Содержание
Вакуумное напыление металлических покрытий — красивый и увлекательный процесс, на почве которого рождается много научных, изобретательских и коммерческих идей. Наносимые покрытия могут иметь разную толщину — от миллиметров до единиц атомов и совершенно точно воспроизводят структуру поверхности образца. Так можно наносить медь, цинк, никель и других материалы на самые разные поверхности – от бумаги до фторопласта.
Само название данной технологии вызывает ощущение чего-то сложного, наукоемкого и недоступного простым смертным. Однако японский радиолюбитель Ryuichi разрушил это представление своим видеороликом с демонстрацией установки для вакуумного напыления меди из самых незамысловатых компонентов. Его пример вдохновил и меня на создание подобной установки.
Что из этого получилось и какие опыты мне удалось провести – читайте здесь, с фото и видео.
Магнетронная фокусировка плазмы в кольцо
Вакуумное напыление — это категория способов напыления покрытий (не толстой плёнки) в вакуумной среде, при каковых возмещение выходит путём прямого конденсирования пара, наносимого вещества.
Различают последующие периоды вакуум напылений:
- Создание газов (паров) с элементов, образующих покрытие;
- Транспортировка паров к подложке;
- Конденсация пара в подложке и развитие напыления;
- К группе способов вакуумного напыления принадлежат приведенные ниже технологические процессы, а кроме того реактивные виды данных действий.
Методы теплового напыления:
- Испарение электрическим лучом;
- Испарение лазерным лучом.
Испарение вакуумной дугой:
- Сырье улетучивается в катодном пятне гальванической дуги;
- Эпитаксия моляльным лучом.
Ионное рассеивание:
- Первоначальное сырье распыляется бомбардировкой гетерополярным потоком и действует на подложку.
Магнетронное распыление:
- Напыление с гетерополярным ассистированием;
- Имплантация ионов;
- Фокусируемый ионный пучок.
Вакуумное покрытие используют с целью формирования в плоскости элементов, приборов и оснащения многофункциональных покрытий — проводящих, изолирующих, абразивостойких, коррозионно-устойчивых, эрозионностойких, антифрикционных, антизадирных, барьерных и т. д. Процедура применяется с целью нанесения декоративных покрытий, к примеру, при изготовлении часов с позолотой и оправ для очков. Единственный из ключевых действий микроэлектроники, где используется с целью нанесения проводящих оболочек (металлизации). Вакуумное покрытие применяется с целью получения оптических покрытий: просветляющих, отображающих, фильтрующих.
Материалами для напыления предназначаются мишени с разных веществ, металлов (титана, алюминия, вольфрама, молибдена, железа, никеля, меди, графита, хрома), их сплавов и синтезов (Si02,Ti02,Al203). В научно-техническую сферу способен быть добавлен электрохимически динамичный метан, к примеру, ацетилен (с целью покрытий, включающих углерод), азот, воздух. Хим реакция в плоскости подложки активизируется нагревом, или ионизацией и диссоциацией газа той либо другой конфигурацией газового ряда.
С поддержкой способов вакуумного напыления обретают напыления толщиной с нескольких ангстрем вплоть до нескольких микрон, как правило в последствии нанесения напыления плоскость не требует добавочного обрабатывания.
Методы вакуумного напыления
Вакуумное покрытие — перенесение элементов напыляемого материала с источника (зоны его переведения в газовую фазу) к плоскости детали исполняется согласно прямолинейным траекториям при вакууме 10-3 Па и ниже (вакуумное улетучивание) и посредством дифузного и конвекционного перенесения в плазме при давлениях 1 Па (катодное рассеивание) и 10-1-10-3 Па (магнетронное и ионно-плазменное рассеивание). Участь любой из крупиц напыляемого элемента при соударении с поверхностью детали находится в зависимости от ее энергии, температуры плоскости и хим сродства веществ оболочки и составляющих. Атомы либо молекулы, достигнувшие плоскости, имеют все шансы или отразиться от нее, или адсорбироваться и спустя определенный период времени, покинуть ее (десорбция), или адсорбироваться и формировать в плоскости поликонденсат (уплотнение). При высочайших энергиях крупиц, высокой температуре плоскости и небольшом хим сродстве, часть отображается поверхностью. Температура плоскости детали, больше которой все частички отражаются с нее и оболочка не сформируется, именуется опасной температурой напыления вакуумного, её роль находится в зависимости от природы веществ оболочки и плоскости детали и от состояния плоскости. При весьма небольших струях испаримых частиц, в том числе и в случае если данные частички в плоскости адсорбируются, однако нечасто сталкиваются с иными подобными же частичками, они десорбируются и не могут формировать зачатков, т.е. оболочка никак не увеличивается. Опасной частотой струи испаримых элементов для переданной температуры плоскости именуется минимальная уплотненность, при которой частички конденсируются и образовывают пленку.
Метод вакуумного напыления
Вакуумно-плазменное напыление
Согласно данному способу тонкие оболочки толщиной 0,02-0,11 мкм выходят в следствии нагрева, улетучивания и осаждения элемента на подложку в изолированной камере при сокращенном давлении газа в ней. В камере с поддержкой вакуумного насоса формируется максимальное влияние остаточных газов примерно 1,2х10-3 Па.
Рабочая камера предполагает собою металлический либо стеклянный колпак с концепцией внешнего водяного остужения. Камера размещена в основной плите и формирует с ней вакуумно-непроницаемое объединение. Адгерент, в котором проводится напыление, зафиксирован на держателе. К подложке прилегает электронагреватель, раскаляющий подложку вплоть до 2500-4500 оС, с целью усовершенствования адгезии напыляемой оболочки. Теплообменник содержит в себе отопитель и ресурс напыляемого элемента. Переломная затворка закрывает течение паров с испарителя к подложке. Покрытие длится в ходе времени, когда заслонка не закрыта.
Для нагрева напыляемого элемента в основном применяется 2 вида испарителей:
- Прямонакальный проволочный или ленточный испаритель, изготавляемый с вольфрама либо молибдена;
- Электронно-радиальные испарители с нагревом испаримого элемента электрической бомбардировкой.
Для напыления пленок с многокомпонентых веществ используется подрывное улетучивание. При данном теплообменник разогревается вплоть до 20000 оС и посыпается порошком из смеси испаримых веществ. Подобным способом удаётся обретать композиционные покрытия.
Некоторые известные вещества с целью покрытий (к примеру, золото) обладают плохой адгезией с кремнием и иными полупроводниковыми веществами. В случае некачественной адгезии испаримого вещества к подложке, улетучивание прокладывают в 2 слоя. Вначале сверху подложки наносят слой сплава, обладающего отличной адгезией к полупроводниковой подложке, к примеру, Ni, Cr либо Ti. Далее напыляют главный пласт, у которого прилипание с подслоем ранее превосходное.
Ионно-вакуумное напыление
Данный способ состоит в разбрызгивании вещества наносимого элемента, пребывающего под отрицательным потенциалом, вследствие бомбардировки ионами пассивного газа, появляющихся в ходе возбужденности перетлевающего разряда изнутри конструкции вакуумного напыления.
Материал негативно заряженного электрода распыляется перед воздействием ударяющихся о него ионизованных атомов пассивного газа. Данные пульверизированные промежуточные атомы и осаждаются сверху подложки. Основным превосходством ионно-вакуумного способа напыления представляется отсутствие потребности нагрева испарителя вплоть до высочайшей температуры.
Механизм происхождения тлеющего разряда. Разлагающийся разряд прослеживается в камерах с невысоким давлением газа меж 2-я железными электродами, на которые подается большой вольтаж вплоть до 1-4 кВ. При данном отрицательный электрод как правило заземлен. Катодом представляется мишень с распыляемого вещества. С камеры заранее откачивается воздушное пространство, далее запускается газ вплоть до давления 0,6 Па.
Тлеющий разряд приобрел собственное наименование из-за присутствия в мишени (катоде) так именуемого перетлевающего свечения. Данное сверкание обуславливается огромным падением возможности в тесном пласте объёмного заряда возле катода. К области TC прилегает сфера фарадеева тёмного пространства, переходящая в позитивный столбик, что представляется самостоятельной долею разряда, никак не подходящей с других слоев разряда.
Вблизи анода, кроме того, существует легкий пласт объёмного заряда, именуемый анодным пластом. Прочая часть межэлектродного интервала захвачена квазинейтральной плазмой. Таким способом, в камере прослеживается растровое сверкание с чередующихся тёмных и ясных полос.
Для прохождения тока меж электродами нужна стабильная эмиссия электронов катода. Данную эмиссию допускается спровоцировать по принуждению посредством нагрева катода, либо облучения его ультрафиолетовым светом. Такого рода разряд представляется несамостоятельным.
Вакуумное напыление алюминия
В некоторых случаях, особенно при напылении пластика, применяется металлизирование алюминием, а этот металл — материал довольно легкий и никак не износоустойчивый, в данном случае необходимы некоторые особые научно-технические приемы. Пользователю следует понимать, что подобные составляющие правильнее всего оберегать от засорения сразу же по прошествии штамповки, а кроме того, вредно использовать разные смазывающие порошки и присыпки в пресс-фигурах.
Вакуумное напыление алюминия
Вакуумное напыление металлов
Металлы, испаряющиеся при температуре ниже места их плавления, допускается разогревать непосредственным прохождением тока, серебро и золото испаряют в челноках с тантала либо вольфрама. Покрытие обязано изготавливаться в камере с давлением
Александр Оликевич 
mntc проводит мастер-класс по магнетронному вакуумному напылению металлов на разные материалы в домашних условиях.
в онлайне
Опыты по вакуумному напылению (PVD) в домашних условиях. Часть 1.
(собрать установку: вакуумный насос+банка из-под огурцов+магниты, напыление медных пленок на слюду, текстолит, фторопласт, силикон, алюминий, бумагу, кремний, пластик; напыление алюминия – фейл)
Опыты по вакуумному напылению (PVD) в домашних условиях. Часть 2.
(напыление латуни – ок, цинка – ок, никеля – ок, оловянно-свинцового припоя – фейл, свинца – фейл, висмут – фейл, еще раз алюминий – фейл, сталь – фейл)
Опыты по вакуумному напылению (PVD) в домашних условиях. Часть 3.
(нержавейка – фейл, улучшенная вакуумная камера из салатницы, обзор других техник напыления, размышления на тему радиационной безопасности, соображения на тему конструкции вакуумных камер)
Нутром чую, что в ближайшие год-два это направление встряхнет и протащит индустрию гаражного производства не хуже, чем персональные 3д-принтеры, но доказать не могу.
К слову, Пётр Доронин как-то мне показывал ролик, как он плавил гайку, левитирующую внутри электрокипятильника индукционной катушки
и как раз подумывал о том, чтобы испарять её и напылять внутри вакуума