Титановое напыление на металл

Обновлено: 04.10.2024

Вакуумное напыление — перенос частиц напыляемого вещества от источника (места его перевода в газовую фазу) к поверхности детали осуществляется по прямолинейным траекториям при вакууме 10-2 Па и ниже (вакуумное испарение) и путем диффузионного и конвективного переноса в плазмепри давлениях 1 Па (катодное распыление) и 10-1-10-2 Па (магнетронное и ионно-плазменное распыление). Судьба каждой из частиц, при вакуумном напылении, напыляемого вещества при соударении с поверхностью детали зависит от ее энергии, температуры поверхности и химического сродства материалов пленки и детали. Атомы или молекулы, достигшие поверхности, могут либо отразиться от нее, либо адсорбироваться и через некоторое время покинуть ее (десорбция), либо адсорбироваться и образовывать на поверхности конденсат (конденсация). При высоких энергиях частиц, большой температуре поверхности и малом химическом сродстве частица отражается поверхностью. Температура поверхности детали, выше которой все частицы отражаются от нее и пленка не образуется, называется критической температурой напыления вакуумного; ее значение зависит от природы материалов пленки и поверхности детали, и от состояния поверхности. При очень малых потоках испаряемых частиц, даже если эти частицы на поверхности адсорбируются, но редко встречаются с другими такими же частицами, они десорбируются и не могут образовывать зародышей, т.е. пленка не растет. Критической плотностью потока испаряемых частиц для данной температуры поверхности называется наименьшая плотность, при которой частицы конденсируются и формируют пленку. Структура напыленных пленок, при вакуумном напылении, зависит от свойств материала, состояния и температуры поверхности, скорости напыления. Пленки могут быть аморфными (стеклообразными, например оксиды, Si), поликристаллическими (металлы, сплавы, Si) или монокристаллическими (например, полупроводниковые пленки, полученные молекулярно-лучевой эпитаксией). Для упорядочения структуры и уменьшения внутренних механических напряжений пленок, повышения стабильности их свойств и улучшения адгезии к поверхности изделий сразу же после вакуумного напыления без нарушения вакуума производят отжиг пленок при температурах, несколько превышающих температуру поверхности при напылении. Часто посредством вакуумного напыления создают многослойные пленочные структуры из различных материалов.

Установки вакуумного напыления

Для вакуумного напыления нитрида титана используют технологическое оборудование периодического, полунепрерывного и непрерывного действия.
Установки периодического действия осуществляют один цикл нанесения пленок при заданном числе загружаемых изделий. Установки непрерывного действия используют при серийном и массовом производстве.
Они бывают двух видов: многокамерные и многопозиционные однокамерные. Первые состоят из последовательно расположенных напылительных модулей, в каждом из которых осуществляется вакуумное напыление пленок определенных материалов или их термическая обработка и контроль. Модули объединены между собой шлюзовыми камерами и транспортирующим конвейерным устройством. Многопозиционные однокамерные установки вакуумного напыления содержат несколько напылительных постов (расположенных в одной вакуумной камере), соединяемых транспортным устройством конвейерного или роторного типа. Основные узлы и системы установок для вакуумного напыления представляют собой самостоятельные устройства, выполняющие заданные функции:

создание вакуума
испарение или распыление материала пленок
транспортировку деталей
контроль режимов вакуумного напыления и свойств пленок
электропитание.

Напыление вакуумное

Напыление вакуумное — нанесение пленок или слоев на поверхность деталей или изделий в условиях вакуума (1,0-1 • 10-7 Па). Напыление вакуумное используют в планарной технологии полупроводниковых микросхем, в производстве тонкопленочных гибридных схем, изделий пъезотехники, акустоэлектроники и др. (нанесение проводящих, диэлектрических, защитных слоев, масок и др.), в оптике (нанесение просветляющих, отражающих и др. покрытий), ограниченно — при металлизации поверхности пластмассовых и стеклянных изделий, тонировании стекол автомобилей. Методом напыления вакуумного наносят металлы (Al, Au, Cu, Cr, Ni, V, Ti и др.), сплавы (например, NiCr, CrNiSi), химические соединения (силициды, оксиды, бориды, карбиды и др.), стекла сложного состава (например, I2О3 • В2О3 • SiO2 • Аl2О3 • СаО, Та2О • В2О3 • I2О3 • GeO2), керметы.

Вакуумное напыление основано на создании направленного потока частиц (атомов, молекул или кластеров) наносимого материала на поверхность изделий и их конденсации. Процесс включает несколько стадий: переход напыляемого вещества или материала из конденсирированной фазы в газовую, перенос молекул газовой фазы к поверхности изделия, конденсацию их на поверхность, образование и рост зародышей, формирование пленки.

Обычно установка для вакуумного напыления включает следующие узлы:

рабочую камеру, в которой осуществляется напыление пленок;
источники испаряемых или распыляемых материалов с системами их энергопитания и устройствами управления;
откачную и газораспределительную системы, обеспечивающие получение необходимого вакуума и организацию газовых потоков (состоят из насосов, натекателей, клапанов, ловушек, фланцев и крышек, ср-в измерения вакуума и скоростей газовых потоков);
систему электропитания и блокировки всех устройств и рабочих узлов установки;
систему контроля и управления установкой вакуумного напыления, обеспечивающую заданные скорость напыления, толщину пленок, температуру поверхности деталей, температуру отжига, физические свойства пленок (содержит набор датчиков, связанных через управляющую микропроцессорную ЭВМ с исполнительными механизмами и устройствами вывода информации);
транспортирующие устройства, обеспечивающие ввод и вывод деталей в рабочую камеру, точное размещение их на постах напыления и перевод из одной позиции напыления на другую при создании многослойной системы пленок;
систему вспомогательных устройств и технологическую оснастку (состоят из внутрикамерных экранов, заслонок, манипуляторов, гидро- и пневмоприводов, устройств очистки газов).

Технологии вакуумного напыления являются чрезвычайно энергозатратными, и во многих странах превращаются в нишевой продукт. Многие компании заменяют вакуумное напыление на более производительное и менее затратное атмосферное плазменное напыление.

Покрытие нитрид титана.

Покрытие нитрид титана (покрытие «под золото») широко востребовано во многих сферах жизнедеятельности. Популярным направлением дизайна является использование декоративных покрытий. Идеальный вариант, если такое оформление сочетает высокие эстетические и защитные качества. Уникальное покрытие нитридом титана украсит любой объект и улучшит его потребительские характеристики. Доказанный факт: покрытие становится крепче на открытом воздухе, а его цвет получает большую отчётливость.

Нитрид титана – это популярный современный материал желтоватого цвета, применяемый для декоративного нанесения на различные изделия из нержавейки марки AISI 304, устойчивый к воздействию сильных кислот – серной и соляной. Также возможно нанесения покрытия на ABS пластик и другие материалы. Предварительно их покрывают специальным материалом (например, никелевым или хромовым подслоем).

Цвет и оттенки покрытия зависят от материалов катодов, состава воздушно-газовой смеси, степени разрежения (состояния вакуума) в камере, разности потенциалов между заготовкой и испарителем, частоты и силы ионных токов, применяемых для очистки и подготовки поверхностей.

Лучшим материалом для нанесения покрытия нитрид титана является — нержавеющая сталь AISI 304. Немаловажным фактором удобства работы с нержавейкой этой марки является простота полировки.

Перед вакуумным напылением мы проводим плазменную полировку нержавеющей стали.

На своём производстве мы используем катодно-дуговое осаждение (метод КИБ) – на сегодняшний день, это самый передовой и качественный метод нанесения покрытия нитрид титана.

Выбирая компанию по покрытию нитридом титана, обратите внимание на технологию его нанесения. Цены на покрытие нитридом титана у разных компаний варьируются. Здесь экономия может дорого обойтись. Мы предлагаем вам по-настоящему высокое качество по доступной цене.

Область применения покрытия Нитрид Титана.

Церковная тематика — покрытие куполов храмов, кресты, шары, церковная утварь.

Реклама, промоушн. Для привлечения внимания используют «золотые» металлические объемные буквы, передвижные конструкции, вывески, таблички.

Дизайн интерьеров. Нитридно-титановую обработку применяют для украшения кабин лифтов и дверей в холлах, элементов декора, ниш, арок, скульптурных групп, изделий из декоративного камня, стекла и металла.

Мебельное производство. Нанесение покрытия TiN используют для оформления золотых и медных диванных конструкций, оснований кроватей, тумб, столов и подстолий, опор и ножек, шкафов-купе, фурнитуры.

Строительство. Ионно плазменное покрытие наносится на лестничные конструкции, перила, поручни.

Производство сантехники, аксессуаров для ванной. Напыление «под золото» нитрид титана – популярный вариант покрытия смесителей, вешалок и полочек, полотенцесушителей.

Промышленность. Нитридная оболочка обладает хорошими защитными свойствами, обеспечивает стойкость к коррозионным воздействиям, влиянию неблагоприятных факторов окружающей среды, укрепляет кристаллическую решетку металла. Незаменимое покрытие нитрид титана многократно упрочняет режущий инструмент.

Медицина. Титановое напыление используется в производстве зубных протезов, вставок, накладок и коронок. Такие изделия долговечнее и дешевле золотых изделий для протезирования.

Свойства покрытия нитрид титана.

Высокие эстетические качества. Если подобраны правильные параметры напыления, вещи с титановым напылением по цвету и блеску покрытия очень похожи на изделия из натурального золота.

Конкурентная цена. Стоимость прочной оболочки на порядок дешевле такого же по толщине золотого напыления, при том, что срок службы нитрида титана в несколько раз дольше.

Длительный срок службы. Покрытие TiN не тускнеет и не отслаивается со временем.

Экологичность. Материал абсолютно безвреден для людей.

Устойчивость к воздействию кислотных и щелочных сред. Нитрид титана невосприимчив к атмосферным явлениям, серной, соляной кислотам, фосфатам и хлору.

Прочность, хорошая сопротивляемость механическим повреждениям. Материал обладает высокой прочностью, его применяют даже при обработке режущего инструмента.

Широкий температурный диапазон использования. Соединение устойчиво до 700-800 °C.

Методы и технология нанесения покрытия нитрид титана.

Нанесение нитрида титана при помощи вакуума основывается на формировании направленного потока частиц этого элемента на поверхность и их последующей конденсации с образованием плёнки.

Поведение любой частицы напыляемого материала в момент контакта с поверхностью находится в прямой зависимости от её энергии, химических свойств детали и температуры поверхности. Чтобы покрыть нитридом титана заготовку, необходимо создать оптимальные условия для максимальной конденсации частиц на поверхности.

Существует несколько видов напыления:

конденсация с ионной бомбардировкой (КИБ);
атомная ионизация и распыление (АИР);
газофазовое осаждение;
магнетронное нанесение;
термодиффузионное насыщение;
электронно-лучевое испарение.

Самым качественным считается катодно-дуговое осаждение (метод КИБ). Он обеспечивает прочную адгезию (схватываемость с основанием) защитного покрытия благодаря внедрению атомов титана в кристаллические структуры материалов нижнего слоя. Толщина напыления около 3―5 мкм.

Существует несколько видов напыления:

Технология напыления нитрида титана и используемое оборудование

Производство товаров в 21 веке невозможно представить без нанесения пленочных покрытий в вакууме (вакуумное напыление) . По применению покрытия можно разбить на два класса: защитно-декоративные и функциональные .

Когда говорят о «функциональности», чаще всего имеют ввиду полезное использование физических и химических свойств покрытий: электрических, оптических, магнитных, механических, коррозионных и каталитических, или их комбинации (оптических и электрических — пленки окисла сплава индий-олово обладают одновременно и оптической прозрачностью и электропроводностью). В качестве функциональных покрытий чаще всего используются пленки металлов в виде сплавов и их соединений с кислородом, азотом, углеродом (так называемые реактивные покрытия).

Сложный химический состав покрытий можно получить только с использованием техники ионного распыления в вакууме , разновидностями которой является катодное распыление и его промышленная модификация магнетронное распыление .

Развитие техники магнетронного распыления позволило решать в настоящее время целый комплекс задач, ранее являющихся исключительной прерогативой гальваники и дугового испарения в вакууме. При этом качество покрытий, полученных методом магнетронного распыления, существенно выше, чем полученных традиционными способами. Главным изменением в технике магнетронного распыления, приводящим к этим новым возможностям является существенное увеличение и возможность регулирования степени «ионного сопровождения» в процессе роста покрытия (увеличение и регулирование «ассистирующей» ионной бомбардировки растущего покрытия). Эти магнетронные распылители сегодня получили название несбалансированных магнетронов (НМ) и магнетронов с двойным незатухающим разрядом (ДНР).

За счет особой конфигурации магнитного поля НМ позволяют осуществлять нанесение покрытий, обеспечивая воздействие на поверхность растущей пленки потоком ионов плазмы на больших dS-T=150-200 мм расстояниях от распылителя до подложки.

Ионная бомбардировка поверхности растущей пленки позволяет регулировать характеристики зародышеобразования, морфологию, химический состав, микроструктуру и напряжение в пленке. Эти возможности к увеличению мобильности адсорбированных атомов или повторному распылению слабо связанных, обусловлены высокой энергией бомбардирующих ионов, приводящих частиц. Благодаря эффекту «атомной проковки» ионная бомбардировка позволяет получать плотные беспористые пленки с высокими напряжениями сжатия, имеющие гладкую блестящую поверхность.

И наконец, что особенно актуально, при достаточно высоких уровнях ионного воздействия можно получать так называемые «ионные» реактивные покрытия (пленки нитридов, карбидов, оксидов металлов) , обладающие комплексом экстраординарных механических, теплофизических и оптических свойств (высокой твердостью, износостойкостью, электро- и теплопроводностью, оптической плотностью) , коренным образом отличающихся от гальванических покрытий и покрытий, полученных вакуумной дугой с их пористостью и капельной фазой.

Новые возможности, обеспечиваемые магнетронными распылительными системами (МРС) на основе НМ, расширяют старые или привносят новые функциональные и технологические возможности в промышленном производстве покрытий.

Так возможность нанесения ионных реактивных покрытий при низких (до 373 К) температурах позволяет наносить эти покрытия на перспективные изделия из материалов с низкой температурной стойкостью (например, латуни, пластмассы ) или из углеродистых сталей с низкой температурой отпуска. Существенное, по сравнению с обычными магнетронам, увеличение предельных расстояний мишень-подложка (ds-T), на которых обеспечиваются необходимые условия олучения качественных реактивных покрытий (от 50мм – для обычных магнетронов, до 100п…200мм — для несбалансированных МРС), позволяет увеличить производительность промышленных установок, за счет увеличения размеров «эффективной» зоны нанесения покрытий, а так же наносить покрытия на изделия больших размеров и сложных конфигураций .

Ионное воздействие на поверхность растущей пленки описывается следующими параметрами: — плотностью ионного тока js; — отношением потока ионов к потоку осажденных атомов (число падающих ионов на осажденный атом) v = ni/na; — энергией ионов Ei или величиной отрицательного (относительно плазмы) потенциала самосмещения Usb;

При этом Usb определяет Ei в случаях нанесения диэлектрических пленок или электропроводящих пленок на диэлектрические подложки; при нанесении электропроводящих пленок на электропроводный материал Ei может регулироваться величиной потенциала смещения Us, подаваемого на подложку от внешнего источника.

Повышение этих параметров соответствует увеличению интенсивности и энергетики ионного воздействия.

Уровень ионного воздействия, необходимый для получения высококачественных покрытий, различен в зависимости от вида осаждаемых пленок.

Так, для получения высококачественных «ионных» реактивных пленок нитрида титана и карбидов металлов (TiN, TiC, ZrN), обеспечивается ионное воздействие с v>2 и Ei=50..150 эВ.

Качественные диэлектрические оксидные пленки (ТiО2, ZrCb, AI2O3) получаются при умеренном ионном воздействии (v = 1…2), но с достаточно высокой энергетикой ионов (Ei >40 эВ), которая в этом случае должна обеспечиваться высокими значениями потенциала самосмещения Usb.

Мы использовали НМ для осаждения окисных слоев In2O3 и ТiО2. Несбалансированные магнетроны служили в качестве источника с высокой электронной температурой, дававшей высокий отрицательный потенциал на подложки, находившиеся в плазме (Usb= -10 ? -60 В) и относительно сильную ионную бомбардировку диэлектрических пленок без какого-либо внешнего смещения.

Для получения плотных беспористых металлических пленок,при замене гальваники, в состоянии сжатия (Al, Сu, Ti, Сг, Мо) предпочтительны низкие уровни ионной поддержки (v=0,1… 1,0), так как при более интенсивной ионной бомбардировке, возрастание сжимающего напряжения выше определенного предела может привести к разрушению пленки.

В качестве основных технологий фирма «Технопрофиль-2000» использует магнетронные методы распыления в самой современной модификации НМ и ДНР, в самой производительной и воспроизводимой форме – шлюзовых вакуумных установок непрерывного действия.

Читайте также: