Ва́куумне напи́лення або вакуумно-конденсаційний спосіб нанесення покриття ( — напилення конденсацією з парової (газової) фази) — група методів напилення покриттів (тонких плівок) у вакуумі, при яких покриття отримується шляхом прямої конденсації пари матеріалу, що наноситьсяДСТУ 2491-94 Покриття металеві та неметалеві неорганічні. Терміни та визначення..

З використанням методів вакуумного напилення отримують покриття товщиною від декількох ангстрем до декількох мікронів, зазвичай після нанесення покриття поверхня не потребує додаткового оброблення.

Загальна інформація Техніка вакуумного (вакуумно-конденсаційного) способу нанесення покриття передбачає використання корпускулярного потоку речовини на рівні атомів, молекул, іонів і взаємодії цього потоку з поверхнею твердого тіла. Наслідком такої взаємодії є конденсація — осадження речовини на поверхню нанесення покриття, або насичення речовиною поверхневого шару — модифікування поверхневого шару легуванням чи імплантацією. Усі процеси відбуваються в умовах вакууму.

В англомовній літературі процеси, які використовують такі фізичні явища, як випаровування металевих матеріалів або катодне їх розпилення у вакуумі, іонізацію пари металів, фізичне осадження корпускулярного потоку речовини на поверхню холодної або дещо підігрітої основи, називаються PVD-процесами ().

Стадії вакуумного напилення Розрізняють такі стадії вакуумного напилення: Створення газу (пари) з частинок матеріалу напилення. Транспортування пари до поверхні напилення. Конденсація пари на поверхні напилення й формування покриття;

Класифікація До групи методів вакуумного напилення належать низка технологій, що класифікуються за такими ознаками:

1) За способом отримання корпускулярного потоку металів та сполук, що напилюються на поверхню виробу: термічним випаровуванням металу або сполуки з безперервною або імпульсною дією джерела нагрівання на розпилюваний матеріал. При цьому можуть використовуватись такі методи нагрівання: резистивне нагрівання; високочастотне індукційне нагрівання; електродугове нагрівання () випаровування електронним променем (); випаровування лазерним променем (). іонним розпиленням металів і сполук.

2) За способом нанесення матеріалу покриття: конденсації з пари або конденсаційний спосіб () — нанесення через конденсацію неіонізованих або мало-іонізованих випарів металу або сполуки, які отримуються термічними методами шляхом випаровування; іонно-плазмове напилення ( або ) — нанесення пари металу або сполук випаровуванням та термічною сублімацією дуже іонізованих вакуумною дугою або іншим джерелом іонізації; іонне (плазмоіонне) розпилення () полягає у бомбардуванні позитивними іонами твердої мішені (катода) з матеріалу, що наноситься, з подальшим осадженням розпилених частинок на поверхні деталей. Часто цей процес називають катодним розпиленням. Джерелом позитивних іонів є плазма тліючого розряду в середовищі робочого газу (аргону, азоту, оксиду вуглецю) при невисокому тиску в камері (0,1…1 Па): магнетронне розпилення () напилення з іонним асистуванням () молекулярно-променева епітаксія () — метод епітаксіального росту кристалів в умовах надвисокого (10−8 Па) вакууму.

3) За способами активації процесу нанесення покриття: без активації процесу покриття; реакційним методом, який дозволяє внаслідок реакції газів (азоту, кисню, аміаку, вуглеводневих газів) з парою металів отримати сполуки (нітриди, оксиди, карбіди тощо) на поверхні нанесення покриття.

Застосування Вакуумне напилення застосовують для створення на поверхні деталей, інструментів і обладнання функціональних покрить — провідних, ізоляційних, зносостійких, корозієстійких, ерозієстійких, антифрикційних, протизадирних, бар'єрних тощо. Процес знайшов застосування при нанесенні декоративних покрить (нанесення позолоти). Є одним з основних процесів мікроелектроніки, де застосовується для нанесення електропровідних шарів (металізації). Вакуумне напилення використовується для отримання оптичних покрить: просвітлювальних, відбивних, фільтрувальних.

Матеріалами для напилення служать мішені з різних матеріалів, металів (титану, алюмінію, вольфраму, молібдену, заліза, нікелю, міді, графіту, хрому), їх сплавів, сполук (SiO2, TiO2, Al2O3). В технологічне середовище може додаватись хімічно активний газ, наприклад ацетилен (для покрить, з вмістом вуглецю); азот, кисень. Хімічна реакція на поверхні підкладки активується нагріванням, або іонізацією та дисоціацією газу тією чи іншою формою газового розряду.

Див. також Газотермічне напилення Хімічне осадження з парової фази

Примітки

Джерела

Mattox, Donald M. Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing: Film Formation, Adhesion, Surface Preparation and Contamination Control.. Westwood, N.J.: Noyes Publications, 1998. ISBN 0-8155-1422-0. Powell, Carroll F., Joseph H. Oxley, and John Milton Blocher (editors) Vapor Deposition. The Electrochemical Society series. New York: Wiley, 1966.

Посилання

Society of Vacuum Coaters  — сайт «Товариства з вакуумних покрить» PVD Animation  — анімація роботи установки вакуумного напилення Physical vapor deposition