Von Ian Desmond
Dieser scheinbar unglaublich moderne Veredelungsprozess hat seinen Ursprung im 17.
Physikalische Dampfabscheidung (PVD) ist eine Technik, die verwendet wird, um dünne Filme eines Atoms (oder eines Moleküls) gleichzeitig auf verschiedene Oberflächen, oft Metall, abzuscheiden, um ihnen eine harte dauerhafte Beschichtung zu verleihen. Die Quelle der Beschichtung ist eine physikalische, die eine feste oder flüssige anstelle von chemischen wie in dem alternativen Beschichtungsverfahren der chemischen Dampfabscheidung (CVD) ist.,
PVD-Prozesse werden unter Vakuumbedingungen durchgeführt. Der Prozess umfasst vier Schritte: Verdampfung, Transport, Reaktion, Ablagerung.
Verdampfung-Ein Ziel wird von einer Hochenergiequelle wie einem Elektronenstrahl oder Ionen bombardiert. Dadurch werden Atome von der Oberfläche des Ziels entfernt, „verdampft“ und das Material auf dem Werkstück abgelegt.
Transport-Dies ist die Bewegung der verdampften Atome vom Ziel zum Substrat oder zu beschichtenden Teil.,
Reaktion-In Fällen, in denen Metall das Ziel ist, bestehen die PVD-Beschichtungen aus Metalloxiden, Nitriden, Carbiden und ähnlichen Materialien. Die Metallatome reagieren dann während der Transportphase mit dem ausgewählten Gas. Die in den obigen Beschichtungen verwendeten Gase können Sauerstoff, Stickstoff und Methan sein.
Abscheidung – Dann baut sich die Beschichtung auf und verbindet sich mit der Oberfläche des Substrats. Es dringt sogar leicht in die Oberfläche ein, um eine dauerhafte Haftung zu erzielen.
die PVD-Sorten sind unten aufgeführt.,
- Kathodische Lichtbogenabscheidung: Hierbei handelt es sich um einen Hochleistungslichtbogen, der in stark ionisierten Dampf gesprengt wird, der auf das beabsichtigte Produkt abgeschieden wird.
- Elektronenstrahl physikalische Dampfabscheidung: Das Material wird durch Elektronenbeschuss im „hohen“ Vakuum auf einen hohen Dampfdruck erhitzt. Das Material wird durch den Kondensationsprozess auf das Produkt abgeschieden.
- Verdunstungsabscheidung: Das Material wird durch elektrisch resistive Erwärmung im „niedrigen“ Vakuum auf einen hohen Dampfdruck erhitzt.,
- Gepulste Laserabscheidung: In diesem Fall wird ein Hochleistungslaser verwendet, um Material aus dem Ziel in einen Dampf zur Abscheidung zu schmelzen.
- Sputterabscheidung: Bei der eine Glühplasmaentladung (normalerweise durch einen Magneten um das „Ziel“ herum lokalisiert) das Material bombardiert, das einige als Dampf wegsputtert, um eine Abscheidung der Beschichtung herbeizuführen.
Die Geschichte der PVD ist eng mit der Entdeckung der elektrischen Magnetismus-Kraft und dem Verständnis gasförmiger chemischer Reaktionen verbunden., Die erste Kolbenvakuumpumpe wurde 1640 von Otto van Guericke erfunden, um Wasser aus Minen zu pumpen.
Die erste Person, die eine Vakuumpumpe benutzte, um eine Glühentladung (Plasma) in einer „Vakuumröhre“ zu bilden, war der englische Wissenschaftler Michael Faraday im Jahr 1838, der Messingelektroden und ein Vakuum von ungefähr 2 Torr verwendete. Faraday versuchte zu beweisen, dass alle Elektrizität die gleiche Art von Elektrizität ist, als er nach den ersten beiden Gesetzen der Elektrochemie geschah., Diese Gesetze befassen sich mit der Beziehung zwischen der Menge der verwendeten Elektrizität und der Menge der Substanz, die durch eine chemische Reaktion umgewandelt wird. Diese Prinzipien werden heute noch in der Elektrochemie verwendet, um metallbeschichtete Objekte wie das PVD-Verfahren herzustellen.,
Michael Faraday – erster Mensch, der eine „Glühentladung“ in einer Vakuumröhre erzeugt
Otto Von Guericke – Erfinder der ersten Kolbenvakuumpumpe
1852 war William Robert Grove der erste, der eine „Glühentladung“ in einer Vakuumröhre erzeugte
William Robert Grove. Die erste Studie „Sputtern“
Thomas Edison. Erste Person, die das Sputtern kommerziell nutzte
Professor A. W. Wright von der Yale University schrieb 1858 eine Arbeit im American Journal of Science and Arts über die Verwendung eines sogenannten „elektrischen Abscheidungsapparates“, der zur Herstellung von Spiegeln verwendet wurde. Diese Ablagerung ähnelte eher der Lichtbogenverdampfung als dem Sputtern. Das US-Patentamt zitierte Wrights Arbeit, als es T. herausforderte., Edisons Patentanmeldung für Vakuumbeschichtungsanlagen zur Ablagerung von Beschichtungen. Diese waren für seine Wachszylinder-Phonographen, bevor sie galvanisiert wurden. Edison kam zurück und sagte, dass seine Erfindung ein kontinuierlicher Bogen war, während Wrights Prozess ein gepulster Bogen war. Aufgrund seiner Überzeugungskraft könnte man sagen, dass Edison die erste Person war, die das Sputtern kommerziell nutzte.
Das Verfahren zur physikalischen Dampfabscheidung wird derzeit zur Verlängerung der Lebensdauer einer Reihe von Produkten eingesetzt., Dazu gehören Swapping zu PVD von traditionelleren Prozessen, die zum Beschichten von Autoteilen wie Rädern und Kolben, chirurgischen Werkzeugen, Bohrern und Pistolen verwendet werden.
In der Automobilwelt ist es eine bessere und grünere Alternative zur Verchromung, die giftige Substanzen produziert, also eine gute ethische Wahl, um Teile auf Lastwagen und Autos zu schützen. Studien haben gezeigt, dass PVD-Beschichtungen die Lebensdauer eines Produkts um das Zehnfache verlängern können, sodass sie in einigen Fällen mehr als 25 Jahre halten.