等离子体处理在卷绕涂覆工艺上的运用

许多薄膜涂覆工艺除了能满足光学器件及表面工程产品的需求外,同时,许多表面处理工艺已经可以满足阻隔涂层的应用。此类工艺主要包括反应溅射沉积工艺、电子束法蒸发铝或SiO2工艺、等离子体增强化学气相沉积SiO2工艺以及利用PECVD反应蒸发成类金刚石涂层工艺。

等离子清洗机在卷绕涂覆工艺上的运用

为了实现更高质量的金属或氧化物沉积涂层,通常需使用活性氧对表面进行预处理。氧等离子体可以在表面产生活性功能团,从而改善薄膜的成核和黏结特性。此外,氧等离子体还可以改善材料表面形貌,减少表面缺陷。

脉冲磁控溅射的发展是20世纪90年代溅射领域内最为激动人心的进步之一。蒸发过程中的等离子体活化作用显著改善了高沉积速率下的涂层性能。在双磁控溅射工艺中,两个磁控源连接到一个双极脉冲发生器上,每个磁控管交替作为磁控放电中的阴极和阳极。这一工艺大大减少了介质涂层工艺中普遍存在的电弧现象,从而使得氧化物反应溅射可以实现高速运行。氧化物反应溅射可以产生氧负离子,氧负离子在阴极压降下得到加速,最后以高能量撞击基底,从而最终产生具有高硬度和极高密度的沉积层。粒子凝聚过程中的能量高低直接决定着阻隔性能的好坏。为了满足工业应用需求,许多实验室正在努力改进此项技术。

蒸发式PVD工艺在通入金属蒸汽的常压环境下进行,通过在金属表面进行电弧蒸发,或采用空心阴极放电使电子束辐射金属表面,从而产生金属蒸汽。由于初级电子受到纵向磁场的磁捕获作用,因此电子束放电产生的等离子密度极高。中性原子电离及高能电子散射所产生的低能电子随同离子一起扩散通过磁场并渗透入基底内部。各分层的微结构受到凝聚粒子平均动能的影响,并随等离子体活化程度的提高而得到改善。由于沉积粒子的能量较低,通常介于15~20eV,因而各层的固有应力也较低。通常情况下,沉积速率为100nm/s。

空心阴极活化沉积工艺基于以下原理:将高速氯的氧化物或金属的反应性蒸汽与一种空心阴极等离子体活化技术相结合。空心阴极等离子源可以产生一个高密度电弧放电等离子体,从而使得绝缘基底获得大约15V的自偏压。Al2O3和SiOx的通常沉积速率分别为100~150nm/s和300~600nm/s。沉积层为一种致密的非晶态结构。Al2O3和SiOx涂层的显微硬度分别为6GPa和3GPa。上述两种氧化物的涂层都具有良好的防磨性能。

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