1、等離子體化學氣相沉積技術2006年08月23日出處： 瀏覽 614 次       1技術內容及技術關鍵       等離子體化學氣相沉積技術原理是利用低溫等離子體（非平衡等離子體）作能量源，工件置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電（或另加發熱體）使工件升溫到預定的溫度，然后通入適量的反應氣體，氣體經一系列化學反應和等離子體反應，在工件表面形成固態薄膜。它包括了化學氣相沉積的一般技術，又有輝光放電的強化作用。   

2、60;由于粒子間的碰撞，產生劇烈的氣體電離，使反應氣體受到活化。同時發生陰極濺射效應，為沉積薄膜提供了清潔的活性高的表面。因而整個沉積過程與僅有熱激活的過程有顯著不同。這兩方面的作用，在提高涂層結合力，降低沉積溫度，加快反應速度諸方面都創造了有利條件。    等離子體化學氣相沉積技術按等離子體能量源方式劃分，有直流輝光放電、射頻放電和微波等離子體放電等。隨著頻率的增加，等離子體強化CVD過程的作用越明顯，形成化合物的溫度越低。    PCVD的工藝裝置由沉積室、反應物輸送系統、放電電源、真空系統及檢測系統組成。氣源

3、需用氣體凈化器除去水分和其它雜質，經調節裝置得到所需要的流量，再與源物質同時被送入沉積室，在一定溫度和等離子體激活等條件下，得到所需的產物，并沉積在工件或基片表面。所以，PCVD工藝既包括等離子體物理過程，又包括等離子體化學反應過程。    PCVD工藝參數包括微觀參數和宏觀參數。微觀參數如電子能量、等離子體密度及分布函數、反應氣體的離解度等。宏觀參數對于真空系統有，氣體種類、配比、流量、壓強、抽速等；對于基體來說有，沉積溫度、相對位置、導電狀態等；對于等離子體有，放電種類、頻率、電極結構、輸入功率、電流密度、離子溫度等。以上這些參數都是相互聯系、相互影

4、響的。    1.直流等離子體化學氣相沉積（DC-PCVD）    DC-PCVD是利用高壓直流負偏壓（-1-5kV），使低壓反應氣體發生輝光放電產生等離子體，等離子體在電場作用下轟擊工件，并在工件表面沉積成膜。    直流等離子體比較簡單，工件處于陰極電位，受其形狀、大小的影響，使電場分布不均勻，在陰極附近壓降最大，電場強度最高，正因為有這一特點，所以化學反應也集中在陰極工件表面，加強了沉積效率，避免了反應物質在器壁上的消耗。缺點是不導電的基體或薄膜不能應用。因為陰極上電荷

5、的積累會排斥進一步的沉積，并會造成積累放電，破壞正常的反應。    該設備由于工件僅靠離子和高能粒子轟擊提供能量，在進行產品的批量生產時就不可避免的暴露出一些缺點：    1）各工藝參數在沉積時相互影響、互相制約、無法獨立控制，使工藝調整和控制困難。    2）不同工件在離子轟擊加熱過程中，由于其表面積不同，則產生一定的溫差，同時，沉積室內壁是陽極，溫度低，使其附近的工件與中心部分的工件也有一定的溫差。    3）當裝爐量大，工件體積大

6、或沉積溫度要求較高，需要離子能量較大時，直流輝光放電的工作區域在異常輝光放電的較強段，很容易過渡到弧光放電，引起電源打弧、跳閘、工藝過程不能正常進行。    為了解決以上問題，有的學者采用雙陰極輝光放電裝置，增加一個陰極作為輔助陰極，雖然有一定效果，但還不夠完善。    目前，國內外研究者更多的是采用輔助加外熱方式沉積技術來解決以上問題，改變了單純依靠離子轟擊加熱而帶來的弊端，將反應時等離子體放電強度與放電工件溫度分離，從而提高了工藝的穩定性和重復性. 2.微波等離子體化學氣相沉積（MW-PCVD）

7、60;   微波等離子體的特點是能量大，活性強。激發的亞穩態原子多，化學反應容易進行，是一種很有發展前途、用途廣泛的新工藝，微波頻率為2.45GHz，.    微波放電與直流輝光放電相比具有設備結構簡單，容易起輝，耦合效率高，工作穩定，無氣體污染及電極腐蝕，工作頻帶寬等優點，裝置主要由微波發生器、環形器、定向耦合器、表面波導放電部分及沉積室組成。    3.射頻等離子體增強化學氣相沉積（RF-PCVD）    在低壓容器的兩極上加高頻電壓則產生射

8、頻放電形成等離子體，射頻電源通常采用電容耦合或電感耦合方式，其中又可分為電極式和無電極式結構，電極式一般采用平板式或熱管式結構，優點是可容納較多工件，但這種裝置中的分解率遠低于1%，即等離子體的內能不高。電極式裝置設在反應容器外時，主要為感應線圈，也叫無極環形放電，射頻頻率為13.56MHz。    由于高頻電場中帶電粒子和氣體非彈性碰撞幾率比直流輝光放電大，故氣體點燃的氣壓比較低，直流輝光放電為13.31.33Pa，射頻輝光放電為1.33×10-11.33×10-3Pa。目前，國內已設計生產了直徑為420mm鐘罩式（熱壁、單雙爐）射

9、頻放電PCVD裝置。    4.材料檢測    1）薄膜材料硬度用維氏顯微壓痕法測定。    2）薄膜與基體間結合力用自動劃痕儀測定，同時結合顯微鏡觀察劃痕的破損狀況。也可用洛氏硬度壓痕法評定，用載荷在試樣表面打洛氏硬度壓痕，觀察壓痕周邊薄膜剝落的面積，定性地評價薄膜的結合力。剝落面積越小，結合力越高。    3）薄膜的組織形貌用掃描電鏡分析。    4）用X-射線光電子譜儀（XPS）對薄膜成份進

10、行定量分析。    5）薄膜厚度用電子測厚儀或斷面掃描電鏡放大測定。 比鍍鋅更耐蝕的達克羅（鋅鉻膜）涂覆工藝2006年08月18日出處： 瀏覽 929 次     達克羅涂復工藝是一種全新的表面處理技術，又稱達克樂、達克銹、鋅鉻膜、達克曼等。70年代初期由美國人發明,1976年前后轉給了美國的M.C.II公司、法國的DACRAL公司和日本的NDS公司。隨著本全球經濟的發展，環境保護日益成為社會經濟和貿易領域的重要組成部分。1996年原國家機械工業部將達克羅工藝列為機械工業可持續發展清潔生產重點資助的開發項

11、目，是一種“綠色電鍍”。在工業發達國家， 達克羅金屬表面防腐蝕技術已作為替代污染嚴重的電鍍鋅、熱浸鍍鋅、電鍍鎘、鋅基合金鍍層、磷化等多種傳統工藝的防腐蝕處理工藝，這是一種從根本上減少環境污染的新工藝。1. 達克羅防腐涂層的特點1.1 防腐機理    達克羅涂層，外觀為亞光銀灰色，由極細的片狀金屬鋅、鋁及鉻酸鹽等成分構成。工件在經過了除油、拋丸處理后，浸涂達克羅液。達克羅液是一種水基處理液，金屬件在水基處理液中浸涂或噴刷后，然后進爐固化，經300左右烘烤成膜，而形成鋅、鋁、鉻無機涂層。固化時，涂膜中的水份、有機類（纖維素）物質

12、等揮發份在揮發的同時，依靠達克羅母液中的高價鉻鹽的氧化性，使電極電位負值較大的單質鋅片、鋁片漿與鐵基體后應，形成Fe、Zn、Al的鉻鹽化合物。由于膜層是與基體直接后應獲得的，所以該防腐層極為致密，（用鍍鋅或浸鋅方法獲得的防腐層無法與之相比）該涂層在腐蝕環境下，會形成無數個原電池，即先腐蝕掉電位較負的Al、Zn鹽類，直到它們被消耗后才有可能腐蝕至基體本身。因為達克羅防蝕機理是犧牲陽極與陰極保護為一體化的主體化的涂層，所以它的防腐性能與膜的厚度成正比。1.2涂層特點達克羅涂層具有高耐蝕性，外觀為亞光銀灰色，有點象銀粉漆,主要由微小鋅片及粘合鋅片的無機鉻聚合物組成，它具有其它表面處理所列法比擬的優異

13、特點：1.2.1極好的耐熱腐蝕性    達克羅防腐膜的固化溫度在300左右，所以工件即使長時間處于高溫下，外觀也不會變色，耐熱腐蝕性極好。傳統的鍍鋅層在高于70的條件下，會出現微小的裂紋，在200-300的條件下會變色，耐腐蝕性也大大下降。1.2.2優異的耐候性與耐化學品穩定性    經試驗，未純化過的鍍鋅層，在鹽霧試驗時一般十小時腐蝕掉一微米；厚度為三微米的彩虹色純化膜，經二百小時鹽霧試驗被蝕穿。達克羅涂層在經過了一百小時的鹽霧試驗后，才被腐蝕掉一微米。達克羅工藝比傳統的表面鍍鋅處理工藝，使工件的耐蝕性提高了七至

14、十倍。上海某車燈廠采用達克羅工藝涂復的車燈架，耐鹽霧試驗達到了一千小時以上。1.2.3無氫脆    氫脆是傳統鍍鋅工藝不能完全克服的弊病。由于工藝特點決定了達克羅在處理過程中不進行任何酸處理、也不存在電鍍時的滲氫問題，加上涂層在高溫下固化，所以從工藝上保證了達克羅涂層不會存在氫脆。這使它可以被應用在抗拉強度要求高的高強度零件的防腐的處理。1.2.4無污染和公害    作為“綠色電鍍”工藝，達克羅工藝采用了閉路循環的方式，在前處理中：除下的油和粉塵用專門的設備收集處理；在涂復、固化時，不存在傳統電鍍工藝過程中產生的酸

15、、堿、含鉻等重金屬的污水問題，產生的僅僅是從涂層中蒸發出來的水汽，經測定，不含國家規定控制的有害物質。1.2.5外觀柔和、可進一步涂飾    達克羅涂層呈亞光銀灰色，可以在上面進行再涂裝。這一點，滿足了那些對外觀質量要求較高的工件的涂復要求，例如自行車上的緊固件，網籃等，在涂復了達克羅涂層后，還須上一層上光漆。1.2.6極好的滲透性、適用于多種金屬    達克羅液能滲入細微的空隙處，如幾何形狀復雜的盲孔等，它的滲透性很好。用它處理過的彈簧，能產生良好的耐腐涂層。它不但可以處理鐵及其合金，還可以處理輕金屬（鋁等）及其

16、合金，適用于鋼鐵、鑄鐵、鋁質合金等零部件的表面防腐處理。2.達克羅生產工藝2.1工藝特點    達克羅涂層的處理工藝有點類似油漆,達克羅液買來以后,進行調配，然后直接浸涂在零件上,再烘干固化即可。 達克羅的基本處理方法是浸涂,實際處理時根據待處理零件的處理量以及零件的大小、形狀、質量和要求的性能不同而采用掛或網籃浸。涂層厚度一般為二到十五微米，可根據防腐要求通過改變浸漬時間、甩干速度來調整涂層厚度。工作環境無污染，整潔。2.2工藝流程2.2.1預處理2.2.1.1除油：分有機溶劑(如三氯乙烯等)和堿性溶液除油。經過前處理的零件表面要求能夠被水完

17、全浸潤。重油工件一般先采用聯合清洗機高壓清洗，或采用二氯甲烷超聲波清洗工藝，再進行噴丸處理。油污較少的工件可以省去清洗這步，直接拋丸處理。例如某些標準件，經搓絲機出來后，直接進行拋丸，隨后浸達克羅液，進爐固化。2.2.1.2噴砂、除塵和降溫：拋丸機使用的鋼丸的直徑范圍為0.1-0.6mm，用壓縮空氣除塵，除去的粉塵經專門的集粉器收集后集中處理，經拋丸除塵后的零件溫度高達60左右,待降至20時方可進行下道工序。2.2.2達克羅處理    達克羅液分為母液和基液（有的供應商將達克羅液分為三種：主劑、架橋劑、增粘劑，三種溶劑必須配合使用。）基液是由是極細的片狀

18、鋁粉和鋅粉組成，母液由酸及鉻鹽類組成。使用時將兩者混合配制成槽液。槽液須連續循環或攪拌，防止基料沉降。因為它不易保存很長時間，所以應現配現用。配制時，槽液溫度不宜過高，（小于20），防止溶液自身發生反應。     涂層厚度由浸漬及甩干時間、甩干速度等工藝參數確定。一般浸達克羅液 0.52.0分鐘。不同零件甩干時轉速不同,一般為200-300轉分鐘。浸達克羅液的次數根據不同零件的要求而定,浸一次達克羅液涂層增厚三到四微米，一般浸二到三次。2.2.3固化    經達克羅液浸漬處理后的工件經甩干，放置

19、于不銹鋼網帶輸送帶上，對小的工件，需帶上手套，進行人工分理，要求工件間不互相粘連。對于較大的工件，例如地鐵螺栓，須放置在專門的料架上，再將料架放在網帶上入固化爐烘烤固化。固化溫度為：280-330，時間25-40分鐘。固化分為兩個階段：在第一階段中工件吸熱升溫，稱為預熱，溫度控制在 6080、10分鐘。此階段中須注意升溫不可過急，應讓工件緩緩吸熱，讓涂層中的水份逐漸逸出，以避免涂層起泡，產生缺陷。第二階段為涂層的高溫固化，此時固化爐中的溫度一定要控制在工藝要求的范圍內，不可過高或過低，因為它決定了涂層在工件上的最終性能。2.2.4冷卻   由于固化的溫度

20、較高，須對固化好后的工件進行強冷，以縮短冷卻的時間，減小固化爐的長度，節省投資費用。2.2.5后處理    當涂層較厚時，會因為涂層固化前不易流平或工件形狀的原因造成甩干時涂膜不均勻。固化后出現外觀粗糙、粉化的現象。這時需要對工件表面作少許修正，常用的方法是：用優質的硬毛刷清理工件表面。3 設備及達克羅涂料3.1設備    使用達克羅涂復工藝時，應根據待處理零件的處理量以及零件的大小、形狀、質量和要求的性能來確定生產設備及工、夾具。生產設備中的關鍵設備是固化爐。3.1.1少量生產時，可采用一般的處理槽來浸涂、噴涂或刷涂達克羅液， 然后進烘箱固化處理。此方法常常用在批量生產前的工藝試驗。3.1.2批量生產時，須配置清洗槽、配液桶、浸涂設備、拋丸機、機械手、網帶式固化爐等設備，并將它們合理地組合起來，形成一條生產線。設備選用的規格根據年產