物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition),簡稱 PVD。
PVD 一般區分為三種,分別是真空蒸著(Vacuum Evaporation)、濺鍍(Sputtering)、離子鍍著(Ion Plating)。
1. 真空蒸著(Vacuum Evaporation)
金屬在真空中加熱時會變成氣體而蒸發,真空蒸著就是利用此原理。處理時多在 10-5Torr 以下的真空中進行,金屬及各種化合物都可當作被覆物質,其應用例有鏡片、反射鏡、塑膠零件等,但是以金屬表面硬化為目的的用途則很少,主要多用於裝飾性物件。
2. 濺鍍(Sputtering)
高能量的粒子撞擊靶材時靶中的分子或原子被撞擊出來的現象,此原理是以靶為陰極,以基板為陽極,在 10-2Torr 左右的 Ar 氣氛中加以高電壓時陰極附近的 Ar 氣離子化後變成 Ar+,與陰極相撞擊,被 Ar+離子所撞擊飛出的分子或原子撞上基板而堆積形成薄膜。濺射應用範圍極廣,利用其薄膜的機能則是以耐磨耗性、耐蝕性、耐熱性抗靜電或裝飾性為目的,但是因附著力的問題少見於刀具的應用。適用於大宗連續性鍍膜,例如手機零件等。
3. 離子鍍著(Ion Plating)
PVD 中密著性最佳者為離子鍍著方式;此方法是利用電弧撞擊靶材,使靶材原子被激發出來,與反應性氣體反應,形成化合物沉積於工件表面的一種技術。爐內運行至高真空後,通入惰性氣體,加偏壓造成氬離子(Ar+),及帶負電的電子(e-),帶正電的氬離子會撞向通入偏壓為負極的基板底材,來清潔工件表面;之後再通入反應氣體,在靶材和基板底材間產生電漿,進行鍍膜作業。此一方式成膜速度快、密著性較佳,多用於切削刀具被覆處理。
本公司採用最先進之 本公司採用最先進之陰極電弧法(cathode arc)進行鍍膜作業。與其他方式相比,此種方式擁有 進行鍍膜作業較多的離化率、均勻的披覆性以及最佳的密著性,大多被應用在金屬的硬質鍍膜上,特別是要求耐磨耗之物件。
PVD 真空離子鍍膜與傳統電鍍之不同
真空鍍膜厚度屬於微米級,1μm 相當於傳統電鍍一條的十分之一,因此經過鍍膜作業以後,並不會影響工件的精度;傳統電鍍的批覆方式是以一種包覆的方式在外形成一層電鍍層,並無高度密著性可言。
項目 | 傳統電鍍 | 真空離子鍍膜技術 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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方式 | 大氣中,以電解液為媒介,屬高污染製程 | 真空環境下,以電漿為媒介,屬於環保製程 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
特性 | 均勻性佳,薄膜表面有光澤。但僅以包覆方式 | 覆蓋表面無密著力可言 膜質緊密,均勻度視旋轉夾具之結構而定 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
硬度 | 硬度約 Hv900 左右 | 硬度可達 Hv1800 以上 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
厚度 | 厚度約為鍍膜的 10 倍以上 | 厚度為微米級(μm)有絕佳的被覆性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
密著 | 熱脹冷縮容易脫落 |
面寬 0.2mm2的鑽石壓子尖端可承受 10kg 以上垂直重量,膜層無剝落,N>98 < TBODY> |
PVD 真空離子鍍膜與電鍍方式之膜形差異
PVD 鍍膜製作之示意圖
PVD 鍍層會依底材形狀平均在上方形成一個鍍膜層,依底材高低形狀有所不同,經鍍膜後的高低形狀也是依照原先底材之態樣。
傳統電鍍製作之示意圖
一般濕式鍍層所製作之鍍膜會在表面覆蓋成一個薄膜層 ,不論底材之原先形狀為何,表面所呈現出來的薄膜層都會趨於平坦。
採用 CSR-101 刮痕試驗機之附著力測試結果
TiN 氮化鈦 → 90N
CrN 氮化鉻 → 92N
TiAIN 氮化鋁鈦→ 88N