基本介紹
在真空中製備膜層，包括鍍制晶態的金屬、半導體、絕緣體等單質或化合物膜。雖然化學汽相沉積也採用減壓、低壓或電漿等真空手段，但一般真空鍍膜是指用物理的方法沉積薄膜。真空鍍膜有三種形式，即蒸發鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍。
真空鍍膜技術初現於20世紀30年代，四五十年代開始出現工業套用，工業化大規模生產開始於20世紀80年代，在電子、宇航、包裝、裝潢、燙金印刷等工業中取得廣泛的套用。真空鍍膜是指在真空環境下，將某種金屬或金屬化合物以氣相的形式沉積到材料表面（通常是非金屬材料），屬於物理氣相沉積工藝。因為鍍層常為金屬薄膜，故也稱真空金屬化。廣義的真空鍍膜還包括在金屬或非金屬材料表面真空蒸鍍聚合物等非金屬功能性薄膜。在所有被鍍材料中，以塑膠最為常見，其次，為紙張鍍膜。相對於金屬、陶瓷、木材等材料，塑膠具有來源充足、性能易於調控、加工方便等優勢，因此種類繁多的塑膠或其他高分子材料作為工程裝飾性結構材料，大量套用於汽車、家電、日用包裝、工藝裝飾等工業領域。但塑膠材料大多存在表面硬度不高、外觀不夠華麗、耐磨性低等缺陷，如在塑膠表面蒸鍍一層極薄的金屬薄膜，即可賦予塑膠程亮的金屬外觀，合適的金屬源還可大大增加材料表面耐磨性能，大大拓寬了塑膠的裝飾性和套用範圍。
真空鍍膜的功能是多方面的，這也決定了其套用場合非常豐富。總體來說，真空鍍膜的主要功能包括賦予被鍍件表面高度金屬光澤和鏡面效果，在薄膜材料上使膜層具有出色的阻隔性能，提供優異的電磁禁止和導電效果。
蒸發鍍膜
通過加熱蒸發某種物質使其沉積在固體表面，稱為蒸發鍍膜。這種方法最早由M.法拉第於1857年提出，現代已成為常用鍍膜技術之一。蒸發鍍膜設備結構如圖1。
蒸發物質如金屬、化合物等置於坩堝內或掛在熱絲上作為蒸發源，待鍍工件，如金屬、陶瓷、塑膠等基片置於坩堝前方。待系統抽至高真空後，加熱坩堝使其中的物質蒸發。蒸發物質的原子或分子以冷凝方式沉積在基片表面。薄膜厚度可由數百埃至數微米。膜厚決定於蒸發源的蒸發速率和時間（或決定於裝料量），並與源和基片的距離有關。對於大面積鍍膜，常採用鏇轉基片或多蒸發源的方式以保證膜層厚度的均勻性。從蒸發源到基片的距離應小於蒸氣分子在殘餘氣體中的平均自由程，以免蒸氣分子與殘氣分子碰撞引起化學作用。蒸氣分子平均動能約為0.1～0.2電子伏。
真空鍍膜蒸發源有三種類型。①電阻加熱源：用難熔金屬如鎢、鉭製成舟箔或絲狀,通以電流,加熱在它上方的或置於坩堝中的蒸發物質（圖1[蒸發鍍膜設備示意圖]）電阻加熱源主要用於蒸發Cd、Pb、Ag、Al、Cu、Cr、Au、Ni等材料；②高頻感應加熱源：用高頻感應電流加熱坩堝和蒸發物質；③電子束加熱源：適用於蒸發溫度較高（不低於2000[618-1]）的材料，即用電子束轟擊材料使其蒸發。
蒸發鍍膜與其他真空鍍膜方法相比，具有較高的沉積速率，可鍍制單質和不易熱分解的化合物膜。
真空鍍膜為沉積高純單晶膜層，可採用分子束外延方法。生長摻雜的GaAlAs單晶層的分子束外延裝置如圖2[ 分子束外延裝置示意圖]。噴射爐中裝有分子束源，在超高真空下當它被加熱到一定溫度時，爐中元素以束狀分子流射向基片。基片被加熱到一定溫度，沉積在基片上的分子可以徙動，按基片晶格次序生長結晶用分子束外延法可獲得所需化學計量比的高純化合物單晶膜，薄膜最慢生長速度可控制在1單層/秒。通過控制擋板,可精確地做出所需成分和結構的單晶薄膜。分子束外延法廣泛用於製造各種光集成器件和各種超晶格結構薄膜。
濺射鍍膜
真空鍍膜用高能粒子轟擊固體表面時能使固體表面的粒子獲得能量並逸出表面，沉積在基片上。濺射現象於1870年開始用於鍍膜技術，1930年以後由於提高了沉積速率而逐漸用於工業生產。常用的二極濺射設備如圖3[ 二極濺射示意圖]。通常將欲沉積的材料製成板材──靶,固定在陰極上。基片置於正對靶面的陽極上,距靶幾厘米。系統抽至高真空後充入 10～1帕的氣體（通常為氬氣），在陰極和陽極間加幾千伏電壓，兩極間即產生輝光放電。放電產生的正離子在電場作用下飛向陰極，與靶表面原子碰撞，受碰撞從靶面逸出的靶原子稱為濺射原子,其能量在1至幾十電子伏範圍。濺射原子在基片表面沉積成膜。與蒸發鍍膜不同，濺射鍍膜不受膜材熔點的限制,可濺射W、Ta、C、Mo、WC、TiC等難熔物質。濺射化合物膜可用反應濺射法，即將反應氣體 (O、N、HS、CH等)加入Ar氣中,反應氣體及其離子與靶原子或濺射原子發生反應生成化合物（如氧化物、氮化物等）而沉積在基片上。沉積絕緣膜可採用高頻濺射法。基片裝在接地的電極上，絕緣靶裝在對面的電極上。高頻電源一端接地，一端通過匹配網路和隔直流電容接到裝有絕緣靶的電極上。接通高頻電源後，高頻電壓不斷改變極性。電漿中的電子和正離子在電壓的正半周和負半周分別打到絕緣靶上。由於電子遷移率高於正離子，絕緣靶表面帶負電，在達到動態平衡時，靶處於負的偏置電位，從而使正離子對靶的濺射持續進行。採用磁控濺射可使沉積速率比非磁控濺射提高近一個數量級。
真空鍍膜離子鍍
蒸發物質的分子被電子碰撞電離後以離子沉積在固體表面，稱為離子鍍。這種技術是D.麥托克斯於1963年提出的。離子鍍是真空蒸發與陰極濺射技術的結合。一種離子鍍系統如圖4[離子鍍系統示意圖],將基片台作為陰極，外殼作陽極，充入惰性氣體（如氬）以產生輝光放電。從蒸發源蒸發的分子通過等離子區時發生電離。正離子被基片台負電壓加速打到基片表面。未電離的中性原子（約占蒸發料的95%）也沉積在基片或真空室壁表面。電場對離化的蒸氣分子的加速作用（離子能量約幾百～幾千電子伏）和氬離子對基片的濺射清洗作用，使膜層附著強度大大提高。離子鍍工藝綜合了蒸發（高沉積速率）與濺射（良好的膜層附著力）工藝的特點，並有很好的繞射性，可為形狀複雜的工件鍍膜。
參考書目
金原粲著，楊希光譯：《薄膜的基本技術》，科學出版社，北京，1982。（金原粲著：《薄膜の基本技》，京大學出版會，京，1976。）
光學材料
（純度：99.9%-99.9999%）
高純氧化物
一氧化矽、SiO，二氧化鉿、HfO₂，二硼化鉿，氯氧化鉿，二氧化鋯、ZrO2，二氧化鈦、TiO2，一氧化鈦、TiO，二氧化矽、SiO2，三氧化二鈦、Ti2O3，五氧化三鈦、Ti3O5，五氧化二鉭、Ta2O5，五氧化二鈮、Nb2O5，三氧化二鋁、Al2O3，三氧化二鈧、Sc2O3，三氧化二銦、In2O3，二鈦酸鐠、Pr(TiO3)2，二氧化鈰、CeO2，氧化鎂、MgO，三氧化鎢、WO3，氧化釤、Sm2O3，氧化釹、Nd2O3，氧化鉍、Bi2O3，氧化鐠、Pr6O11，氧化銻、Sb2O3，氧化釩、V2O5，氧化鎳、NiO，氧化鋅、ZnO，氧化鐵、Fe2O3，氧化鉻、Cr2O3，氧化銅、CuO等。
氟化鎂、MgF2，氟化鐿、YbF3，氟化釔、LaF3，氟化鏑、DyF3，氟化釹、NdF3，氟化鉺、ErF3，氟化鉀、KF，氟化鍶、SrF3，氟化釤、SmF3，氟化鈉、NaF，氟化鋇、BaF2，氟化鈰、CeF3，氟化鉛等。
高純金屬類
高純鋁,高純鋁絲，高純鋁粒，高純鋁片，高純鋁柱，高純銅，高純銅絲，高純銅片，高純銅粒，高純鉻，高純鉻粒，高純鉻粉，高純鉻塊，鉻條，高純鈷，高純鈷粒，高純金，高純金絲，高純金片，高純金粒，高純銀，高純銀絲，高純銀粒，高純銀片，高純鉑，高純鉑絲，高純鉿，高純鉿粉，高純鉿絲，高純鉿粒，高純鎢，高純鎢粒，高純鉬，高純鉬粒，高純鉬片，高純矽，高純單晶矽，高純多晶矽，高純鍺，高純鍺粒，高純錳，高純錳粒，高純鈷，高純鈷粒，高純鈮，高純錫，高純錫粒，高純錫絲，高純鎢，高純鎢粒，高純鋅，高純鋅粒，高純釩，高純釩粒，高純鐵，高純鐵粒，高純鐵粉，高純鈦，高純鈦片，高純鈦粒，海面鈦,高純鋯，高純鋯絲，海綿鋯,碘化鋯,高純鋯粒，高純鋯塊，高純碲，高純碲粒，高純鍺，高純鎳，高純鎳絲，高純鎳片，高純鎳柱，高純鉭，高純鉭片，高純鉭絲，高純鉭粒，高純鎳鉻絲，高純鎳鉻粒，高純鑭,高純鐠,高純釓,高純鈰,高純鋱,高純鈥,高純釔,高純鐿,高純銩,高純錸,高純銠,高純鈀,高純銥等.
混合料
氧化鋯氧化鈦混合料，氧化鋯氧化鉭混合料，氧化鈦氧化鉭混合料，氧化鋯氧化釔混合料，氧化鈦氧化鈮混合料，氧化鋯氧化鋁混合料，氧化鎂氧化鋁混合料，氧化銦氧化錫混合料，氧化錫氧化銦混合料，氟化鈰氟化鈣混合料等混合料
其他化合物
鈦酸鋇，BaTiO3，鈦酸鐠，PrTiO3，鈦酸鍶，SrTiO3，鈦酸鑭，LaTiO3，硫化鋅，ZnS，冰晶石，Na3AlF6，硒化鋅，ZnSe，硫化鎘，硫化鉬，硫化銅，二矽化鉬。
輔料
鉬片，鉬舟、鉭片、鎢片、鎢舟、鎢絞絲。
濺射靶材
（純度：99.9%-99.999%）
金屬靶材
碳靶（C靶）、鎳靶（Ni靶）、鈦靶（Ti靶）、鋅靶（Zn靶）、鉻靶（Cr靶）、鎂靶（Mg靶）、鈮靶（Nb靶）、錫靶（Sn靶）、鋁靶（Al靶）、銦靶（In靶）、鐵靶（Fe靶）、鋯鋁靶（ZrAl靶）、鈦鋁靶（TiAl靶）、鋯靶（Zr靶）、矽靶（Si靶）、銅靶（Cu靶）、鉭靶（Ta靶）、鍺靶（Ge靶）、銀靶（Ag靶）、鈷靶（Co靶）、金靶（Au靶）、釓靶（Gd靶）、鑭靶（La靶）、釔靶（Y靶）、鈰靶（Ce靶）、鉿靶（Hf靶）、鉬靶（Mo靶）、鐵鎳靶（FeNi靶）、V靶、W靶、不鏽鋼靶、鎳鐵靶、鐵鈷靶、鎳鉻靶、銅銦鎵靶、鋁矽靶NiCr靶等金屬靶材。
陶瓷靶材
2.陶瓷靶材
ITO靶、AZO靶，氧化鎂靶、氧化鐵靶、氧化鉻靶、氧化鋅靶、硫化鋅靶、硫化鎘靶，硫化鉬靶，二氧化矽靶、一氧化矽靶、氧化鈰靶、二氧化鋯靶、五氧化二鈮靶、二氧化鈦靶、二氧化鋯靶，二氧化鉿靶，二硼化鈦靶，二硼化鋯靶，三氧化鎢靶，三氧化二鋁靶，五氧化二鉭靶，五氧化二鈮靶、氟化鎂靶、氟化釔靶、氟化鎂靶，硒化鋅靶、氮化鋁靶，氮化矽靶，氮化硼靶，氮化鈦靶，碳化矽靶，鈮酸鋰靶、鈦酸鐠靶、鈦酸鋇靶、鈦酸鑭靶、氧化鎳靶等陶瓷濺射靶材。
操作規程
1．在真空鍍膜機運轉正常情況下，開動真空鍍膜機時，必須先開水管，工作中應隨時注意水壓。
2．在離子轟擊和蒸發時，應特別注意高壓電線接頭，不得觸動，以防觸電。
3．在用電子槍鍍膜時，應在鐘罩外圍上鋁板。觀察窗的玻璃最好用鉛玻璃，觀察時應戴上鉛玻璃眼鏡，以防X射線侵害人體。
4．鍍制多層介質膜的鍍膜間，應安裝通風吸塵裝置，及時排除有害粉塵。
5．易燃有毒物品要妥善保管，以防失火中毒。
6．酸洗夾具應在通風裝置內進行，並要戴橡皮手套。
7．把零件放入酸洗或鹼洗槽中時，應輕拿輕放，不得碰撞及濺出。平時酸洗槽盆應加蓋。
8．工作完畢應斷電、斷水。
主要優點
TiN
中文名：氮化鈦；
顏色：金色；
硬度：2300HV；
摩擦係數：0.23VSNi；
最高工作溫度：580℃；
優點：增加表面硬度、減少摩擦力；可低溫塗層，適合低溫零件；避免刀口之積屑現象；廣泛套用於鋼料成型加工。
TiCN
中文名：氮碳化鈦；
顏色：銀灰色；
硬度：3300HV；
摩擦係數：0.21VSNi；
最高工作溫度：450℃；
優點：高表面硬度表面光滑；避免刀口之積屑現象；適合重切削；適合衝壓加工不鏽鋼。
ALTiN
中文名：鋁氮化鈦；
顏色：紫黑色；
硬度：3500HV；
摩擦係數：0.35VSNi；
最高工作溫度：800℃；
優點：高熱穩定性；適合高速、乾式切削；最適合硬質合金刀具、車刀片；適合不鏽鋼鑽、銑、沖加工。
DLC
中文名：類金剛石；
顏色：黑色；
硬度：2000HV；
摩擦係數：0.15VSNi；
最高工作溫度：800℃；
優點：無氫碳膜，有很強的抗粘結性和低摩擦性，適合光碟模具和其他精密模具。
Crotac
中文名：鈦鉻_納米晶體；
顏色：銀灰色；
硬度：2100HV；
摩擦係數：0.18VSNi；
最高工作溫度：700℃；
優點：可低溫塗層，韌性好，適合低溫零件；適合衝壓厚度>1.5mm的鋼板。
ALuka
中文名：鉻鋁_納米晶體；
顏色：灰黑色；
硬度：3300HV；
摩擦係數：0.18VSNi；
最高工作溫度：1100℃；
優點：高熱穩定性；磨擦力低，不沾黏；適合冷熱段造、鑄造高熱穩定性；適合長久在高溫環境下使用的汽車零件。
CrSiN系
中文名：鉻矽_納米晶體；
顏色：灰黑色；
硬度：3000HV；
摩擦係數：0.16VSNi；
抗氧化溫度：1000℃；
優點：膜具高速加工，高光面加工；適合加工銅合金、鎂鋁合金。
ZrSiN系
中文名：鋯矽_納米晶體；
顏色：紫黑色；
硬度：3400HV；
摩擦係數：0.22VSNi；
抗氧化溫度：850℃；
優點：最適合HSS刀具、絲攻；適合加工鈦合金。
TiSiN系
中文名：鈦矽_納米晶體；
顏色：黃橙色；
硬度：4300HV；
摩擦係數：0.25VSNi；
抗氧化溫度：1000℃；
優點：表面硬度最高；適合重切削與加工不鏽鋼；可加工高硬度模具鋼62HRC。
ALtimax
中文名：白金鋁鈦_納米晶體；
顏色：銀白色；
硬度：4300HV；
摩擦係數：0.21VSNi；
抗氧化溫度：1200℃；
優點：高熱穩定性；通用於高速鋼與硬質合金刀具高速、乾式、連續性切削；可加工高硬度模具鋼50HRC。
MedicaWC/C塗層
顏色：黑色；
硬度硬度>17000 HV；
摩擦係數：0.10VSNi；
最高工作溫度：450℃；
優點：磨擦力最低，乾式金屬潤滑膜；適合醫療、藥品行業無油環境。
CrN-WC/C塗層
顏色：黑色；
硬度>2000 HV；
摩擦係數：0.10VSNi；
最高工作溫度：650℃；
優點：解決射出成型脫膜、腐蝕問題；適合汽車、機械零件降低磨擦損耗；適合無油軸承，乾式金屬潤滑膜。
鍍膜技術
真空鍍膜技術是一種新穎的材料合成與加工的新技術，是表面工程技術領域的重要組成部分。真空鍍膜技術是利用物理、化學手段將固體表面塗復一層特殊性能的鍍膜，從而使固體表面具有耐磨損、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化、防輻射、導電、導磁、絕緣和裝飾等許多優於固體材料本身的優越性能，達到提高產品質量、延長產品壽命、節約能源和獲得顯著技術經濟效益的作用。因此真空鍍膜技術被譽為最具發展前途的重要技術之一，並已在高技術產業化的發展中展現出誘人的市場前景。這種新興的真空鍍膜技術已在國民經濟各個領域得到套用，如航空、航天、電子、信息、機械、石油、化工、環保、軍事等領域。
真空蒸發鍍膜設備主要用於在經予處理的塑膠、陶瓷等製品表面蒸鍍金屬薄膜（鍍鋁、鉻、錫、不鏽鋼等金屬）、七彩薄仿金膜等，從而獲得光亮、美觀、；價廉的塑膠，陶瓷表面金屬化製品。廣泛套用於汽車、機車燈具、工藝美術、裝潢裝飾、燈具、家具、玩具、酒瓶蓋、化妝品、手機、鬧鐘、女式鞋後跟等領域。
