Bij verdampingscoating vormen de nucleatie en groei van de filmlaag de basis van verschillende ionencoatingtechnologieën
1. Nucleatie
InvacuümverdampingscoatingtechnologieNadat de deeltjes van de filmlaag in de vorm van atomen uit de verdampingsbron zijn verdampt, vliegen ze rechtstreeks naar het werkstuk in hoog vacuüm en vormen de filmlaag door nucleatie en groei op het oppervlak van het werkstuk. Tijdens vacuümverdamping is de energie van de atomen van de filmlaag die uit de verdampingsbron ontsnappen ongeveer 0,2 eV. Wanneer de cohesie tussen de deeltjes van de filmlaag groter is dan de bindingskracht tussen de atomen van de filmlaag en het werkstuk, vormen ze een eilandkern. Een enkel atoom van de filmlaag blijft gedurende een bepaalde tijd op het oppervlak van het werkstuk en ondergaat onregelmatige beweging, diffusie, migratie of botsing met andere atomen om atoomclusters te vormen. Het aantal atomen in de atoomcluster bereikt een bepaalde kritische waarde, er wordt een stabiele kern gevormd, een zogenaamde homogeen gevormde kern.
Glad en bevat veel defecten en stappen, wat leidt tot een verschil in adsorptiekracht van verschillende delen van het werkstuk ten opzichte van de radioactieve atomen. De adsorptie-energie van het oppervlak van het defect is groter dan die van het normale oppervlak, waardoor het het actieve centrum wordt, wat bevorderlijk is voor preferentiële nucleatie, ook wel heterogene nucleatie genoemd. Wanneer de cohesiekracht gelijk is aan de bindingskracht, of wanneer de bindingskracht tussen de membraanatomen en het werkstuk groter is dan de cohesiekracht tussen de membraanatomen, wordt de lamellaire structuur gevormd. In de ionenplatingtechnologie wordt in de meeste gevallen een eilandkern gevormd.
2. Groei
Zodra de kern van de film is gevormd, blijft deze groeien door de invallende atomen op te vangen. De eilanden groeien en binden zich met elkaar om grotere hemisferen te vormen. Zo ontstaat geleidelijk een halfronde eilandlaag die zich over het oppervlak van het werkstuk verspreidt.
Wanneer de atoomenergie van de filmlaag hoog is, kan deze voldoende diffunderen over het oppervlak en kan een gladde, continue film worden gevormd wanneer de daaropvolgende inkomende atoomclusters klein zijn. Als de diffusie van de atomen over het oppervlak zwak is en de omvang van de afgezette clusters groot, bestaan ze als grote schiereilandkernen. De bovenkant van de eilandkern heeft een sterk schaduweffect op het concave deel, oftewel het "schaduweffect". De projectie van het oppervlak bevordert het vangen van daaropvolgende afgezette atomen en preferentiële groei, wat resulteert in een toenemende mate van concaviteit op het oppervlak om conische of kolomvormige kristallen van voldoende grootte te vormen. Er ontstaan penetrerende holtes tussen de conische kristallen en de oppervlakteruwheid neemt toe. Fijn weefsel kan worden verkregen bij hoog vacuüm; naarmate de vacuümgraad afneemt, wordt de microstructuur van het membraan steeds dikker.
Geplaatst op: 24 mei 2023