制造工藝過程與方法-文庫吧
2025-04-13 00:55 本頁面
【正文】 與涂層的 組成材料、調制周期（ λ）、及層之間的界面 等有關 超硬薄膜的納米多層化還 顯著改善薄膜的韌性和抗裂紋擴展能力 形成超硬度的條件： ? 自發(fā)形成穩(wěn)定、規(guī)則的納米結構 ? 第二相的厚度為單層 ? 沉積氣氛的氮勢高 ? 沉積溫度高 ? 雜質含量足夠低 離子鍍 應用 納米復合膜的主要應用實例 納米多層膜鉆頭 納米復合膜鉆頭 納米多層膜鉆頭切削試驗 ? 應用范圍： 可制備單一氧化物、復雜氧化物、碳化物、金屬微粉。特別是： 液相法，固相法難以直接合成的非氧化物 ，如：合金、氮化物、碳化物的超細粉。粒徑 100nm以下 —— 即納米粉。 ? 特點： 可以通過輸入惰性氣體或改變其壓力，而 控制顆粒的大小，表面光潔，粒度均勻性 。 ? 具體操作 ：真空容器中，加熱蒸發(fā)原料，使其凝聚在基板或鐘罩壁上。 PVD法制備超細粉體材料 CVD CVD是 Chemical Vapor Deposition的簡稱 ，是指高溫下的氣相反應，例如，金屬鹵化物、有機金屬、碳氫化合物等的熱分解，氫還原或使它的混合氣體在高溫下發(fā)生化學反應以析出金屬、氧化物、碳化物等無機材料的方法。 應用： ? 最早（一八八○年）用 CVD制備碳 、 鎢絲燈。 ? 后用于 Ti 、 Zr等金屬的提純，提高金屬線板材的耐熱、耐磨性。 ? 特殊復合材料、刀具 、 大規(guī)模集成電路、鐵電材料、絕緣材料、磁性材料的薄膜制備技術。 ? 粉末、塊狀材料、纖維合成。 ? CVD原理 以金屬蒸氣，揮發(fā)金屬鹵化物，氫化物，金屬有機化合物等蒸氣為原料，進行氣相熱解反應，或兩種以上單質或化合物的反應，再凝聚生成各種形態(tài)的材料。 ? CVD的機理相對于 PVD較復雜 ，涉及反應化學、勢力學、動力學、轉移機理、膜生長、和反應工程等內容。 下面以 TiCl4+CH4+H2混合體析出 TiC過程為 例，進行介紹。由以下幾個過程構成 ： P105 ? 原料氣體向基片 表面擴散 ? 原料氣體 吸附 到基片上 ? 吸附在基片上的化學物質的 表面反應 ? 析出顆粒在 表面的擴散 ? 產物從 氣相分離 ? 從產物析出區(qū)向 塊狀固體擴散 ? 從氣相析出固相 的驅動：擴散層內存在的溫差。不同化學物質的濃度差。 化學氣相沉積 Chemical Vapor Deposition (CVD) ? 熱分解反應 ? SiH4 Si+2H2 (650℃) ? 還原反應 ? SiCl4+2H2 Si+4HCl(1200℃) ? 氧化反應 ? SiH4+O2 SiO2+2H2 (450℃) ? 形成化合物 ? SiCl4+CH4 SiC+4HCl(1400℃) 化學反應類型 化學氣相沉積 Chemical Vapor Deposition (CVD) 1. 進氣口 2. 燈絲列 3. 燈絲電源 4. 基體 5. 試樣臺 6. 偏壓電源 7. 冷卻水 8. 熱電偶 9. 真空泵 熱絲化學氣相沉積原理 化學氣相沉積 Chemical Vapor Deposition (CVD) ? 優(yōu)異的性能 ? 高硬度 ? 高彈性模量 ? 低摩擦系數(shù) ? 高熱導 ? 高絕緣 ? 寬能隙和高的載流子遷移率 ? 高的光學透過率 ? 良好的化學穩(wěn)定性 金剛石薄膜 化學氣相沉積 Chemical Vapor Deposition (CVD) 納米金剛石薄膜 硬度和彈性模量與天然金剛石單晶接近，且表面極其光滑平整，光學透過率高，摩擦系數(shù)極低（大大低于普通的微米晶粒金剛石膜） 具有高的韌性和場發(fā)射電壓，預計在 工具涂層、光學涂層、微機電系統(tǒng)、高性能大屏幕顯示、半導體功率器件的金剛石封裝 等一系列高技術應用領域會有十分光明的市場前景。 化學氣相沉積 Chemical Vapor Deposition (CVD) 金剛石膜的主要應用實例 刀具 ? CVD法的特點： 1)可以在遠比材料熔點低的溫度下進行材料合成； 2）對于由兩個以上元素構成的材料，可以調整這些材料的組分； 3）可以得到特定的晶體結構，還可以使其沿特定的結晶方向排列； 4）可以控制材料的形態(tài)（粉末狀、纖維狀、塊狀）； 5）不需要燒結助劑，得到高純度高密度的材料； 6）結構控制一般能從微米級的亞微米級，在某些條件下能達到； 7）能夠制成復雜形狀的制品； 8）能夠對復雜形狀的底材進行涂覆； 9）能夠容易地進行多層涂覆； 10)能夠進行亞穩(wěn)態(tài)物質和新材料的合成。 流化床 氣相聚合是常見的氣相聚合。具有下面兩個特點： ? 傳熱性好 溫度均勻 ? 氣相聚合省去了溶劑的精制與回收 流化床氣相聚合設備 關鍵設備包括： ? 1流化床器反應器 ? 2循環(huán)氣體壓縮機 ? 3循環(huán)氣體冷卻器 ? 4調溫水換熱器 ? 5引發(fā)劑加料器 ? 6產品出料罐和產品吹送罐。 流化床 是整個聚合過程的 核心設備 流化床反應的基本原理 : ? 氣體和固體之間的相互作用，即隨著流體速度的變化（低 高）固體顆粒由相互支撐轉變?yōu)闅饬鲬腋。磻鲀鹊奈锪?具有流體的特征 。 ? 流化床內的氣固混合物分為兩相：乳化相（高溫相）和氣泡相（低溫相）。 ? 反應在此發(fā)生。 按材料制備時反應狀態(tài)、反應溫度不同可分為：熔融法，溶液法，界面法，液相沉積法，溶膠－凝膠法，水熱法，噴霧法等。 液相法 溶膠凝膠法 界面法 熔融法 溶液法 液相沉淀法 噴霧法 水熱法 加熱溫度
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