مقدمة لتكنولوجيا طلاء التبخير الفراغي

2.التسخين بالتبخير

(1) التبخر بالتسخين بالمقاومة
يُعدّ التبخير بالتسخين بالمقاومة أبسط وأكثر طرق التسخين شيوعًا، وهو مُناسبٌ بشكلٍ عام لمواد الطلاء ذات درجة انصهار أقل من 1500 درجة مئوية. عادةً ما تُصنع المعادن ذات درجة الانصهار العالية، على شكل سلك أو صفائح (W، Mo، Ti، Ta، نتريد البورون، إلخ)، في شكلٍ مناسبٍ لمصدر التبخير، مُحمّلةً بمواد التبخير، ومن خلال حرارة جول للتيار الكهربائي، تُصهر مادة الطلاء أو تُبخّرها أو تُساميها. يشمل شكل مصدر التبخير بشكلٍ رئيسيّ اللولب متعدد الخيوط، على شكل حرف U، الموجة الجيبية، الصفيحة الرقيقة، القارب، سلة المخروط، إلخ. في الوقت نفسه، تتطلب هذه الطريقة أن تكون مادة مصدر التبخير ذات درجة انصهار عالية، وضغط بخار تشبع منخفض، وخصائص كيميائية مستقرة، وعدم تفاعل كيميائي مع مادة الطلاء عند درجات حرارة عالية، ومقاومة جيدة للحرارة، وتغيرًا طفيفًا في كثافة الطاقة، إلخ. يعتمد هذا الأسلوب على تيارٍ عالٍ عبر مصدر التبخير لتسخين وتبخير مادة الفيلم بالتسخين المباشر، أو وضع مادة الفيلم في... البوتقة المصنوعة من الجرافيت وبعض أكاسيد المعادن المقاومة لدرجات الحرارة العالية (مثل A202، B0) ومواد أخرى للتسخين غير المباشر للتبخر.
طلاء التبخير بالتسخين المقاوم له حدود: ضغط بخار المعادن الحرارية منخفض، مما يصعب تشكيل طبقة رقيقة منه؛ بعض العناصر سهلة التشكيل باستخدام سلك التسخين؛ يصعب الحصول على تركيبة موحدة لطبقة السبائك. بفضل هيكلها البسيط وسعرها المنخفض وسهولة تشغيلها، تُعدّ طريقة التبخير بالتسخين المقاوم تطبيقًا شائعًا جدًا.

(2) تسخين الشعاع الإلكتروني بالتبخر
تبخير شعاع الإلكترونات هو طريقة لتبخير مادة الطلاء عن طريق قصفها بشعاع إلكترون عالي الكثافة عن طريق وضعها في بوتقة نحاسية مبردة بالماء. يتكون مصدر التبخير من مصدر انبعاث الإلكترونات ومصدر طاقة تسريع الإلكترونات وبوتقة (عادةً بوتقة نحاسية) وملف مجال مغناطيسي ومجموعة مياه تبريد وما إلى ذلك. في هذا الجهاز، توضع المادة الساخنة في بوتقة مبردة بالماء، ويقصف شعاع الإلكترونات جزءًا صغيرًا جدًا من المادة، بينما تبقى معظم المادة المتبقية عند درجة حرارة منخفضة جدًا تحت تأثير تبريد البوتقة، والذي يمكن اعتباره الجزء المقذوف من البوتقة. وبالتالي، يمكن لطريقة تسخين شعاع الإلكترونات للتبخير أن تتجنب التلوث بين مادة الطلاء ومادة مصدر التبخير.
يمكن تقسيم بنية مصدر تبخير حزمة الإلكترونات إلى ثلاثة أنواع: مسدسات مستقيمة (مسدسات بولز)، ومسدسات حلقية (مُنحرفة كهربائيًا)، ومسدسات إلكترونية (مُنحرفة مغناطيسيًا). يمكن وضع بوتقة واحدة أو أكثر في منشأة تبخير، والتي يمكنها تبخير وترسيب العديد من المواد المختلفة في وقت واحد أو بشكل منفصل.

تتمتع مصادر تبخر حزمة الإلكترونات بالمزايا التالية:
①يمكن لكثافة شعاع عالية لمصدر تبخر قصف شعاع الإلكترون الحصول على كثافة طاقة أكبر بكثير من مصدر التسخين بالمقاومة، والذي يمكنه تبخير المواد ذات نقطة الانصهار العالية، مثل W وMo وAl2O3 وما إلى ذلك.
②يتم وضع مادة الطلاء في بوتقة نحاسية مبردة بالماء، مما يمكن أن يتجنب تبخر مادة مصدر التبخر والتفاعل بينهما.
③يمكن إضافة الحرارة مباشرة إلى سطح مادة الطلاء، مما يجعل الكفاءة الحرارية عالية وفقدان التوصيل الحراري والإشعاع الحراري منخفضًا.
إن عيب طريقة التبخر بتسخين حزمة الإلكترونات هو أن الإلكترونات الأولية من مسدس الإلكترون والإلكترونات الثانوية من سطح مادة الطلاء سوف تؤين الذرات المتبخرة وجزيئات الغاز المتبقية، مما يؤثر على جودة الفيلم في بعض الأحيان.

(3) التبخر بالتسخين الحثي عالي التردد
يعتمد تبخير التسخين الحثي عالي التردد على وضع بوتقة مع مادة طلاء في مركز الملف الحلزوني عالي التردد، مما يُولّد تيارًا دواميًا قويًا وتأثير تباطؤ تحت تأثير المجال الكهرومغناطيسي عالي التردد، مما يُؤدي إلى تسخين طبقة الفيلم حتى تتبخر. يتكون مصدر التبخير عادةً من ملف عالي التردد مُبرد بالماء وبوتقة من الجرافيت أو السيراميك (أكسيد المغنيسيوم، وأكسيد الألومنيوم، وأكسيد البورون، إلخ). يستخدم مصدر الطاقة عالي التردد ترددًا يتراوح بين عشرة آلاف ومئات الآلاف من هرتز، وتتراوح طاقة الإدخال بين عدة مئات من الكيلوواط، وكلما صغر حجم مادة الغشاء، زاد تردد الحث. عادةً ما يكون تردد ملف الحث مصنوعًا من أنبوب نحاسي مُبرد بالماء.
إن عيب طريقة التبخر بالتسخين الحثي عالي التردد هو أنه ليس من السهل ضبط طاقة الإدخال بدقة، ولكنها تتمتع بالمزايا التالية.
①معدل تبخر مرتفع
②درجة حرارة مصدر التبخر موحدة ومستقرة، لذلك ليس من السهل إنتاج ظاهرة تناثر قطرات الطلاء، ويمكنها أيضًا تجنب ظاهرة الثقوب الدبوسية على الفيلم المترسب.
③يتم تحميل مصدر التبخر مرة واحدة، ودرجة الحرارة سهلة وبسيطة نسبيًا للتحكم.