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化学气相沉积CVD的特点及其在模具上的应用

发布时间:2017-12-23 11:51:18点击率:

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化学气相沉积CVD的特点及其在模具上的应用

定义:采用含有膜层中各元素的挥发性化合物或单质蒸气,在热基体表面产生化学反应,反应产物沉积在基体表面成膜。


⒈基本原理→简单→化学反应式

反应类型 化学反应式

热分解  SiH4 →Si+2H2

氢还原  TiCl4+2H2+1/2N2 →TiN+4 HCl

金属还原  SiCl4+2Zn →Si+2ZnCl2

氧化 SiH4+O2 →SiO2+2H2


⒉CVD的主要工艺参数

⑴、温度:T↑,反应速度↑ ↘

⑵、压力:P↑,反应速度↑ →需高温、高压→最大问题

⑶、反应物配比:如Ti、N,Si、O要匹配


⒊CVD设备(以镀TiN涂层为例)

工件置于氢气保护下,加热到1000-1050°C,然后以氢作为载气把TiCl4和甲烷送入炉内的反应室中,使TiCl4中的钛与甲烷中的碳化合,形成碳化钛。反应的副产物则被气流带出室外。

⑴、CVD的特点

①、设备简单,适宜大批量生产。

pk10开奖记录 ②、薄膜与基体结合强度高。

③、可制备纯度高、结构高度完整的晶态薄膜,也可以沉积出非晶态薄膜。

④、可较准确地控制薄膜的化学成分及膜的结构。

⑤、可制备纯金属膜、合金膜以及金属间化合物膜,如铬、硼、碳、硅、硼化物、硅化物、碳化物、氮化物、氧化物、硫化物、金刚石等薄膜,可作为耐磨、耐蚀、装饰、光学等功能膜而得到广泛应用。

⑵、主要缺点→薄膜沉积时要求工件的温度高。如沉积氮化物、硼化物时,要加热到900℃以上。


⒋等离子增强化学气相沉积(PCVD)

⑴、原理:在反应室内增设离化装置,使反

应气体离化→从而大大促进反应进行,

使沉积速率↑↑,反应温度↓↓

⑵、特点

①、温度低→CVD  1000左右→减少了温度对基体的影响  PVD  500以下↗ 可在不耐高温的材料上沉积。

②、沉积速率↑→等离子活化。

③、结合力↑→因有高能离子轰击和对基体表面的溅射清洗。

④、涂层材料范围↑↑ →等离子的激发,可使难成膜材料沉积。


⒌CVD的特点及其在模具上的应用

CVD技术已应用到拉深模、冲裁模、卷边模、塑料模中。

例1,镀有TiN的Crl2钢模具寿命提高6—8倍,比镀硬Cr高3—5倍oCrl2MoV拉拔模经镀覆后寿命提高20倍。

例2. 使用T1N镀层的塑料注射模具生产含40%矿物质填料的尼龙零件时,有效地避免了模具的侵蚀和磨损,使用寿命从60万次增加200万次。


⒍总结

⑴、气相沉积在模具上应用的关键问题:

结合强度→剥落问题

沉积温度→基体性能、变形、结合强度、致密性

沉积速率→效率、经济效益

薄膜选择→性能

⑵、薄膜选择的关键问题

硬度→(TiC 3200-4100Hv,TiN 2450Hv)

摩擦系数→自润滑

耐蚀性能

耐高温抗氧化

化学稳定性→熔点↑,稳定性↑,发生咬合、冷焊的倾向小

设备是手段,材料是根本。

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