Tijdens het verdampingscoatingproces vormen de kiemvorming en groei van de filmlaag de basis van diverse ionencoatingtechnologieën.
1. Nucleatie
InvacuümverdampingscoatingtechnologieNadat de deeltjes van de filmlaag in de vorm van atomen uit de verdampingsbron zijn verdampt, vliegen ze in een hoog vacuüm rechtstreeks naar het werkstuk en vormen daar 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, ontstaat een eilandkern. Een enkel atoom van de filmlaag blijft gedurende een bepaalde tijd op het oppervlak van het werkstuk en ondergaat onregelmatige bewegingen, diffusie, migratie of botsingen met andere atomen om atoomclusters te vormen. Wanneer het aantal atomen in de atoomcluster een bepaalde kritische waarde bereikt, wordt een stabiele kern gevormd, een zogenaamde homogeen gevormde kern.
Het oppervlak is glad en bevat veel defecten en oneffenheden, waardoor de adsorptiekracht van verschillende delen van het werkstuk op de radioactieve atomen verschilt. De adsorptie-energie van het oppervlak van het defect is groter dan die van het normale oppervlak, waardoor het een actief centrum wordt. Dit bevordert 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, ontstaat een lamellaire structuur. Bij ionenplating 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 in te sluiten. De eilandjes groeien en combineren met elkaar tot grotere halve bollen, waardoor geleidelijk een laag van halfronde eilandjes ontstaat die zich over het oppervlak van het werkstuk verspreidt.
Wanneer de atoomenergie van de filmlaag hoog is, kan deze voldoende diffunderen aan het oppervlak en kan een gladde, continue film worden gevormd wanneer de daaropvolgende atoomclusters klein zijn. Als de diffusie van de atomen aan het oppervlak zwak is en de grootte van de afgezette clusters groot is, bestaan ze als grote schiereilandvormige kernen. De bovenkant van de eilandkern heeft een sterk schaduweffect op het concave deel, oftewel het "schaduweffect". De projectie van het oppervlak is meer bevorderlijk voor het opvangen van daaropvolgende afgezette atomen en preferentiële groei, wat resulteert in een toenemende mate van concaviteit aan het oppervlak om kegelvormige of kolomvormige kristallen van voldoende grootte te vormen. Doordringende holtes ontstaan tussen de kegelvormige kristallen en de oppervlakteruwheid neemt toe. Bij een hoog vacuüm kan een fijn weefsel worden verkregen; naarmate de vacuümgraad afneemt, wordt de microstructuur van het membraan steeds dikker.
Geplaatst op: 24 mei 2023