化學(xué)氣相沉積CVD的特點(diǎn)及其在模具上的應(yīng)用

定義：采用含有膜層中各元素的揮發(fā)性化合物或單質(zhì)蒸氣，在熱基體表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物沉積在基體表面成膜。

⒈基本原理→簡(jiǎn)單→化學(xué)反應(yīng)式

反應(yīng)類型 化學(xué)反應(yīng)式

熱分解  SiH4 →Si+2H2

氫還原  TiCl4+2H2+1/2N2 →TiN+4 HCl

金屬還原  SiCl4+2Zn →Si+2ZnCl2

氧化 SiH4+O2 →SiO2+2H2

⒉CVD的主要工藝參數(shù)

⑴、溫度：T↑，反應(yīng)速度↑ ↘

⑵、壓力：P↑，反應(yīng)速度↑ →需高溫、高壓→最大問(wèn)題

⑶、反應(yīng)物配比：如Ti、N，Si、O要匹配

⒊CVD設(shè)備（以鍍TiN涂層為例）

工件置于氫氣保護(hù)下，加熱到1000-1050°C，然后以氫作為載氣把TiCl4和甲烷送入爐內(nèi)的反應(yīng)室中，使TiCl4中的鈦與甲烷中的碳化合，形成碳化鈦。反應(yīng)的副產(chǎn)物則被氣流帶出室外。

⑴、CVD的特點(diǎn)

①、設(shè)備簡(jiǎn)單，適宜大批量生產(chǎn)。

②、薄膜與基體結(jié)合強(qiáng)度高。

③、可制備純度高、結(jié)構(gòu)高度完整的晶態(tài)薄膜，也可以沉積出非晶態(tài)薄膜。

④、可較準(zhǔn)確地控制薄膜的化學(xué)成分及膜的結(jié)構(gòu)。

⑤、可制備純金屬膜、合金膜以及金屬間化合物膜，如鉻、硼、碳、硅、硼化物、硅化物、碳化物、氮化物、氧化物、硫化物、金剛石等薄膜，可作為耐磨、耐蝕、裝飾、光學(xué)等功能膜而得到廣泛應(yīng)用。

⑵、主要缺點(diǎn)→薄膜沉積時(shí)要求工件的溫度高。如沉積氮化物、硼化物時(shí)，要加熱到900℃以上。

⒋等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PCVD）

⑴、原理：在反應(yīng)室內(nèi)增設(shè)離化裝置，使反

應(yīng)氣體離化→從而大大促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，

使沉積速率↑↑，反應(yīng)溫度↓↓

⑵、特點(diǎn)

①、溫度低→CVD  1000左右→減少了溫度對(duì)基體的影響  PVD  500以下↗ 可在不耐高溫的材料上沉積。

②、沉積速率↑→等離子活化。

③、結(jié)合力↑→因有高能離子轟擊和對(duì)基體表面的濺射清洗。

④、涂層材料范圍↑↑ →等離子的激發(fā),可使難成膜材料沉積。

⒌CVD的特點(diǎn)及其在模具上的應(yīng)用

CVD技術(shù)已應(yīng)用到拉深模、沖裁模、卷邊模、塑料模中。

例1，鍍有TiN的Crl2鋼模具壽命提高6—8倍，比鍍硬Cr高3—5倍oCrl2MoV拉拔模經(jīng)鍍覆后壽命提高20倍。

例2. 使用T1N鍍層的塑料注射模具生產(chǎn)含40％礦物質(zhì)填料的尼龍零件時(shí)，有效地避免了模具的侵蝕和磨損，使用壽命從60萬(wàn)次增加200萬(wàn)次。

⒍總結(jié)

⑴、氣相沉積在模具上應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題：

結(jié)合強(qiáng)度→剝落問(wèn)題

沉積溫度→基體性能、變形、結(jié)合強(qiáng)度、致密性

沉積速率→效率、經(jīng)濟(jì)效益

薄膜選擇→性能

⑵、薄膜選擇的關(guān)鍵問(wèn)題

硬度→(TiC 3200-4100Hv，TiN 2450Hv)

摩擦系數(shù)→自潤(rùn)滑

耐蝕性能

耐高溫抗氧化

化學(xué)穩(wěn)定性→熔點(diǎn)↑，穩(wěn)定性↑，發(fā)生咬合、冷焊的傾向小

設(shè)備是手段，材料是根本。