事实上物理气相沉积是如何工作的？

什么是物理气相沉积，它是如何工作的？金刚石技术的基础又是什么？这只是在本期的FACTS中将要回答的一系列新问题中的两个。第1部分着眼于TVA，溅射和电弧涂层技术是如何工作的。

对等离子体进行监测：涂层工艺正在进行中。

物理气相沉积（PVD）是一个沉积耐磨涂层的程序，它有两个目的：它必须使涂层的沉积极为稠密，并能产生非平衡的复合物，例如氮铝化钛。为了使涂层特别稠密，要求等离子体最大可能地发生电离，同时当非常热的涂层原子凝聚在相对冷的工具或元件表面时，通过高“冷却率”实现第二项要求。

开始时采用TVA工艺

物理气相沉积的成功故事开始于1980年，当时推出了第一个用于工具的物理气相沉积涂层，在高速钢钻头上应用纯氮化钛。使用的沉积方法是热真空电弧（TVA）工艺（图2）。原理是非常简单的。在真空室中产生一束电子束。它不仅使涂层材料挥发，而且在其通过涂层室的（长）路径中，它还通过用电子对允许进入到室内的气体进行轰击使其电离。这种经过汽化的金属（氮化钛中的钛）与气体中含有的氮发生反应，形成氮钛化合物氮化钛。

对于氮化钛涂层的质量来说，重要的是气体中氮原子的电离。电子束通过涂层室的路径越长，电子与氮碰撞的概率越高。然后中性的氮就被电离，从而提高涂层的质量。系统中电子所采取的路径往往通过使用外部磁场加以延长。

TVA的方法有一个主要的缺点，就是它仅限于简单的涂层，如氮化钛或氮碳化钛，因为它不可能使合金均匀地被汽化。这意味着涂层的合成物，例如氮铝化钛涂层将是不断变化的。由于在溅射技术中不会出现此问题，这种方法于1988年第一次被用于工具的工业化氮铝化钛涂层中。

溅射技术使问题得到解决

溅射技术通过用电子对气体原子进行轰击使其电离。通过使用电压，可以使离子朝向目标加速。这样的一个目标，如果是氮铝化钛涂层，可以是一个钛和铝的合金。当气体离子与金属表面碰撞时，金属原子从对象中被撞击出来。这意味着，越多的气体原子命中目标，就会产生越大的能量，也就会有越多的金属原子从目标中脱离。金属原子与在室内的氮离子发生反应，形成了超硬材料层。涂层室内氮的电离越强烈，涂层的质量越好。因此，为了实现最佳涂层的效果，通过使用额外的磁场和/或阳极，使这个过程中的电离增加，这是必不可少的。

高品质的物理气沉积图层在这里得到应用

由于如上所述的溅射方法涉及到从固体目标到金属蒸气（升华）的直接过渡，事实上任何合金均可以通过这一技术被汽化，因此对于涂层的合成物几乎没有任何限制。

电弧气化是一种选择吗？

已经确定的第三项工艺，电弧技术，也适用于使复杂的材料汽化，如钛铝。一束电弧很快地通过将要被汽化的目标，从而使熔融的面积非常小。与溅射工艺的本质区别是在电弧点，由高密度的电子产生显著较高水平的金属电离。然而，在涂层室内其它区域的电子密度非常低，因此电弧法气体电离的水平也非常低。

电弧法与溅射技术相比最不利的地方是粗大颗粒的沉积或“液滴”。由于在液态中，金属蒸气始终趋向形成液滴，在电弧工艺中被喷涂到底层。这些液滴会导致在工具或元件表面产生更严重的粗糙度。主要是由于这个原因，CemeCon只使用溅射技术进行物理气相沉积，并且不断努力使其稳定性，成本效益和质量得以优化。

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