常见的离子镀技术

互推小编 2023-07-20

离子镀膜的基本过程包括镀料蒸发、离化、离子加速、离子轰击工件表面、离子或原子之间的反应、离子的中和、成膜等过程，而且这些过程是在真空、气体放电的条件下完成的。一般情况下，离子镀设备由真空室、蒸发源（或气源、溅射源等）、高压电源、离化装置、放置工件的阴极等部分组成。不同类型的离子镀方法采用不同的真空度;镀料气化采用不同的加热蒸发方式;蒸发粒子及反应气体采用不同的电离及激发方式等。这里简略介绍几种常用离子镀的主要特点。

（1）空心阴极离子镀（HCD）。它是利用空心热阴极放电产生等离子电子束。这种离子镀技术具有下列特点:

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。

（2）多弧离子镀。它是把真空弧光放电用于蒸发源的镀膜技术，也称真空弧光蒸镀法。蒸镀时阴极表面出现许多非常小的弧光辉点，把这种技术实用化的美国 Muli-Arc公司的译名译为多弧，所以一般称为多弧法。如果在工作室中通入所需的反应气体，则能生成膜层致密均匀、附着性能优良的化合物膜层。多弧离子镀可设置多个弧源，为了获得好的绕射性，可独立控制各个源。这种设备可用来制作多层结构膜、合金膜、化合物膜。

多弧离子镀的特点是∶

①从阴极直接产生等离子体，不用熔池，弧源可任意方位、多源布置;

②设备结构较简单，不需要工作气体，也不需要辅助的离子化手段，弧源既是阴极材料的蒸发源，又是离子源，而在进行反应性沉积时仅有反应气体存在，气氛的控制仅是简单的全压强控制;

③离化率高，一般可达60%～80%，沉积速率高;

④入射离子能量高，沉积膜的质量和附着性能好;

⑤采用低电压电源工作，较为安全。多弧离子镀的应用面广，实用性强，特别在高速钢刀具和不锈钢板表面上镀覆 TiN 膜层等方面发展最为迅速。

多弧离子镀制备薄膜的主要问题是存在大液滴现象。图1-5和图1-6分别显示了电弧离子镀制备 ZrN 和 TiAlN 薄膜的截面和表面形貌。可以观察到贯穿整个薄膜厚度的大液滴形成的大颗粒。大颗粒增大了薄膜的表面粗糙度，显著恶化薄膜的性能。为了消除大液滴现象，提出了磁过滤真空阴极电弧离子镀。