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什么是物理氣相沉積（PVD）？

物理氣相沉積（Physical vapor deposition，PVD）是一種在真空條件下采用物理方法，將固體或液體材料表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體（或等離子體）過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能薄膜的技術(shù)。

物理氣相沉積技術(shù)不僅可以沉積金屬膜、合金膜 ，還可以沉積化合物 、陶瓷 、半導(dǎo)體 、聚合物膜等，是具有廣泛應(yīng)用前景的新材料制造技術(shù)。采用此技術(shù)制備的超硬薄膜不僅具有超高硬度，且超薄、耐高溫、無污染、幾乎零排放，適合于工具 、零件和摩擦磨損件表面的耐磨損、抗氧化、防腐蝕、自潤滑等特殊性能要求，是現(xiàn)代表面工程技術(shù)中最有發(fā)展前途和應(yīng)用價值的一種技術(shù)。

物理氣相沉積種類

這些過程一般需要在高真空和200~500℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。在PVD過程中，粒子通過物理方式堆積在工件上，而不是像化學(xué)氣相沉積那樣通過化學(xué)反應(yīng)的方式。

真空鍍膜

在真空蒸鍍過程中，金屬在真空狀態(tài)下高溫蒸發(fā)并沉積在基板上，為了提高結(jié)合力基板通常處于室溫或稍高于室溫，可以實現(xiàn)均勻厚度的涂層，甚至在復(fù)雜外形表面上也能達(dá)到。在電弧蒸鍍法中（PV/ARC），涂層材料（陰極）被多個電弧蒸發(fā)器通過局部電弧蒸發(fā)（圖）。

物理氣相沉積工藝示意圖

電弧產(chǎn)生高活性包含鍍層材料的等離子體，在基板上富集并沉積。該工藝可以用于高溫、電子、光學(xué)的抗氧化功能涂料和硬件、電器和珠寶等的裝飾。脈沖激光和電子束沉積是較新的方式，涉及能量束轟擊靶材的過程。

濺射

濺射過程中，惰性氣體（通常是氬氣）被電場電離，正離子轟擊出涂層材料（陰極）原子。原子沉積在工件表面，加熱工件表面以提高結(jié)合力（圖）。

濺射工藝示意圖

在活性濺射中，用活性氣體（如氧氣）取代惰性氣體，在這種情況下，原子被氧化沉積氧化物。碳化物和氮化物也可通過活性濺射沉積。另外，通過活性氣體引發(fā)等離子體的聚合反應(yīng)，可以在金屬和聚合物基板上沉積非常薄的聚合物涂層。射頻濺射（RF）用于絕緣材料，如電絕緣體和半導(dǎo)體器件。

離子鍍

離子鍍是一個通用術(shù)語，用于描述濺射和真空蒸發(fā)的各種組合過程。電場導(dǎo)致輝光放電，產(chǎn)生等離子體（圖）

離子鍍裝置示意圖

被蒸發(fā)的原子只有部分電離。離子束輔助沉積能夠獲得超薄的薄膜，用于半導(dǎo)體、摩擦學(xué)和光學(xué)應(yīng)用。大型部件可以在大型真空腔內(nèi)，使用大電流電源15kW，施加100000V電壓施鍍。
雙離子束沉積是混合涂層技術(shù)，在物理沉積（PVD）的同時進(jìn)行離子束轟擊，使其在金屬、陶瓷和聚合物表面上有較好的附著力。其應(yīng)用實例包括陶瓷軸承和牙科儀器等。

常見的PVD應(yīng)用

彩色PVD涂層——增強產(chǎn)品的耐用性、美感和價值

高性能涂層——耐熱/耐冷/耐壓/耐水垢/耐腐蝕、生物相容性

類金剛石碳——最大限度地提高耐用性、減少摩擦或改善外觀

PVD 鍍鉻替代品 一種美觀、耐用且安全的硬鉻替代品

銅涂層——銅可用于其獨特的外觀和抗菌性能

家居產(chǎn)品：涂有 PVD 薄膜以改變顏色和耐用性。

建筑裝飾：因物理氣相沉積技術(shù)具有沉積過程易于操作，膜層的成分易于控制，不存在廢水、廢氣、廢渣的污染等特點，目前，這一技術(shù)在建筑裝飾中得到廣泛應(yīng)用。

汽車：PVD 涂層可以讓發(fā)動機零件和傳動系統(tǒng)部件使用壽命更長，由于摩擦力更低、運行效率更高、耐高溫和耐腐蝕。

醫(yī)療設(shè)備：醫(yī)療設(shè)備需要基材不具備的特性，如：出色的硬度和韌性、生物相容性、低摩擦系數(shù)以及與清潔劑和其他溶劑的相容性。

PVD涂層技術(shù)作為材料科學(xué)的一個重要組成部分得到了人們的廣泛重視和研究。由于其出色的耐磨和耐腐蝕性能，PVD涂層過程在工業(yè)、非工業(yè)和化妝品應(yīng)用中很常見。在現(xiàn)代制造業(yè)中，PVD是非常重要的表面處理工藝。