氣相沉積技術

氣相沉積技術的應用涉及多種領域。僅在改善機械零件耐磨抗蝕性能方面，其用途就十分廣泛。如用上述方法制備的TiN，TiC，Ti(CN)等薄膜具有很高的硬度和耐磨性，在高速鋼刀具上鍍制TiN膜可以説是高速鋼刀具的一場革命，在刀具切削麪上鍍覆1~3μm的TiN膜就可使其使用壽命提高3倍以上。在一些發達國家的不重磨刀具中約有30%~50%加鍍了耐磨層。其他金屬氧化物、碳化物、氮化物、立方氮化硼、類金剛石等膜，以及各種複合膜也表現出優異的耐磨性。PVD和CVD法制備的Ag，Cu，Culn，AgPb等軟金屬及合金膜，特別是用濺射等方法鍍制的MoS₂，WS₂及聚四氟乙烯膜等具有良好的潤滑、減磨效果。氣相沉積獲得的Al₂O₃，TiN等薄膜耐蝕性好，可作為一些基體材料的保護膜，含有鉻的非晶態膜的耐蝕性則更高。離子鍍Al，Cu，Ti等薄膜已部分代替電鍍製品用於航空工業的零件上。用真空鍍膜製備的抗熱腐蝕合金鍍層及進而發展的熱障鍍層已有多種系列用於生產中，作為離子束技術的一個重要分支，離子注入處理已使模具、刀具、工具以及航空軸承、軋輥、渦輪葉片、噴嘴等零件的使用壽命提高了1~10倍。 ^[1] 

①設備的發展。如已製出電子束大型連續蒸鍍設備、多種型式磁控濺射設備、新型弧源離子鍍設備、HCD和多弧複合離子鍍設備、各種IBAD設備及PIII設備等。

②工藝的進展。主要表現膜層種類的增多和膜層性能的提高。如已製備出各種高性能的耐磨、抗蝕膜層、耐高温腐蝕膜層、熱障膜層、類金剛石和立方氮化硼膜層及多種陶瓷、梯度和多層複合膜層。

③方法的複合。較先進的氣相沉積工藝多是各種單一PVD，CVD方法的複合。它們不僅採用各種新型的加熱源，而且充分運用各種化學反應高頻電磁(脈衝、射頻、微波等)及等離子體等效應來激活沉積粒子。如反應蒸鍍、反應濺射、離子束濺射、多種等離子體激發的CVD等。 ^[1] 

化學氣相沉積(簡稱CVD)是利用氣態物質在一定温度下於固體表面進行化學反應，並在其表面上生成固態沉積膜的過程。其過程如下：

①反應氣體向工件表面擴散並被吸附；

②吸附於工件表面的各種物質發生表面化學反應；

③生成物質點聚集成晶體並增大；

④表面化學反應中產生的氣體產物脱離工件表面返回氣相；

⑤沉積層與基體的界面發生元素的互擴散，形成鍍層。 ^[2] 

物理氣相沉積(簡稱PVD)是將金屬、合金或化合物放在真空室中蒸發(或稱濺射)。使這些氣相原子或分子在一定條件下沉積在工件表面上的工藝。物理氣相沉積可分為真空蒸鍍、真空濺射和離子鍍互類。與CVD相比，PVD法的主要優點是處理温度較低，沉積速度較快，無公害等，因而有很高的實用價值。它的不足之處是沉積層與工件的結合力很小，鍍層的均勻性稍差。此外它的設備造價高，操作維護的技術要求也較高。 ^[2] 

①塗層具有很高的硬度、低的摩擦係數和自潤滑性能，所以耐磨損性能良好。

②塗層具有很高的熔點、化學穩定性好，基體金屬在塗層中的溶解度小，摩擦係數較低，因而具有很好的抗黏着磨損能力。使用中發生冷焊和咬合的傾向也很小，而且TiN比TiC更好。

③塗層具有較強的耐蝕能力。

④塗層在高温下也具有良好的抗大氣氧化能力。 ^[2]