Principio do revestimento por evaporación ao baleiro
1. Equipamento e proceso físico de revestimento por evaporación ao baleiro
O equipo de revestimento por evaporación ao baleiro está composto principalmente por unha cámara de baleiro e un sistema de evacuación. Dentro da cámara de baleiro, hai unha fonte de evaporación (é dicir, un quentador de evaporación), un substrato e unha estrutura de substrato, un quentador de substrato, un sistema de escape, etc.
O material de revestimento colócase na fonte de evaporación da cámara de baleiro e, en condicións de alto baleiro, a fonte de evaporación quéntao para evaporarse. Cando o rango libre medio das moléculas de vapor é maior que o tamaño lineal da cámara de baleiro, despois de que os átomos e as moléculas do vapor da película escapen da superficie da fonte de evaporación, raramente se ven impedidos pola colisión doutras moléculas ou átomos e chegan directamente á superficie do substrato a revestir. Debido á baixa temperatura do substrato, as partículas de vapor da película condénsanse nel e forman unha película.
Para mellorar a adhesión das moléculas de evaporación e o substrato, o substrato pode activarse mediante un quecemento ou unha limpeza iónica axeitados. O revestimento por evaporación ao baleiro pasa polos seguintes procesos físicos, desde a evaporación do material e o transporte ata a deposición nunha película.
(1) Empregando diversas maneiras de converter outras formas de enerxía en enerxía térmica, o material da película quéntase para evaporarse ou sublimarse en partículas gasosas (átomos, moléculas ou cúmulos atómicos) cunha certa cantidade de enerxía (de 0,1 a 0,3 eV).
(2) As partículas gasosas abandonan a superficie da película e son transportadas á superficie do substrato a unha determinada velocidade de movemento, esencialmente sen colisión, en liña recta.
(3) As partículas gasosas que chegan á superficie do substrato coalescen e nuclean, e logo medran formando unha película en fase sólida.
(4) Reorganización ou unión química dos átomos que compoñen a película.
2. Quecemento por evaporación
(1) Evaporación por quentamento por resistencia
A evaporación por quecemento por resistencia é o método de quecemento máis sinxelo e empregado, xeralmente aplicable a materiais de revestimento cun punto de fusión inferior a 1500 ℃. Os metais de alto punto de fusión en forma de arame ou lámina (W, Mo, Ti, Ta, nitruro de boro, etc.) adoitan facerse cunha fonte de evaporación axeitada, cargada con materiais de evaporación, fundindo, evaporando ou sublimando o material de revestimento mediante a calor Joule da corrente eléctrica. A forma da fonte de evaporación inclúe principalmente espiral multifío, en forma de U, onda sinusoidal, placa fina, barco, cesta cónica, etc. Ao mesmo tempo, o método require que o material da fonte de evaporación teña un punto de fusión alto, unha baixa presión de vapor de saturación, propiedades químicas estables, que non teña reacción química co material de revestimento a alta temperatura, boa resistencia á calor, pequena variación na densidade de potencia, etc. Adopta unha corrente alta a través da fonte de evaporación para quentar e evaporar o material da película mediante quecemento directo, ou coloca o material da película no crisol feito de grafito e certos óxidos metálicos resistentes a altas temperaturas (como A202, B0) e outros materiais para quecemento indirecto para evaporar.
O revestimento por evaporación por quecemento por resistencia ten limitacións: os metais refractarios teñen baixa presión de vapor, o que dificulta a fabricación de películas finas; algúns elementos son fáciles de formar en aliaxe co fío de quecemento; non é doado obter unha composición uniforme da película de aliaxe. Debido á estrutura simple, ao baixo prezo e á facilidade de funcionamento do método de evaporación por quecemento por resistencia, é unha aplicación moi común do método de evaporación.
(2) Evaporación por quecemento por feixe de electróns
A evaporación por feixe de electróns é un método de evaporación do material de revestimento bombardeándoo cun feixe de electróns de alta densidade de enerxía colocándoo nun crisol de cobre arrefriado por auga. A fonte de evaporación consiste nunha fonte de emisión de electróns, unha fonte de enerxía de aceleración de electróns, un crisol (xeralmente un crisol de cobre), unha bobina de campo magnético e un conxunto de auga de refrixeración, etc. Neste dispositivo, o material quentado colócase nun crisol arrefriado por auga e o feixe de electróns bombardea só unha porción moi pequena do material, mentres que a maior parte do material restante permanece a unha temperatura moi baixa baixo o efecto de arrefriamento do crisol, que se pode considerar como a porción bombardeada do crisol. Polo tanto, o método de quecemento por feixe de electróns para a evaporación podería evitar a contaminación entre o material de revestimento e o material da fonte de evaporación.
A estrutura da fonte de evaporación por feixe de electróns pódese dividir en tres tipos: canóns rectos (canóns Boules), canóns de anel (desviados electricamente) e canóns electrónicos (desviados magneticamente). Pódense colocar un ou máis crisois nunha instalación de evaporación, que pode evaporar e depositar moitas substancias diferentes simultaneamente ou por separado.
As fontes de evaporación por feixe de electróns teñen as seguintes vantaxes.
①A alta densidade de feixe da fonte de evaporación por bombardeo con feixe de electróns pode obter unha densidade de enerxía moito maior que a fonte de quentamento por resistencia, que pode evaporar materiais de alto punto de fusión, como W, Mo, Al2O3, etc.
② O material de revestimento colócase nun crisol de cobre arrefriado por auga, o que pode evitar a evaporación do material fonte de evaporación e a reacción entre eles.
③ Pódese aplicar calor directamente á superficie do material de revestimento, o que fai que a eficiencia térmica sexa alta e que a perda de condución de calor e radiación de calor sexa baixa.
A desvantaxe do método de evaporación por quecemento por feixe de electróns é que os electróns primarios do canón de electróns e os electróns secundarios da superficie do material de revestimento ionizarán os átomos que se evaporan e as moléculas de gas residual, o que ás veces afectará á calidade da película.
(3) Evaporación por quecemento por indución de alta frecuencia
A evaporación por quecemento por indución de alta frecuencia consiste en colocar o crisol con material de revestimento no centro da bobina en espiral de alta frecuencia, de xeito que o material de revestimento xere unha forte corrente de Foucault e un efecto de histérese baixo a indución dun campo electromagnético de alta frecuencia, o que fai que a capa de película se quente ata que se vaporice e evapore. A fonte de evaporación xeralmente consiste nunha bobina de alta frecuencia arrefriada por auga e un crisol de grafito ou cerámica (óxido de magnesio, óxido de aluminio, óxido de boro, etc.). A fonte de alimentación de alta frecuencia utiliza unha frecuencia de dez mil a varios centos de miles de Hz, a potencia de entrada é de varios a varios centos de quilovatios, canto menor sexa o volume do material da membrana, maior será a frecuencia de indución. A frecuencia da bobina de indución adoita estar feita de tubo de cobre arrefriado por auga.
A desvantaxe do método de evaporación por quecemento por indución de alta frecuencia é que non é doado axustar con precisión a potencia de entrada, e ten as seguintes vantaxes.
①Alta taxa de evaporación
② A temperatura da fonte de evaporación é uniforme e estable, polo que non é doado producir o fenómeno de salpicaduras de pingas de revestimento e tamén pode evitar o fenómeno de buratos na película depositada.
③ A fonte de evaporación cárgase unha vez e a temperatura é relativamente doada e sinxela de controlar.
Data de publicación: 28 de outubro de 2022