Prinsipyo ng vacuum evaporation coating
1, Kagamitan at pisikal na proseso ng vacuum evaporation coating
Ang kagamitan sa vacuum evaporation coating ay pangunahing binubuo ng vacuum chamber at evacuation system. Sa loob ng vacuum chamber, mayroong pinagmumulan ng evaporation (hal. evaporation heater), substrate at substrate frame, substrate heater, exhaust system, atbp.
Ang materyal na patong ay inilalagay sa pinagmumulan ng ebaporasyon ng silid ng vacuum, at sa ilalim ng mataas na kondisyon ng vacuum, ito ay pinainit ng pinagmumulan ng ebaporasyon upang maglaho. Kapag ang average na malayang saklaw ng mga molekula ng singaw ay mas malaki kaysa sa linear na laki ng silid ng vacuum, pagkatapos makatakas ang mga atomo at molekula ng singaw ng pelikula mula sa ibabaw ng pinagmumulan ng ebaporasyon, bihirang maharangan ng banggaan ng ibang mga molekula o atomo, at direktang umaabot sa ibabaw ng substrate na pahiran. Dahil sa mababang temperatura ng substrate, ang mga particle ng singaw ng pelikula ay namumuo dito at bumubuo ng isang pelikula.
Upang mapabuti ang pagdikit ng mga molekula ng ebaporasyon at substrate, maaaring i-activate ang substrate sa pamamagitan ng wastong pagpapainit o paglilinis ng ion. Ang vacuum evaporation coating ay dumadaan sa mga sumusunod na pisikal na proseso mula sa pagsingaw ng materyal, transportasyon hanggang sa pagdeposito sa isang pelikula.
(1) Gamit ang iba't ibang paraan upang gawing enerhiyang thermal ang iba pang anyo ng enerhiya, ang materyal na pelikula ay pinainit upang magsingaw o mag-sublimate at maging mga partikulo ng gas (mga atomo, molekula o kumpol ng atomo) na may tiyak na dami ng enerhiya (0.1 hanggang 0.3 eV).
(2) Ang mga partikulo ng gas ay umaalis sa ibabaw ng pelikula at dinadala sa ibabaw ng substrate sa isang tiyak na bilis ng paggalaw, na halos walang banggaan, sa isang tuwid na linya.
(3) Ang mga gas na partikulo na umaabot sa ibabaw ng substrate ay nagsasama-sama at nagkakaroon ng nukleo, at pagkatapos ay lumalaki at nagiging isang solid-phase film.
(4) Muling pagsasaayos o kemikal na pagbubuklod ng mga atomo na bumubuo sa pelikula.
2, Pag-init ng singaw
(1) Pagsingaw na may resistensya sa pag-init
Ang resistance heating evaporation ang pinakasimple at pinakakaraniwang ginagamit na paraan ng pag-init. Karaniwang naaangkop ito sa mga materyales na may melting point na mas mababa sa 1500℃. Ang mga metal na may mataas na melting point na hugis alambre o sheet (W, Mo, Ti, Ta, boron nitride, atbp.) ay karaniwang ginagawa sa angkop na hugis ng pinagmumulan ng evaporation. Nilagyan ito ng mga materyales na may evaporation. Sa pamamagitan ng init ng Joule ng kuryente, natutunaw, nasusunog, o na-sublimate ang plating material. Ang hugis ng pinagmumulan ng evaporation ay pangunahing kinabibilangan ng multi-strand spiral, hugis-U, sine wave, manipis na plato, bangka, cone basket, atbp. Kasabay nito, ang pamamaraan ay nangangailangan na ang pinagmumulan ng evaporation ay may mataas na melting point, mababang saturation vapor pressure, matatag na kemikal na katangian, walang kemikal na reaksyon sa materyal na may patong sa mataas na temperatura, mahusay na heat resistance, maliit na pagbabago sa power density, atbp. Gumagamit ito ng mataas na current sa pamamagitan ng pinagmumulan ng evaporation upang uminit at ma-evaporate ang materyal na pelikula sa pamamagitan ng direktang pag-init, o ilagay ang materyal na pelikula sa crucible na gawa sa graphite at ilang high temperature resistant metal oxides (tulad ng A202, B0) at iba pang materyales para sa hindi direktang pag-init upang ma-evaporate.
May mga limitasyon ang resistance heating evaporation coating: mababa ang vapor pressure ng mga refractory metal, kaya mahirap gumawa ng manipis na film; madaling bumuo ng alloy ang ilang elemento gamit ang heating wire; hindi madaling makakuha ng pare-parehong komposisyon ng alloy film. Dahil sa simpleng istraktura, mababang presyo, at madaling gamiting paraan ng resistance heating evaporation, ito ay isang napakakaraniwang aplikasyon ng paraan ng evaporation.
(2) Pagsingaw ng pag-init ng electron beam
Ang evaporation ng electron beam ay isang paraan ng pagsingaw ng coating material sa pamamagitan ng pagbomba nito gamit ang high-energy density electron beam sa pamamagitan ng paglalagay nito sa isang water-cooled copper crucible. Ang evaporation source ay binubuo ng electron emission source, electron acceleration power source, crucible (karaniwan ay copper crucible), magnetic field coil, at cooling water set, atbp. Sa device na ito, ang pinainit na materyal ay inilalagay sa water-cooled crucible, at ang electron beam ay nagbobomba lamang ng napakaliit na bahagi ng materyal, habang ang karamihan sa natitirang materyal ay nananatili sa napakababang temperatura sa ilalim ng cooling effect ng crucible, na maaaring ituring na bombarded na bahagi ng crucible. Kaya, ang paraan ng pag-init ng electron beam para sa evaporation ay maaaring maiwasan ang kontaminasyon sa pagitan ng coating material at ng evaporation source material.
Ang istruktura ng pinagmumulan ng ebaporasyon ng electron beam ay maaaring hatiin sa tatlong uri: straight guns (Boules guns), ring guns (electrically deflected) at e-guns (magnetically deflected). Ang isa o higit pang mga crucible ay maaaring ilagay sa isang pasilidad ng ebaporasyon, na maaaring magsingaw at magdeposito ng maraming iba't ibang sangkap nang sabay-sabay o magkahiwalay.
Ang mga pinagmumulan ng pagsingaw ng electron beam ay may mga sumusunod na bentahe.
①Ang mataas na densidad ng sinag ng pinagmumulan ng pagsingaw ng electron beam bombardment ay maaaring makakuha ng mas malaking densidad ng enerhiya kaysa sa pinagmumulan ng pag-init na may resistensya, na maaaring magsingaw ng mga materyales na may mataas na melting point, tulad ng W, Mo, Al2O3, atbp.
②Ang materyal na patong ay inilalagay sa isang tunawang tanso na pinalamig ng tubig, na maaaring maiwasan ang pagsingaw ng materyal na pinagmumulan ng pagsingaw, at ang reaksyon sa pagitan ng mga ito.
③Maaaring direktang idagdag ang init sa ibabaw ng materyal na patong, na nagpapataas sa kahusayan ng init at nagpapababa sa pagkawala ng pagpapadaloy ng init at radyasyon ng init.
Ang disbentaha ng paraan ng pagsingaw gamit ang electron beam heating ay ang mga pangunahing electron mula sa electron gun at ang mga pangalawang electron mula sa ibabaw ng materyal na patong ay mag-ionize sa mga sumisingaw na atomo at mga natitirang molekula ng gas, na kung minsan ay makakaapekto sa kalidad ng pelikula.
(3) Pagsingaw ng mataas na dalas ng induction heating
Ang high-frequency induction heating evaporation ay ang paglalagay ng crucible na may coating material sa gitna ng high-frequency spiral coil, upang ang coating material ay makabuo ng malakas na eddy current at hysteresis effect sa ilalim ng induction ng high-frequency electromagnetic field, na nagiging sanhi ng pag-init ng film layer hanggang sa ito ay mag-vaporize at mag-evaporate. Ang evaporation source ay karaniwang binubuo ng water-cooled high-frequency coil at isang graphite o ceramic (magnesium oxide, aluminum oxide, boron oxide, atbp.) crucible. Ang high frequency power supply ay gumagamit ng frequency na sampung libo hanggang ilang daang libong Hz, ang input power ay ilan hanggang ilang daang kilowatts, mas maliit ang volume ng membrane material, mas mataas ang induction frequency. Ang induction coil frequency ay karaniwang gawa sa water-cooled copper tube.
Ang disbentaha ng high-frequency induction heating evaporation method ay hindi madaling i-fine adjust ang input power, mayroon itong mga sumusunod na bentahe.
①Mataas na bilis ng pagsingaw
②Pantay at matatag ang temperatura ng pinagmumulan ng pagsingaw, kaya hindi madaling makagawa ng penomenong pagtalsik ng mga patak ng patong, at maiiwasan din nito ang penomenong pagkakaroon ng mga butas sa idinepositong pelikula.
③Ang pinagmumulan ng ebaporasyon ay kinakarga nang isang beses, at ang temperatura ay medyo madali at madaling kontrolin.
Oras ng pag-post: Oktubre-28-2022