我国已成为世界模具的生产基地,模具市场份额超过千亿,模具工业已成为现代工业发展的基础。近年来我国模具工业以超过10%的年增长速度快速发展。因此,如何提高模具的制造质量,延长模具的使用寿命,是一个值得研究的问题。而且,由于表面改性技术具有多种功能、 良好的环保性,并且具有很大的增效作用,它正在逐渐地成为一种能够提升模具品质和延长模具使用寿命的主要方法。PVD涂层技术可以在较低的温度下进行加工,并且沉积的涂层材料具有较高的硬度,因此它还具备了优异的耐磨性、抗摩擦性及耐腐蚀性等特点,这就极大地改善了模具型腔表面抗擦伤、抗咬合等性能。 PVD涂层技术是大部分模具延长使用寿命、提高效率的不可或的方式,在拉伸模具、剪切模具、铝合金压铸模具和汽车冷镦模具等领域得到了广泛的应用,并取得了很好的效果。采用PVD技术对SKD11冲压模具进行 TCN涂层,可以延长模具寿命5倍以上,同时解决模具产品拉伤问题。 CrN涂层手机外壳模具、手表连接件模具,模具使用寿命可以延长3~6倍。对Cr12MoV塑料注射成型模具进行TiN涂层处理后,耐性耐盐雾腐蚀性能得到提高,使用寿命比原来延长2~4倍,并提高了生产效率。

真空的获得又被称为“抽真空”,它是指采用不同的真空泵把容器内的空气抽走,使得这个空间内的压强降到一个大气压以下。当前,为得到真空而常用的装置包括旋片式机械真空泵、罗茨泵、油扩散泵、复合分子泵、分子筛吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵和低温泵等。在这些泵中,前四种泵归类为气体传输泵(传输式真空泵),是指将气体分子不断地吸人真空泵中,并排到外界环境,而实现抽真空;后四种泵归类为气体捕获泵(捕获式真空泵),是在泵腔的内壁上进行分子凝结或化学键合,从而获得所需要的真空。气体捕获泵因其不以油为工作介质,所以也被称作无油类真空泵。与那些永久性地移走气体的传输式真空泵不同,有些捕获式真空泵是可逆式的,可以在加热过程中将被收集到的或凝结的气体排回到系统。 传输式真空泵分为容积式和动量传输式两大类。容积式传输泵通常包括旋片式机械泵、液环泵、往复泵和罗茨泵;动量传输式真空泵通常包括分子泵、喷射泵、油扩散泵。捕获式真空泵通常包括低温吸附和溅射离子泵等。 一般情况下,采用的镀膜工艺不同,其所用真空镀膜室的真空度应达到不同的水平,而在真空技术中,多以本底真空度(也被称为本征真空度)来表示其水平。本底真空度是指通过真空泵将真空镀膜室的真空度抽至满足镀膜工艺需要的最高真空度,而这个真空度的大小,主要依赖于真空泵的抽真空能力。真空镀膜室被其真空系统抽真空所能达到的最高真空度称为极限真空度(或极限压强)。表1-2中列出了一些常见真空泵的工作压强范围及可以得到的极限压强。表格中用阴影住的部分代表了每个真空泵在与其他设备结合使用时可以得到的压强。

膜材在蒸发源中的加热蒸发可以使膜材粒子以原子(或分子)的形态进人到气相空间中。在蒸发源的高温作用下,膜材表面的原子或分子获得足够的能量,克服表面张力,从表面蒸发出来。这些蒸发出来的原子或分子在真空中以气态形式存在,即气相空间。金属或非金属材料， 在真空环境中,膜材的加热和蒸发过程可以得到改善。真空环境减少了大气压力对蒸发过程的影响,使得蒸发过程更加容易进行。在大气压下,材料需要承受更大的压力来克服气体的阻力,而在真空中,这种阻力大大减小,使得材料更容易蒸发。在蒸发镀膜过程中,蒸发源材料的蒸发温度和蒸气压是选择蒸发源材料的重要因素。对于Cd(Se,s)涂层来说,其蒸发温度通常在1000~2000℃,因此需要选择具有适宜蒸发温度的蒸发源材料。如铝在大气压下的蒸发温度为2400℃,但在真空条件下,它的蒸发温度会显著下降。这是因为在真空中没有大气分子的阻碍,使得铝原子或分子能够更容易地从表面蒸发出来。这种现象对于真空蒸发镀膜来说是一个重要的优势。在真空气氛中,膜材的蒸发变得更加容易进行,因此可以在较低的温度下形成薄膜。这种较低的温度可以减少材料的氧化和分解,从而有助于制备更高质量的薄膜。 在真空镀膜过程中,膜材的蒸气在固体或液体的平衡过程中所表现出来的压强被称为该温度下的饱和蒸气压。这个压强反映了在特定温度下,物质蒸发和凝结的动态平衡。通常,真空室中其他部位的温度远低于蒸发源的温度,这使得蒸发的膜材原子或分子更容易在真空室的其他部分凝结。这种情况下,如果蒸发速率大于凝结速率,那么在动态平衡下,蒸气压将达到饱和蒸气压。也就是说,在这种情况下,蒸发的原子或分子数量和凝结的数量相等,达到了动态平衡。

真空蒸镀工艺一般包括基片表面清洁、镀膜前的准备、蒸镀、取件、镀后处理、检测、成品等步骤。 (1)基片表面清洁。真空室内壁、基片架等表面的油污、锈迹、残余镀料等在真空中易蒸发,直接影响膜层的纯度和结合力,镀前必须清洁干净。 (2)镀前准备。镀膜空抽真空到合适的真空度,对基片和镀膜材料进行预处理。加热基片,其目的是去除水分和增强膜基结合力。在高真空下加热基片,能够使基片的表面吸附的气体脱附,然后经真空泵抽气排出真空室,有利于提高镀膜室真空度、膜层纯度和膜基结合力。达到一定真空度后,先对蒸发源通以较低功率的电,进行膜料的预热或者预熔。为防止蒸发到基板上,用挡板遮盖住蒸发源及源物质,然后输入较大功率的电,将镀膜材料迅速加热到蒸发温度,蒸镀时再移开挡板。 (3)蒸镀。在蒸镀阶段除要选择合适的基片温度、镀料蒸发温度外沉积气压也是一个很重要的参数。沉积气压即镀膜室的真空度高低,决定了蒸镀空间气体分子运动的平均自由程和一定蒸发距离下的蒸气与残余气体原子及蒸气原子之间的碰撞次数。 (4)取件。膜层厚度达到要求以后,用挡板盖住蒸发源并停止加热,但不要马上导人空气,需要在真空条件下继续冷却一段时间,进行降温,防止镀层、剩余镀料及电阻、蒸发源等被氧化,然后停止抽气,再充气,打开真空室取出基片。