Vakum buharlaştırma kaplamasının prensibi
1、Vakum buharlaştırma kaplamasının ekipmanı ve fiziksel süreci
Vakum buharlaştırma kaplama ekipmanı esas olarak vakum odası ve tahliye sisteminden oluşur. Vakum odasının içinde buharlaştırma kaynağı (yani buharlaştırma ısıtıcısı), alt tabaka ve alt tabaka çerçevesi, alt tabaka ısıtıcısı, egzoz sistemi vb. bulunur.
Kaplama malzemesi vakum odasının buharlaşma kaynağına yerleştirilir ve yüksek vakum koşulları altında buharlaşmak için buharlaşma kaynağı tarafından ısıtılır. Buhar moleküllerinin ortalama serbest aralığı vakum odasının doğrusal boyutundan daha büyük olduğunda, film buharının atomları ve molekülleri buharlaşma kaynağının yüzeyinden kaçtıktan sonra, diğer moleküllerin veya atomların çarpışması tarafından nadiren engellenir ve doğrudan kaplanacak alt tabakanın yüzeyine ulaşır. Alt tabakanın düşük sıcaklığı nedeniyle, film buharı parçacıkları üzerinde yoğunlaşır ve bir film oluşturur.
Buharlaşma moleküllerinin ve alt tabakanın yapışmasını iyileştirmek için, alt tabaka uygun ısıtma veya iyon temizleme ile aktive edilebilir. Vakum buharlaştırma kaplaması, malzeme buharlaşmasından, taşınmasına ve bir filme biriktirilmesine kadar aşağıdaki fiziksel süreçlerden geçer.
(1)Diğer enerji biçimlerini termal enerjiye dönüştürmenin çeşitli yolları kullanılarak, film malzemesi belirli miktarda enerjiyle (0,1 ila 0,3 eV) buharlaştırılmak veya gaz halindeki parçacıklara (atomlar, moleküller veya atom kümeleri) süblimleşmek üzere ısıtılır.
(2)Gaz halindeki parçacıklar filmin yüzeyinden ayrılır ve temelde çarpışma olmaksızın düz bir çizgide belirli bir hareket hızıyla alt tabakanın yüzeyine taşınır.
(3)Alt tabakanın yüzeyine ulaşan gaz parçacıkları birleşerek çekirdekleşir ve daha sonra katı fazlı bir filme dönüşür.
(4)Filmi oluşturan atomların yeniden düzenlenmesi veya kimyasal bağlanması.
2、Buharlaşma ısıtması
(1) Direnç ısıtma buharlaşması
Direnç ısıtma buharlaştırması, en basit ve en yaygın kullanılan ısıtma yöntemidir, genellikle erime noktası 1500℃'nin altında olan kaplama malzemelerine uygulanabilir, tel veya sac şeklindeki yüksek erime noktalı metaller (W, Mo, Ti, Ta, bor nitrür, vb.) genellikle buharlaştırma malzemeleri ile yüklenen uygun bir buharlaştırma kaynağı şekline getirilir, elektrik akımının Joule ısısı ile kaplama malzemesini eritmek, buharlaştırmak veya süblimleştirmek için kullanılır, buharlaştırma kaynağı şekli esas olarak çok telli spiral, U şeklinde, sinüs dalgası, ince levha, tekne, koni sepeti vb. içerir. Aynı zamanda, yöntem buharlaştırma kaynağı malzemesinin yüksek erime noktasına, düşük doygunluk buhar basıncına, kararlı kimyasal özelliklere, yüksek sıcaklıkta kaplama malzemesi ile kimyasal reaksiyona girmemesine, iyi ısı direncine, güç yoğunluğunda küçük değişime vb. sahip olmasını gerektirir. Buharlaştırma kaynağı üzerinden yüksek akım kullanarak film malzemesini doğrudan ısıtma ile ısıtır ve buharlaştırır veya film malzemesini grafitten ve belirli yüksek sıcaklığa dayanıklı metal oksitlerden (örneğin A202, B0) ve diğer dolaylı ısıtma malzemelerinin buharlaşması.
Direnç ısıtma buharlaştırma kaplamasının sınırlamaları vardır: refrakter metallerin buhar basıncı düşüktür, bu da ince film yapmayı zorlaştırır; bazı elementlerin ısıtma teli ile alaşım oluşturması kolaydır; alaşım filminin tekdüze bir bileşimini elde etmek kolay değildir. Direnç ısıtma buharlaştırma yönteminin basit yapısı, düşük fiyatı ve kolay çalışması nedeniyle buharlaştırma yönteminin çok yaygın bir uygulamasıdır.
(2) Elektron ışını ısıtma buharlaşması
Elektron ışını buharlaştırma, kaplama malzemesini su soğutmalı bir bakır potaya yerleştirerek yüksek enerji yoğunluklu bir elektron ışını ile bombardıman ederek buharlaştırma yöntemidir. Buharlaştırma kaynağı bir elektron emisyon kaynağı, bir elektron hızlandırma güç kaynağı, bir pota (genellikle bir bakır pota), bir manyetik alan bobini ve bir soğutma suyu seti vb. içerir. Bu cihazda, ısıtılmış malzeme su soğutmalı bir potaya yerleştirilir ve elektron ışını malzemenin yalnızca çok küçük bir bölümünü bombalarken, kalan malzemenin çoğu potanın soğutma etkisi altında çok düşük bir sıcaklıkta kalır ve bu da potanın bombalanan kısmı olarak kabul edilebilir. Bu nedenle, buharlaştırma için elektron ışını ısıtma yöntemi, kaplama malzemesi ile buharlaştırma kaynağı malzemesi arasındaki kontaminasyonu önleyebilir.
Elektron ışını buharlaştırma kaynağının yapısı üç türe ayrılabilir: düz silahlar (Boules silahları), halka silahlar (elektriksel olarak saptırılmış) ve e-silahlar (manyetik olarak saptırılmış). Bir buharlaştırma tesisine bir veya daha fazla pota yerleştirilebilir ve bu da birçok farklı maddeyi aynı anda veya ayrı ayrı buharlaştırabilir ve biriktirebilir.
Elektron demeti buharlaştırma kaynaklarının aşağıdaki avantajları vardır.
①Elektron ışını bombardımanı buharlaştırma kaynağının yüksek ışın yoğunluğu, W, Mo, Al2O3 vb. gibi yüksek erime noktasına sahip malzemeleri buharlaştırabilen dirençli ısıtma kaynağından çok daha büyük bir enerji yoğunluğu elde edebilir.
②Kaplama malzemesi, buharlaşma kaynağı malzemesinin buharlaşmasını ve aralarındaki reaksiyonu önleyebilen su soğutmalı bir bakır potaya yerleştirilir.
③Isı, kaplama malzemesinin yüzeyine doğrudan eklenebilir, bu da termal verimliliği yüksek, ısı iletimi ve ısı radyasyonu kaybını düşük hale getirir.
Elektron demeti ısıtmalı buharlaştırma yönteminin dezavantajı, elektron tabancasından gelen birincil elektronlar ile kaplama malzemesinin yüzeyinden gelen ikincil elektronların buharlaşan atomları ve kalan gaz moleküllerini iyonize edecek olması ve bu durumun bazen filmin kalitesini etkilemesidir.
(3) Yüksek frekanslı indüksiyon ısıtma buharlaştırması
Yüksek frekanslı indüksiyon ısıtma buharlaştırması, kaplama malzemesinin yüksek frekanslı spiral bobinin merkezine yerleştirilmesidir, böylece kaplama malzemesi yüksek frekanslı elektromanyetik alanın indüksiyonu altında güçlü girdap akımı ve histerezis etkisi üretir, bu da film tabakasının buharlaşana ve buharlaşana kadar ısınmasına neden olur. Buharlaşma kaynağı genellikle su soğutmalı yüksek frekanslı bir bobin ve bir grafit veya seramik (magnezyum oksit, alüminyum oksit, bor oksit vb.) potadan oluşur. Yüksek frekanslı güç kaynağı on bin ila birkaç yüz bin Hz frekans kullanır, giriş gücü birkaç ila birkaç yüz kilovattır, membran malzemesinin hacmi ne kadar küçükse, indüksiyon frekansı o kadar yüksektir. İndüksiyon bobini frekansı genellikle su soğutmalı bakır borudan yapılır.
Yüksek frekanslı indüksiyon ısıtma buharlaştırma yönteminin dezavantajı, giriş gücünün hassas bir şekilde ayarlanmasının kolay olmamasıdır, aşağıdaki avantajlara sahiptir.
①Yüksek buharlaşma oranı
②Buharlaşma kaynağının sıcaklığı düzgün ve sabittir, bu nedenle kaplama damlacıklarının sıçraması olgusunu üretmek kolay değildir ve ayrıca biriktirilen filmde iğne deliği olgusunu da önleyebilir.
③Buharlaştırma kaynağı bir kez yüklenir ve sıcaklığın kontrolü nispeten kolay ve basittir.
Yayınlanma zamanı: 28-Eki-2022