组织结构， 以获得所需求表面性能的系统工程。
表面工程的作用: 表面工程能针对许多贵重零部件的失效原因，实行局部表面强
化、修复、预保护，以达到延长使用寿命或重新恢复使用价值的目 的。
表面技术: 表面改性技术 表面涂层技术 复合表面技术。
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常用的表面技术： 堆焊技术、熔结技术(低真空熔结、激光熔敷等)、电镀、电刷 镀及化学镀技术、非金属镀技术、热喷涂技术(火焰喷涂、电弧喷 涂、等离子喷涂、爆炸喷涂、超音速喷涂、低压等离子喷涂等)、 塑料喷镀技术、粘涂技术、涂装技术、物理与化学气相沉积技术 (真空蒸镀、离子溅射、离子镀等)、化学热处理、激光相变硬化、 激光非晶化、激光合金化、电子束相变硬化、离子注入等。
各种镀膜方法的比较：
.Leabharlann ..真空制膜的优点： (1)防止膜料玷污，获得纯净、致密、符合预定要求的薄膜。 (2)可根据需要加入某种气体与膜料化合，得到一种单一化合 物构成的特殊功能的薄膜。 (3)消除空间碰撞。 (4)消除基体的污染。
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8.1.1 真空蒸发镀膜
真空蒸发镀膜法(简称真空蒸镀)是在真空室中，加热蒸发容器 中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸 气流，入射到固体(衬底或基片)表面，凝结形成固态薄膜的方法。
真空冶金学 Vacuum Metallurgy
主讲 钟晖
.
真空冶金学
前言 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
真空技术的发展史 真空技术的基本知识 金属真空蒸馏的理论基础 有色合金中间产品的真空蒸馏分离 矿石及半成品的真空蒸馏 金属化合物的真空还原 高熔点金属的真空精炼 粉末材料的真空制备 金属表面处理 真空技术在冶金中的其他应用
.
高频感应蒸发源蒸镀法：
特点： （1）蒸发速率大，可比电阻蒸发源大 23 倍左右； （2）蒸发源的温度均匀稳定，不易产生飞溅现象； （3）蒸发材料是金属时，蒸发材料可产生热量。所以，坩锅可选
用和蒸发材料反应最小的材料； （4）蒸发源一次装料，无需送料机构，温度控制比较容易，操作
比较简单； （5）缺点是必须采用抗热震性好、高温化学性能稳定的氮化硼坩
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电子束蒸发镀
特点： （1）电子束轰击热源的束流密度高，能获得比电阻加热源更大 的能量密度。可在一个不太小的面积上达到104-109W/cm2的功率密 度，因此可以使高熔点材料蒸发，并且有较高的蒸发速度； （2）由于被蒸发材料是置于水冷坩锅内，因而可避免容器材料的 蒸发，以及容器材料与蒸镀材料之间的反应，这对提高镀膜的纯度 极为重要； （3）热量可直接加到蒸镀材料的表面，因而热效率高，热传导和 热辐射的损失少。
锅；且蒸发装置必须屏蔽，并需要较复杂和昂贵的高频发生器。
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8.1.2 磁控溅射镀膜技术（高速低温溅射法）
磁控溅射法与蒸发法相比，具有镀膜层与基材的结合力强，镀 膜层致密、均匀等优点。磁控溅射还有其它优点，如设备简单，操 作方便，控制也不太难。在溅射镀膜过程中，只要保持工作气压和 溅射功率恒定，基本上即可获得稳定的沉积速率。如果能精确地控 制溅射镀膜时间，沉积特定厚度的膜层比较容易实现。
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激光束蒸发源蒸镀法：
特点： （1）激光器安装在真空室之外，不但简化了真空室内部 的空间布置，减少了加热源的放气，而且还可完全避免了 蒸发气对被镀材料的污染，达到了膜层纯洁的目的。 （2）此外，激光加热可以达到极高的温度，利用激光束 加热能够对某些合金或化合物进行快速蒸发。这对于保证 膜的成分，防止膜的分馏或分解也是极其有用的。 （3）缺点是制作大功率连续式激光器的成本较高，所以 它的应用范围有一定的限制，导致其在工业中的广泛应用 有一定的限制 。
（2）成膜原子、分子或离子从源到基片的迁移过程。在这一过程中粒子间可能 发生碰撞，产生离化、复合、反应、能量的变化和运动方向的改变等一系列 复杂过程，
（3）成膜原子在基片表面上的吸附、堆集、形核和长大成膜。
基体材料：金属、玻璃、陶瓷、塑料 成膜材料：纯金属、合金、化合物
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主要方法有： 真空蒸镀(vacuum evaPoration)：在一定的真空条件下， 加热膜料，使其气化蒸发成原子或分子，并沉积到工件表面形成薄 膜的方法。 溅射镀(vacuum sputterrin)：在一定的充氩气的真空条件 下，采用辉光放电技术将氩气电离成离子(Ar‘)，氩离子在电场的 作用下加速轰击阴极使阴极材料被溅射下来，沉积到阴极表面形成 膜层的方法。 离子镀膜(ion plation)：在真空条件下、利用各种气体放电 技术，将蒸发原子部分电离成离子，同时产生大量高能中性粒子， 沉积于工件表面形成镀膜。