國(guó)內(nèi)PVD技術(shù)應(yīng)用與研究現(xiàn)狀

俞葉+趙占平

【摘 要】PVD技術(shù)在進(jìn)行實(shí)施的過(guò)程當(dāng)中，是通過(guò)對(duì)某種物理機(jī)制加以應(yīng)用來(lái)在相關(guān)物體表面形成一層薄膜。比如通過(guò)對(duì)物質(zhì)的熱蒸發(fā)進(jìn)行應(yīng)用或者是在受到粒子轟擊時(shí)，物質(zhì)表面原子的現(xiàn)濺射現(xiàn)象。這能夠有效地實(shí)現(xiàn)物質(zhì)從原物質(zhì)到薄膜間的可控化的轉(zhuǎn)移。雖然，國(guó)內(nèi)PVD技術(shù)的應(yīng)用水平還無(wú)法達(dá)到需求，但是相關(guān)市場(chǎng)的普及和需求量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了預(yù)計(jì)結(jié)果。在這種背景下，研究國(guó)內(nèi)PVD技術(shù)的應(yīng)用，并對(duì)其相關(guān)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析十分重要。

【Abstract】PVD is mainly based on the application of a physical mechanism to form a film on the surface of the relevant objects. Such as the use of thermal evaporation of substancesor and the sputtering phenomenon of material surface atoms at the time of particle bombardment. It can effectively realize the controllable transfer of matter from the original material to the film. Although the domestic PVD technology application level can not meet the demand， but the popularity of the relevant market and demand has far exceeded the expected results.Under this background， it is very important to study the application of PVD technology and analyze its application status in China.

【關(guān)鍵詞】國(guó)內(nèi)PVD技術(shù)；技術(shù)應(yīng)用；研究現(xiàn)狀

【Keywords】 domestic PVD technology； technology application； research status

【中圖分類號(hào)】TG14 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）04-0183-02

1 國(guó)內(nèi)PVD技術(shù)的發(fā)展情況

國(guó)內(nèi)PVD的圖層技術(shù)開(kāi)始發(fā)展的時(shí)間是20世紀(jì)八十年代初，當(dāng)時(shí)因?yàn)閷?duì)于中小型的空心陰極離子鍍膜機(jī)進(jìn)行研制，分析高速鋼刀具的TiN涂層，主要涉及到了對(duì)這種技術(shù)的應(yīng)用。從當(dāng)時(shí)的研究角度來(lái)看，刀具涂層具有較好的應(yīng)用市場(chǎng)和發(fā)展前景，這就使得國(guó)內(nèi)開(kāi)始應(yīng)用到了熱陰極離子鍍和陰極電弧離子鍍等相關(guān)的技術(shù)與設(shè)備。

這一新引進(jìn)的技術(shù)和裝備開(kāi)始促進(jìn)我國(guó)的刀具PVD涂層技術(shù)的首次發(fā)展，并且也激發(fā)了我國(guó)PVD技術(shù)的開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)的各個(gè)真空設(shè)備廠和相關(guān)科研單位紛紛開(kāi)始對(duì)離子鍍膜機(jī)的研究工作展開(kāi)攻關(guān)，直到九十年代初開(kāi)始開(kāi)發(fā)出了多種PVD設(shè)備。但是因?yàn)榇蠖鄶?shù)設(shè)備性能和指標(biāo)相對(duì)都不能達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致其所制成的工藝設(shè)備的穩(wěn)定性并不能合乎標(biāo)準(zhǔn)。

雖然，在九十年代的時(shí)候，國(guó)內(nèi)所研制成功的一些涂層工藝技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)的使用水平，但在日后的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中卻并沒(méi)有得到市場(chǎng)的認(rèn)可。我國(guó)汽車工藝技術(shù)在不斷的崛起，這也使得先進(jìn)的制造業(yè)技術(shù)大量被引進(jìn)，一些數(shù)控機(jī)床技術(shù)被大面積的普及。所以，到21世紀(jì)，國(guó)內(nèi)又開(kāi)始掀起了第二次PVD技術(shù)的開(kāi)發(fā)熱潮。但這次的開(kāi)發(fā)和上一次開(kāi)發(fā)存在著明顯的不同，使得國(guó)內(nèi)PVD技術(shù)的發(fā)展具有更高的創(chuàng)造性和多元性。

對(duì)其進(jìn)行歸納主要有陰極電弧法、熱陰極法、磁控濺射法、磁控濺射附加陰極電弧法、空心陰極復(fù)加磁控濺射及陰極電弧法。對(duì)于這些方法進(jìn)行歸納，我國(guó)國(guó)內(nèi)的刀具涂層技術(shù)的開(kāi)發(fā)開(kāi)始表現(xiàn)出明確的特點(diǎn)，它主要將TiAIN薄膜作為主要的發(fā)展角度，各類技術(shù)都能夠在切削刀具上制造出多種保護(hù)膜層，但是當(dāng)前所欠缺的就是采用基礎(chǔ)的研究，對(duì)于工業(yè)化生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性也沒(méi)有相關(guān)的保障。

2 國(guó)內(nèi)PVD技術(shù)的案例研究和應(yīng)用分析

2.1 TVB技術(shù)的主要研發(fā)內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)和解決的關(guān)鍵技術(shù)

傳統(tǒng)電鍍法和化學(xué)鍍法制造的合金產(chǎn)品不但附著粘度強(qiáng)度差，膜層厚度不均勻，而且還會(huì)產(chǎn)生大量的廢液而造成公害[1]。為了避免這種情況發(fā)生，采用PVD離子濺射方法進(jìn)行鉬基板合金鍍膜，在PVD磁控濺射鍍膜專用設(shè)備真空體中，利用磁場(chǎng)與電子相互作用，產(chǎn)生高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)生濺射，沉積在鉬基板上，使得鉬基板表面均勻覆蓋一層致密的合金薄膜，合金層和鉬基板之間形成冶金結(jié)合。采用熱軋和溫軋相結(jié)合的交叉復(fù)合軋制工藝，形成具有納米亞晶結(jié)構(gòu)的縱橫交叉的纖維狀顯微組織的鉬基板，減少材料的各項(xiàng)異性，提高室溫力學(xué)性能。選用細(xì)晶密度純度等晶壓制內(nèi)部鉬粒比較均勻的大規(guī)格鉬坯為原材料，采用自動(dòng)控制壓延量的軋機(jī)進(jìn)行加工，通過(guò)交叉和熱軋和交叉溫軋相結(jié)合的復(fù)合軋制工藝，獲得具有精細(xì)亞晶結(jié)構(gòu)徑項(xiàng)組織，制品致密度達(dá)到99.8%以上。采用在軋制過(guò)程中對(duì)溫度進(jìn)行有效控制，改善補(bǔ)償片的低溫塑性，120°折彎不開(kāi)裂，解決材料的各項(xiàng)異性和室溫力學(xué)性能低等技術(shù)難題。

2.2 國(guó)內(nèi)PVD技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展分析

通過(guò)軋制工藝的優(yōu)化，提出交叉熱軋和交叉溫軋相結(jié)合的復(fù)合軋制工藝，采用高精密雙端面研磨機(jī)使得補(bǔ)償片的平面度。平行度、粗糙度達(dá)到PVD磁控濺射合金鉬基板指標(biāo)設(shè)計(jì)要求，在表面預(yù)處理工序前，采用中低頻率振動(dòng)消除應(yīng)力時(shí)效系統(tǒng)，盡量消除二、三類殘余應(yīng)力，保持補(bǔ)償片尺寸和形狀的穩(wěn)定性，達(dá)到平面度、平行度精度要求，保證表面涂層合金化后平面度偏差控制到最小。采用PVD離子濺射方法進(jìn)行鉬基板合金鍍膜。在PVD磁控濺射鍍膜專用設(shè)備中，利用磁場(chǎng)與電子相互作用，產(chǎn)生高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)生濺射，沉積在鉬基板上，使得鉬基板表面均勻覆蓋一層致密的合金薄膜。

3 國(guó)內(nèi)PVD技術(shù)的研究和應(yīng)用所存在的問(wèn)題

PVD涂層的應(yīng)用和相關(guān)的應(yīng)用范圍存在明顯的關(guān)系。與90年代相比存在一定的差異，因?yàn)楫?dāng)前應(yīng)用更多集中在對(duì)于硬質(zhì)合金的應(yīng)用方面。從現(xiàn)如今PVD所存在的問(wèn)題來(lái)看，技術(shù)上的問(wèn)題是主要的問(wèn)題，最近這些年因?yàn)閲?guó)內(nèi)的涂層技術(shù)有了多元性的發(fā)展，也使得一些可制備的技術(shù)開(kāi)始形成，但還沒(méi)有形成真正的具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的技術(shù)裝備[1]。其主要的問(wèn)題就是因?yàn)閲?guó)內(nèi)的PVD技術(shù)的基礎(chǔ)較為薄弱，在相關(guān)的領(lǐng)域當(dāng)中比如切削加工領(lǐng)域，硬質(zhì)合金刀的圖騰等領(lǐng)域都沒(méi)有滿足市場(chǎng)的需求。而且國(guó)內(nèi)的相關(guān)涂層技術(shù)在成分和薄層結(jié)構(gòu)等方面還沒(méi)有成熟，這就導(dǎo)致在切削過(guò)程當(dāng)中表現(xiàn)出的性能存在一些問(wèn)題。對(duì)于現(xiàn)代化的加工進(jìn)行指導(dǎo)時(shí)一些精密成型的加工器件的要求越來(lái)越高，那么，通過(guò)合理的薄膜制備技術(shù)能夠獲取更加致密的薄膜組織和光整的表面形貌，這是提升覆膜技術(shù)的有效基礎(chǔ)也是根本。當(dāng)然除此之外，涂層設(shè)備在開(kāi)發(fā)和制造方面也存在一些問(wèn)題，因?yàn)楝F(xiàn)如今缺乏資金的有效支持，國(guó)內(nèi)的涂層設(shè)備在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)上與國(guó)際還存在較大的差距。這使得相關(guān)薄膜技術(shù)的制備機(jī)理缺乏深入的研究，所以在設(shè)備上具有一定的盲目性。因?yàn)檠芯康恼w配套性差和應(yīng)用基礎(chǔ)不足，導(dǎo)致覆膜技術(shù)的發(fā)展一直穩(wěn)定不前。所以為了有效地促進(jìn)我國(guó)PVD技術(shù)的發(fā)展，需要合理地對(duì)相關(guān)問(wèn)題加以解決，這樣才能夠促進(jìn)未來(lái)我國(guó)國(guó)內(nèi)PVD技術(shù)的穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究主要分析國(guó)內(nèi)PVD技術(shù)的應(yīng)用情況，對(duì)于PVD技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷進(jìn)行簡(jiǎn)要敘述。文中也涉及到了一些國(guó)內(nèi)PVD技術(shù)發(fā)展的案例和相關(guān)制備技術(shù)，同時(shí)探索了國(guó)內(nèi)技術(shù)當(dāng)中存在的問(wèn)題等情況。筆者認(rèn)為，為了促進(jìn)我國(guó)PVD技術(shù)朝著良性方向發(fā)展，合理地認(rèn)識(shí)當(dāng)前我國(guó)發(fā)展的現(xiàn)狀，針對(duì)相關(guān)問(wèn)題提出解決措施是十分重要的。

【參考文獻(xiàn)】

【1】任國(guó)強(qiáng).PVD涂層技術(shù)在我國(guó)刀具制造中的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2014，22（10）：63-64.