氮化硼蒸发舟(真空蒸镀的详细介绍)

Posted 2023-05-30

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氮化硼蒸发舟(真空蒸镀的详细介绍)

真空蒸镀即真空蒸发镀膜。这种方法是把装有基片的真空室抽成真空，气体压强达到10-2Pa以下加热镀料，使其原子或分子从表面气化逸出形成蒸气流，入射到基片表面，凝结形成固态薄膜。

　　1.真空蒸镀原理

　　（1）膜料在真空状态下的蒸发特性。单位时间内膜料单位面积上蒸发出来的材料质量称为蒸发速率。理想的最高速率Gm（单位为kg/（m²·s））∶Gm=4.38×10-3Ps（Ar/T）1/2，式中，T为蒸发表面的热力学温度，单位为K，Ps为温度T时的材料饱和蒸发压，单位为Pa，Ar为膜料的相对原子质量或相对分子质量。蒸镀时一般要求膜料的蒸气压在10-2~10-1Pa。材料的Cm通常处在10-4~10-1Pa，因此可以估算出已知蒸发材料的所需加热温度。

　　（2）蒸气粒子的空间分布。蒸气粒子的空间分布显著地影响了蒸发粒子在基体上的沉积速率以及基体上的膜厚分布。这与蒸发源的形状和尺寸有关。最简单的理想蒸发源有点和小平面两种类型。

　　2.真空蒸镀方式

　　（1）电阻加热蒸发。它是用丝状或片状的高熔点金属做成适当形状的蒸发源，将膜料放在其中，接通电源，电阻加热膜料而使其蒸发。对蒸发源材料的基本要求是高熔点，低蒸气压，在蒸发温度下不会与膜料发生化学反应或互溶，具有一定的机械强度。另外，电阻加热方式还要求蒸发源材料与膜料容易润湿，以保证蒸发状态稳定。常用的蒸发源材料有钨、钼、钽、石墨、氮化硼等。

　　（2）电子束蒸发。电阻加热方式中的膜料与蒸发源材料直接接触，两者容易互混，这对于半导基体元件等镀膜来说是需要避免的。电子束加热方式能解决这个问题。它的蒸发源是e形电子枪。膜料放入水冷铜坩埚中，电子束自源发出，用磁场线圈使电子束聚焦和偏转，电子轨迹磁偏转270°，对膜料进行轰击和加热。

　　（3）高频加热。它是在高频感应线圈中放入氧化铝或石墨坩埚对膜材料进行高频感应加热。感应线圈通常用水冷铜管制造。此法主要用于铝的大量蒸发。

　　（4）激光加热。它是用激光照射在膜料表面，使其加热蒸发。由于不同材料吸收激光的波段范围不同，因而需要选用相应的激光器。这种方式经聚焦后功率密度可达106W/cm²，可蒸发任何能吸收激光光能的高熔点材料，蒸发速率极高，制得的膜成分几乎与材料成分一样。

　　3、真空蒸镀的工艺

　　真空蒸镀工艺是根据产品要求确定的，一般非连续镀膜的工艺流程是∶镀前准备一抽真空—离子轰击一烘烤—预热—蒸发一取件-镀后处理—检测—成品。

　　镀前准备包括工件清洗、蒸发源制作和清洗、真空室和工件架清洗、安装蒸发源、膜料清洗和放置、装工件等。这些工作是重要的，它们直接影响了镀膜质量。对于不同基材或部件有不同的清洗方法。例如∶玻璃在除去表面脏物、油污后用水冲洗或刷洗，再用纯水冲洗，最后要烘干或用无水酒精擦干;金属经水冲刷后用酸或碱洗.再用水洗和烘干;对于较粗糙的表面和有孔的基板。宜在水、酒精等清洗的同时进行超声波洗净。塑料等工件在成型时易带静电，如不消除，会使膜产生针孔和降低膜的结合力，因此常需要先除去静电。

　　工件放入真空室后，先抽真空至1～0.1Pa进行离子轰击，即对真空室内铝棒加一定的高压电，产生辉光放电，使电子获得很高的速度，工件表面迅速带有负电荷，在此吸引下正离子轰击工件表面，工件吸附层与活性气体之间发生化学反应，使工件表面得到进一步的清洗。离子轰击一定时间后，关掉高压电，再提高真空度，同时进行加热烘烤，控制在一定温度，使工件及工件架吸附的气体迅速逸出。达到一定真空度后，先对蒸发源通以较低功率电流，进行膜料的预热或预熔，然后再通以规定功率的电流，使膜料迅速蒸发。蒸发结束后，停止抽气，再充气，打开真空室取出工件。有的膜层如镀铝等，质软和易氧化变色，需要施涂面漆加以保护。

　　上述为真空蒸镀的一般工艺，针对具体膜层成分组成，有合金蒸镀、化合物蒸镀和高熔点化合物蒸镀;根据工艺过程，还有离子束辅助蒸镀、激光束辅助蒸镀、单晶蒸镀和非晶蒸镀法等。

　　4、真空蒸镀应该范围

　　真空蒸镀广泛用于镀制各种金属、合金和化合物薄膜，应用于光学、电子、轻工和装饰等工业领域。

　　①真空蒸镀铝膜制镜：真空蒸镀铝膜制镜比传统的化学方法镀制银镜有许多优点，它可以节省大量的贵金属白银，每平方米镜片可节省白银7g左右，铝镜的反射率与银镜差不多，但它比银镜抗蚀性能好，影像清晰，耐用，产品质量好，真空蒸镀铝膜工艺简单，质量容易控制，没有环境污染，成本低廉。

　　真空镀铝制镜工艺，通常采用钨丝蒸发源，钨丝长期加热晶粒长大变脆，被铝侵蚀变细，极易损坏．因此，镀膜工艺中铝料的用量、蒸发源加热的温度（加热电流）需要严格控制，以延长钨丝寿命，这是此工艺中应注意的问题。

　　②塑料制品金属化：塑料制品旋钮、手柄、框架、化妆品容器、灯饰、工艺品等的表面，用真空蒸镀技术，镀制一层金属薄膜的塑料金属化技术，已经实用化并得到广泛的应用。

　　塑料金属化最常用的镀膜材料是铝、镍、铬等，其中铝价格低廉，金属反光性好，而且可以着色成多种颜色，使用得最多。

　　塑料金属化工艺通常在镀膜前处理中需要涂底漆，镀后处理需要涂面漆以保护镀膜。

　　③塑料膜的金属化处理：在聚酯塑料或聚丙烯塑料膜上蒸镀铝膜等，用于装饰膜、压光膜、电容器膜、包装膜等，早已得到广泛的应用，

　　塑料膜的金属化处理通常使用半连续卷绕镀膜机，目前国外镀膜机卷绕速度可达200～400m/min，幅宽1～2m，卷长6000～30000m。

　　塑料膜的基片材料有聚酯、聚氯乙烯、尼龙6、聚碳酸酯、乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、玻璃纸、苯乙烯等。

　　塑料膜的金属化处理用于装饰膜的典型应用是制作金银丝，基片最常用的是聚酯膜，镀膜材料多用铝，在高级装饰的应用中也使用金、银，在聚酯基片上镀铝并在表面涂透明保护膜，再经切丝就可以制成单层结构的银丝。若在膜层或膜片上染上透明油熔性染料，就可以做成金色或其他颜色的丝，把两张镀铝的聚酯膜片的铝膜层黏合在一起就构成双层结构的金、银丝。

　　金银丝用于制造布料、台布、手工艺品、帘布面料等装饰用材料。

　　塑料膜的金属化处理还用于压光膜，它用于塑料制品、纸、人造革等表面热压印上，可以得到具有金属光泽的图案，镀膜材料主要是铝，要求耐蚀性高时则用镍或铬，压光膜的底层涂料要求使用脱膜的石蜡类材料，然后再涂覆透明树脂层，镀膜的表层涂料应采用适用性广的感热性黏接剂,以便热压时适用多种材料表面的热压印。热压印应用面很广，图书；烟盒、标签、产品的装饰图案等均可采用。

　　塑料膜金属化处理后还可用于包装膜，具有防潮、防氧化变质、遮光、保香以及装饰效果。

　　电介质薄膜材料镀金属膜后可以制造电容器，金属膜层电容器制造工序简单，局部击穿后有自恢复功能，得到了广泛的应用。常用的镀膜材料为锌、铝，锌与基片材料附着性能较差，一般添加少量的银、锡、铜等可提高附着性能。

　　真空蒸镀的应用，除上述几个方面外，还广泛应用光学、电子、半导体、自动化、太阳能利用等众多的科技和工业领域。