door Ian Desmond
dit ogenschijnlijk ongelooflijk moderne afwerkingsproces vindt zijn oorsprong in de zeventiende eeuw.
Physical Vapour Deposition (PVD) is een techniek die wordt gebruikt om dunne lagen van één atoom (of één molecuul) tegelijk op verschillende oppervlakken, vaak metaal, af te zetten om ze een harde, duurzame coating te geven. De bron van de bekleding is fysisch, dat is een vaste of vloeibare in plaats van een chemische, zoals in het alternatieve bekledingsproces van chemische afzetting uit de dampfase (CVD).,
PVD-processen worden onder vacuüm uitgevoerd. Het proces omvat vier stappen: deze zijn verdamping, Transport, reactie, depositie.
verdamping-een doel wordt gebombardeerd door een hoge energiebron, zoals een bundel elektronen of ionen. Hierdoor worden atomen losgemaakt van het oppervlak van het doel, waardoor ze worden ‘verdampt’, waardoor het materiaal op het werkstuk wordt afgezet.
Transport-dit is de beweging van de verdampte atomen van het doel naar het substraat of het te coaten stuk.,
reactie – in gevallen waarin metaal het doelwit is, zullen de PVD-coatings bestaan uit metaaloxiden, nitriden, carbiden en soortgelijke materialen. De atomen van metaal zullen dan reageren met het geselecteerde gas tijdens de transportfase. De gassen die in de bovengenoemde coatings worden gebruikt, kunnen zuurstof, stikstof en methaan zijn.
depositie-dit is wanneer de bekleding zich opbouwt en zich hecht aan het oppervlak van het substraat. Het dringt zelfs enigszins door het oppervlak, om een blijvend niveau van hechting te geven.de PVD-variëteiten staan hieronder vermeld.,
- kathodische Boogafzetting: hierbij gaat het om een elektrische boog met hoog vermogen die in sterk geïoniseerde damp opblaast en op het bedoelde produkt wordt afgezet.
- elektronenbundel fysische dampafzetting: het materiaal wordt verhit tot een hoge dampdruk door elektronenbombardement in “hoog” vacuüm. Het materiaal wordt door het condensatieproces op het product afgezet.
- Verdampingsdepositie: het materiaal wordt verwarmd tot een hoge dampspanning door elektrisch resistieve verwarming in “laag” vacuüm.,
- gepulseerde laserafzetting: In dit geval wordt een krachtige laser gebruikt om materiaal van het doel in een damp te smelten voor afzetting.
- afzetting door sputteren: waarbij een gloedplasmaontlading (gewoonlijk gelokaliseerd rond het “doel” door een magneet) het materiaal bestraalt, waarbij een deel als damp wordt weggesputterd om de bekleding af te zetten.
De geschiedenis van PVD hangt nauw samen met de ontdekking van elektriciteit, het vermogen van magnetisme en het begrip van gasvormige chemische reacties., De eerste zuiger type vacuümpomp werd uitgevonden in 1640 door Otto van Guericke om water uit de mijnen te pompen.de eerste persoon die echter een vacuümpomp gebruikte om een gloeiontlading (plasma) te vormen in een “vacuümbuis” was de Engelse wetenschapper Michael Faraday in 1838 die messing elektroden en een vacuüm van ongeveer 2 Torr gebruikte. Faraday probeerde te bewijzen dat alle elektriciteit dezelfde soort elektriciteit is toen hij de eerste twee wetten van de elektrochemie ontdekte., Deze wetten hebben betrekking op de relatie tussen de hoeveelheid gebruikte elektriciteit en de hoeveelheid stof omgezet door een chemische reactie. Deze principes worden nog steeds gebruikt in de elektrochemie om metalen gecoate objecten zoals het PVD-proces te maken.,
Michael Faraday – eerste persoon die een “glow discharge” creëert in een vacuümbuis
Otto Von Guericke – uitvinder van de eerste zuiger-type vacuümpomp
in 1852 was William Robert grove de eerste die bestudeerde wat bekend werd als “sputteren”, hoewel anderen dit effect hadden waargenomen door te kijken naar gloedontladingen. Grove gebruikte een draadpunt als coatingbron en sputterde een afzetting op een zeer gepolijst zilveren oppervlak dat hij dicht bij de draad hield met een druk van ongeveer 0,5 Torr.,
William Robert Grove. De eerste die “sputtering”
Thomas Edison bestudeerde. Professor A. W. Wright van Yale University schreef in 1858 een artikel in het American Journal of Science and Arts over het gebruik van een “electrical deposition apparatus” dat werd gebruikt om spiegels te maken. Deze afzetting leek eerder op boogverdamping dan sputteren. Het Amerikaanse Octrooibureau citeerde Wright ‘ s werk toen hij T. uitdaagde., Edison ‘ s patentaanvraag voor vacuüm coatingapparatuur om coatings te deponeren. Deze waren voor zijn wascilinder fonografen voordat ze werden gegalvaniseerd. Edison kwam terug en zei dat zijn uitvinding een continue boog was terwijl Wright ‘ s proces gepulseerde boog was. Vanwege zijn overtuigingskracht kan Edison worden gezegd dat hij de eerste persoon is die commercieel gebruik maakt van sputteren.
het procédé voor de bekleding van de dampvormige afzetting wordt momenteel gebruikt om de levensduur van een aantal produkten te verlengen., Deze omvatten swapping naar PVD van meer traditionele processen die worden gebruikt om auto-onderdelen zoals wielen en zuigers, chirurgische instrumenten, boren, en geweren coat.
In de autowereld is het een beter en groener alternatief voor verchromen dat giftige stoffen produceert, zodat het een goede ethische keuze is om onderdelen op vrachtwagens en auto ‘ s te beschermen. Studies hebben aangetoond dat PVD-coatings de levensduur van een product kunnen verbeteren door ze in sommige gevallen tot tien keer langer dan 25 jaar te laten duren.