1. Pvd (Physical Vapour Deposition) jest jedną z najczęściej stosowanych obecnie technik wytwarzania twardych lub super twardych powłok przeciwzużyciowych. Opracowano do tej pory wiele metod wchodzących w zakres techniki fizycznego osadzania z pary.
2.
3. Podstawową cechą jest to że opierają się na wykorzystywaniu różnych zjawisk fizycznych które przebiegaj¹ przy ciœnieniu obni¿onym do poziomu 10- 10 ^-5 Pa.
4.Zjawiska fizyczne
Do takich zjawisk należy zaliczyć:
- wytwarzanie pary metali i stopów poprzez ich erozję w wyniku odparowania lub rozpylenia
- jonizację elektryczna wytworzonych par metali lub stopów oraz dostarczonych gazów
5.- kondensację składników plazmy na stosunkowo zimnym podłożu
- krystalizację z otrzymanej plazmy metalu lub związku na zimnym podłożu
- wspomaganie fizyczne lub rzadziej chemiczne zachodzących procesów
6.Przygotowanie powierzchni
przygotowanie powierzchni składa się zwykle z czyszczenia:
-chemicznego
-jonowego bezpośrednio przed nanoszeniem
7.Etapy procesu PVD
W procesach PVD wyróżnia się zwykle trzy stadia:
przechodzenia nanoszonego materiału w stan pary
transportu materiału w stanie pary do powierzchni przedmiotu
kondensacji materiału na przedmiocie i wzrost powłoki
8. Metale w stanie pary otrzymuje się stosując grzanie:
- rezystancyjne
- indukcyjne
- elektronowe
- laserowe
- wyładowaniem łukowym ciągłym lub impulsowym
- rozpylanie katodowe lub anodowe
9.Własności
Najważniejszymi własnościami jakimi charakteryzują się powłoki PVD są:
- wysoka twardość
- wytrzymałość i odporność na zużycie ścierne
- odporność na oddziaływanie wysokiej temperatury
- ochrona antykorozyjna
- żaroodporność
- niski współczynnik przewodności cieplnej
10.Od czego zależą własności?
Własności powłok zależą przede wszystkim od:
ciśnienia gazów w komorze napylarki
napięcia przyspieszającego temperatury procesu
odległości między podłożem, a źródłem materiału osadzanego
przygotowania powierzchni podłoża
składu chemicznego osadzanego materiału
11.Podział powłok
Powłoki otrzymane w procesach PVD dzieli się:
proste (jednowarstowe) składające się z jednego materiału np. Al, Cr, Cu lub TiN, TiC.
Złożone (wielowarstwowe) składające się z więcej niż jednego materiału np. TiC, Al2O3.
12.Powłoki złożone
Powłoki złożone dzielimy ponadto m.in. na powłoki:
- wielowarstwowe
wieloskładnikowe
wielofazowe
kompozytowe
13.Powłoki wielowarstwowe
Powłoki wielowarstwowe - np.: TiC/ TiN/ ZrN
Wytwarzane są w wyniku nanoszenia kolejno na siebie warstw różnych materiałów, które stanowią powłoki proste o różnych własnościach.
14.Powłoki wieloskładnikowe
Powłoki wieloskładnikowe- powłoka, w której podsieć jednego pierwiastka wypełniona jest częściowo innym pierwiastkiem.
np.: VN, ZrN, HfN z węglikami tych pierwiastków.
15.Powłoki kompozytowe
Powłoki kompozytowe- np.: TiC/Al2O3
Powłoka stanowiąca mieszaninę, w której jedna faza jest dyspersyjnie rozproszona w innej, która występuje w sposób ciągły.
16.Powłoki wielofazowe
Powłoki wielofazowe- np.: TiN/Ti2N
Powłoka stanowiąca mieszaninę różnych faz.
17.Własności w zależności od umiejscowienia warstwy
Warstwa wewnętrzna ma za zadanie zapewniać odpowiednią przyczepność do podłoża.
Warstwa bądź kilka warstw pośrednich powinny charakteryzować się wytrzymałością.
- Natomiast warstwa zewnętrzna powinna cechować się dobrymi własnościami trybologicznymi bądź antykorozyjnymi.
18.Cechy charakterystyczne
Cechą charakterystyczną powłok nanoszonych procesami PVD jest:
ich duże zdefektowanie
mała wielkość ziarna
struktura amorficzna
grubość warstw PVD zawiera się w przedziale 2-5 mikrometra
połączenie między powłoką, a podłożem ma charakter adhezyjny
19.Fizyczne rodzaje osadzania
Wyróżnia się 3 główne rodzaje osadzania fizycznego z fazy gazowej:
naparowanie
rozpylanie
napylanie
20.Różnorodność metod PVD
Metody PVD różnią się od siebie:
umiejscowieniem strefy otrzymywania i jonizowania par nanoszonego materiału
sposobem otrzymywania par osadzanych metali lub związków
sposobem nanoszenia par metalu na podłoże
- brakiem lub istnieniem intensyfikacji procesów nanoszenia warstw
21.Naparowanie
Proces zachodzący przez nanoszenie niezjonizowanych lub nieznacznie zjonizowanych par metalu lub związku przy czym jonizacja najczęściej odbywa się w innej strefie niż otrzymywanie par.
22.Naparowanie
Celem tak nanoszonych powłok jest głównie ochrona przed korozją lub uzyskanie estetycznego wyglądu.
24. Naparowanie próżniowe
Naparowanie próżniowe cienkich warstw prowadzi się z reguły przy ciśnieniach rzędu 10-3Pa lub niższych aby uzyskać odpowiednio niską koncentrację cząsteczek powietrza.
25. Rozpylanie
Polega na nanoszeniu w znacznym stopniu zjonizowanych par metalu lub związku uzyskiwanych przez rozpylenie metalowej elektrody w stanie stałym jonami gazu obojętnego uzyskanymi w wyniku wyładowania jarzeniowego
26.Napylanie
Polega na nanoszeniu par metalu, fazy lub związku uzyskanych przez odparowanie lub sublimację temperaturową, przy czym pary, metali lub związków są zjonizowane bardziej, niż w przypadku wspomaganych technik naparowania, a jonizacja par zwykle ma miejsce w strefie otrzymywania par.
27.Porównanie metod PVD
28. Intensyfikacja procesów nanoszenia
metody reaktywne
metody aktywowane
metody mieszane reaktywno- aktywowane
29.Parametry metod PVD
Ważnymi parametrami w procesach PVD są:
- skład chemiczny
- natężenie przepływu
- temperatura procesu
- ciśnienie całkowite i utrzymania wysokiej jakości próżni
- odpowiednia atmosfera gazowa
- napięcie przyspieszające
- odległość między podłożem a źródłem materiału osadzanego
30.Co jest wazne w procesach PVD
zapewnienie wysokiego stopienia jonizacji atmosfery roboczejco powoduje lepsze połączenie podłoże-powłoka.
- otrzymywanie możliwie najbardziej jednorodnego rozkładu poszczególnych składników atmosfery wewnątrz komory.
31.Techniki nanoszenia-podział
Ze względu na zbieżność procesów nanoszenia powłok ostatnio dzieli się je na
dwie grupy:
techniki klasycznego nanoszenia
techniki jonowego nanoszenia
32.Metoda ARE
metoda ARE (activated reactive evaporation)
33.Metoda HHCD
Metoda HHCD (hot hollow cathode deposition)
34.Metoda PPM
metoda PPM (pulse plasma method)
35.Metoda RMS
metoda RMS (reactive magnetron sputtering)
36.Zastosowanie
37.Zalety PVD
ekologiczna czystość procesu osadzania
otrzymywanie powłoki o właściwościach nieosiągalnych poprzez zastosowanie standardowych metod obróbki powierzchniowej
możliwość wytwarzania pokryć wielofunkcyjnych odpornych na czynniki zewnętrzne występujące jednocześnie
38.Wady PVD
stosunkowo wysokie koszty osadzania
duży wpływ parametrów procesu na strukturę otrzymywanych powłok
konieczność zachowania dużej czystości i przestrzegania reżimu technologicznego