由于CVD法(fa)處(chu)理(li)溫度(du)太高(gao)，零(ling)件(jian)基體需(xu)承受(shou)相當高(gao)的沉(chen)積(ji)溫度(du)，易產(chan)生變形和基體組織變化，導致其力學性能降低，需(xu)在(zai)CVD沉(chen)積(ji)后進行熱處(chu)理(li)，增大(da)了生產(chan)成本，因此在(zai)應用上受(shou)到一定的限制(zhi)。
PVD以各種物理方法(fa)產生(sheng)的原子(zi)或分子(zi)沉(chen)(chen)(chen)積(ji)在基(ji)材上(shang)形(xing)成外加覆蓋層，工件(jian)沉(chen)(chen)(chen)積(ji)溫度一(yi)般不超過600℃。不銹鋼沉(chen)(chen)(chen)積(ji)后通(tong)常都(dou)無需進行熱處(chu)理，因而其(qi)應用比化學氣(qi)相沉(chen)(chen)(chen)積(ji)廣(guang)。
物理氣相沉積(ji)(ji)(ji)可分為真空蒸鍍(du)、陰極濺射和離子(zi)鍍(du)三(san)類。與(yu)CVD法相比，PVD的(de)主要優點是(shi)(shi)處理溫度(du)較(jiao)低(di)、沉積(ji)(ji)(ji)速度(du)較(jiao)快、無(wu)公害(hai)等(deng)，因而有(you)很高(gao)的(de)實用(yong)價(jia)值；其(qi)不足(zu)之處是(shi)(shi)沉積(ji)(ji)(ji)層與(yu)工件的(de)結合力(li)較(jiao)小，鍍(du)層的(de)均勻(yun)性稍(shao)差。此外，它的(de)設備造價(jia)高(gao)，操(cao)作(zuo)、維護的(de)技術(shu)要求(qiu)也較(jiao)高(gao)。
一、真空蒸(zheng)鍍
在(zai)高真(zhen)(zhen)空中使金屬、合(he)金或化合(he)物蒸(zheng)發，然后凝(ning)聚在(zai)基體(ti)表(biao)面的方(fang)法叫作真(zhen)(zhen)空蒸(zheng)鍍(du)。真(zhen)(zhen)空蒸(zheng)鍍(du)裝置見圖(tu)3-14。
被(bei)沉積(ji)的材(cai)料(liao)(liao)（如TiC）置(zhi)于裝(zhuang)有加(jia)熱系統的坩(gan)(gan)堝中，被(bei)鍍基體置(zhi)于蒸發源(yuan)前面。當(dang)真空度(du)達到0.13Pa時，加(jia)熱坩(gan)(gan)堝使材(cai)料(liao)(liao)蒸發，所產生的蒸氣以凝(ning)集(ji)的形(xing)(xing)式沉積(ji)在物體上形(xing)(xing)成涂(tu)層。
基板(ban)入槽(cao)前要(yao)進行充分(fen)的清洗，在蒸鍍(du)時，一般(ban)在基板(ban)背面設置一個加(jia)熱器(qi)，使(shi)(shi)基板(ban)保(bao)持(chi)適當溫度，使(shi)(shi)鍍(du)層(ceng)和(he)基層(ceng)之間形成薄的擴(kuo)散層(ceng)，以增大結合力。
蒸(zheng)發(fa)用熱源(yuan)(yuan)主(zhu)要分三類：電(dian)阻加熱源(yuan)(yuan)、電(dian)子束加熱源(yuan)(yuan)和高頻感應加熱源(yuan)(yuan)。最近還采用了激光蒸(zheng)鍍(du)法(fa)和離子蒸(zheng)鍍(du)法(fa)。
蒸鍍(du)過程：
a. 首先(xian)對真(zhen)空裝(zhuang)置及被鍍零件進行處理，去掉(diao)污(wu)物、灰塵和(he)油漬等。
b. 把(ba)清(qing)洗(xi)過的零件裝入鍍槽的支架上。
c. 補(bu)足蒸發物(wu)質。
d. 抽(chou)真(zhen)空，先用回轉泵(beng)抽(chou)至(zhi)(zhi)13.3Pa，再用擴散泵(beng)抽(chou)至(zhi)(zhi)133×10-6Pa。
e. 在高真空下對零件加(jia)熱，目的是去除水分（150℃）和(he)增(zeng)加(jia)結合力(300~400℃)。
f. 對蒸鍍通電加熱，達到厚度后停電。
g. 停(ting)鍍后(hou)，需在真空(kong)條件下放置15～30min，使之(zhi)冷卻到100℃左右。
h. 關閉真空閥，導(dao)入空氣，取出(chu)模具。
二、陰極濺射(she)
陰極濺射即用(yong)荷能粒子(zi)轟擊某一靶材(cai)（陰極），使(shi)靶材(cai)表面的(de)原子(zi)以一定能量逸出，然后在表面沉積的(de)過程。
濺射(she)過(guo)程：用沉積的材料（如(ru)TiC）作(zuo)陰極靶，并接入1～3kV的直流負高(gao)壓(ya)，
在(zai)真空室(shi)內(nei)通(tong)入壓(ya)力為(wei)0.133～13.3Pa的(de)(de)氬氣(qi)（作(zuo)(zuo)為(wei)工(gong)作(zuo)(zuo)氣(qi)體(ti)）。在(zai)電(dian)場的(de)(de)作(zuo)(zuo)用下，氬氣(qi)電(dian)離(li)后(hou)產生的(de)(de)氬離(li)子轟擊陰極(ji)靶(ba)(ba)面(mian)，濺射出的(de)(de)靶(ba)(ba)材原子或分子以(yi)一定(ding)的(de)(de)速度落(luo)在(zai)工(gong)件表(biao)面(mian)產生沉積，并(bing)使工(gong)件受(shou)熱(re)。濺射時工(gong)件的(de)(de)溫度可達500℃左右。圖(tu)3-15是陰極(ji)濺射系(xi)統(tong)簡圖(tu)。
當接通高壓電(dian)源時，陰(yin)(yin)極發出(chu)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)在(zai)(zai)電(dian)場(chang)的(de)(de)(de)作(zuo)用下會跑向陽極，速(su)度(du)在(zai)(zai)電(dian)場(chang)中不(bu)(bu)斷(duan)增加。剛離(li)(li)開(kai)陰(yin)(yin)極的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)能量(liang)很低(di)，不(bu)(bu)足以引(yin)起氣(qi)體(ti)原子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)變化(hua)，所以附近為暗區(qu)。在(zai)(zai)稍(shao)遠(yuan)的(de)(de)(de)位置，當電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)能力足以使氣(qi)體(ti)原子(zi)(zi)(zi)(zi)激發時就產(chan)生(sheng)輝光(guang)，形成陰(yin)(yin)極輝光(guang)區(qu)。越(yue)過(guo)這一(yi)區(qu)域(yu)，電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)能量(liang)進一(yi)步增加，就會引(yin)起氣(qi)體(ti)原子(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)離(li)(li)，從而產(chan)生(sheng)大量(liang)的(de)(de)(de)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)與(yu)低(di)速(su)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)。此過(guo)程不(bu)(bu)發光(guang)，這一(yi)區(qu)域(yu)為陰(yin)(yin)極暗區(qu)。低(di)速(su)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)在(zai)(zai)此后向陽極的(de)(de)(de)運動過(guo)程中，也會被加速(su)激發氣(qi)體(ti)原子(zi)(zi)(zi)(zi)而發光(guang)，形成負輝光(guang)區(qu)。在(zai)(zai)負輝光(guang)區(qu)和陽極之間，還有(you)幾個陰(yin)(yin)暗相同的(de)(de)(de)區(qu)域(yu)，但它(ta)們與(yu)濺射離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)關系不(bu)(bu)大，只起導電(dian)作(zuo)用。
濺射(she)下來的材料原子(zi)具有10～35eV的功能，比(bi)蒸鍍(du)時的原子(zi)動能大得多(duo)，因而濺射(she)膜(mo)的結合(he)力也比(bi)蒸鍍(du)膜(mo)大。
濺(jian)射(she)性能(neng)取決于所用的(de)氣體、離子的(de)能(neng)量及(ji)轟擊(ji)(ji)所用的(de)材(cai)料(liao)等。離子轟擊(ji)(ji)所產(chan)生的(de)投射(she)作用可用于任何(he)類型的(de)材(cai)料(liao)，難熔(rong)材(cai)料(liao)W、Ta、C、Mo、WC、TiC、TiN也能(neng)像低熔(rong)點材(cai)料(liao)一樣容易被沉積。濺(jian)射(she)出的(de)合(he)金組成(cheng)(cheng)常(chang)常(chang)與靶的(de)成(cheng)(cheng)分相當。
濺(jian)射(she)的工藝很(hen)多，如果按電極(ji)的構造及(ji)其配置(zhi)(zhi)(zhi)方法(fa)進行分類，具有代表性的有：二極(ji)濺(jian)射(she)、三(san)極(ji)濺(jian)射(she)、磁(ci)控(kong)濺(jian)射(she)、對置(zhi)(zhi)(zhi)濺(jian)射(she)、離子束濺(jian)射(she)和(he)吸收濺(jian)射(she)等。常用的是(shi)磁(ci)控(kong)濺(jian)射(she)，目前已開發了(le)多種(zhong)磁(ci)控(kong)濺(jian)射(she)裝置(zhi)(zhi)(zhi)。
常(chang)用的磁(ci)控(kong)高(gao)(gao)速(su)濺射方法的工(gong)作原理為：用氬氣(qi)作為工(gong)作氣(qi)體，充氬氣(qi)后反(fan)應室內的壓力為2.6～1.3Pa，以欲沉(chen)積(ji)的金(jin)屬(shu)和化合物為靶(ba)(ba)(ba)（如Ti、TiC、TiN），在靶(ba)(ba)(ba)附近設置與(yu)靶(ba)(ba)(ba)平面平行的磁(ci)場(chang)，另在靶(ba)(ba)(ba)和工(gong)件之(zhi)間設置陽極以防工(gong)件過熱。磁(ci)場(chang)導致靶(ba)(ba)(ba)附近等離子(zi)密度(du)（即金(jin)屬(shu)離化率(lv)）提高(gao)(gao)，從而(er)提高(gao)(gao)濺射與(yu)沉(chen)積(ji)速(su)率(lv)。
磁控(kong)濺(jian)射效率高，成膜速度快（可(ke)達(da)2μm／min），而且基(ji)板溫度低(di)。因此，此法適應性廣，可(ke)沉積純金屬(shu)、合(he)金或化合(he)物(wu)。例如以鈦(tai)為靶，引入氮或碳氫化合(he)物(wu)氣體可(ke)分別沉積TiN、TiC等。
三(san)、離(li)子(zi)鍍
近(jin)年來研究開發的離(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)在(zai)零(ling)件(jian)表面強化方面獲得(de)應用，效果較顯著(zhu)。所(suo)謂離(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)是(shi)蒸鍍(du)(du)和(he)濺(jian)射(she)鍍(du)(du)相結(jie)合(he)的技術。它既保留了CVD的本質，又具(ju)有PVD的優點。離(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)零(ling)件(jian)具(ju)有結(jie)合(he)力強、均鍍(du)(du)能力好、被鍍(du)(du)基(ji)體(ti)材料(liao)和(he)鍍(du)(du)層材料(liao)可以(yi)廣(guang)(guang)泛搭(da)配等(deng)優點，因(yin)此(ci)獲得(de)較廣(guang)(guang)泛的應用。圖3-16是(shi)離(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)系統示意圖。
離(li)子(zi)(zi)鍍(du)的基(ji)(ji)(ji)本原(yuan)理是(shi)借助于一種惰性(xing)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)的輝(hui)光放電(dian)使(shi)金屬(shu)或合(he)(he)金蒸氣(qi)(qi)(qi)離(li)子(zi)(zi)化。離(li)子(zi)(zi)經電(dian)場加速而(er)(er)沉(chen)(chen)積在帶(dai)負電(dian)荷的基(ji)(ji)(ji)體(ti)上(shang)。惰性(xing)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)一般(ban)采(cai)用氬氣(qi)(qi)(qi)，壓力為(wei)0.133～1.33Pa，兩極電(dian)壓在500～2000V之間。離(li)子(zi)(zi)鍍(du)包括(kuo)鍍(du)膜材料（如TiC、TiN）的受熱、蒸發(fa)、沉(chen)(chen)積過(guo)程。蒸發(fa)的鍍(du)膜材料原(yuan)子(zi)(zi)在經過(guo)輝(hui)光區(qu)時，一小部分發(fa)生電(dian)離(li)，并在電(dian)場的作用下飛向工件(jian)，以(yi)(yi)幾(ji)千電(dian)子(zi)(zi)伏的能量(liang)射到工件(jian)表(biao)面，可以(yi)(yi)打入基(ji)(ji)(ji)體(ti)約幾(ji)納米(mi)的深度，從(cong)而(er)(er)大(da)大(da)提高(gao)了鍍(du)層(ceng)的結合(he)(he)力。而(er)(er)未經電(dian)離(li)的蒸發(fa)材料原(yuan)子(zi)(zi)直接在工件(jian)上(shang)沉(chen)(chen)積成(cheng)膜。惰性(xing)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)離(li)子(zi)(zi)與鍍(du)膜材料離(li)子(zi)(zi)在基(ji)(ji)(ji)板表(biao)面上(shang)發(fa)生的濺射還可以(yi)(yi)清除工件(jian)表(biao)面的污染(ran)物，從(cong)而(er)(er)改善(shan)結合(he)(he)力。
如(ru)果(guo)提高(gao)金屬蒸(zheng)氣原子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)化程度，可(ke)以(yi)增加鍍(du)(du)(du)(du)(du)層的(de)(de)結合力，為(wei)此發展了(le)一系列的(de)(de)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)(du)(du)設備和方法(fa)，如(ru)高(gao)頻離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)(du)(du)、空心陰(yin)極放電離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)(du)(du)、熱陰(yin)極離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)(du)(du)、感應(ying)加熱離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)(du)(du)、活性化蒸(zheng)發離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)(du)(du)及低壓等(deng)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)(du)(du)等(deng)。近年來，多弧離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)(du)(du)由(you)于設備結構(gou)簡(jian)單、操作(zuo)方便、鍍(du)(du)(du)(du)(du)層均勻、生產率高(gao)，而受(shou)到人們的(de)(de)重視。其工作(zuo)原理和特點是：
a. 將被蒸(zheng)發(fa)膜材料制成陰極(ji)靶即(ji)弧蒸(zheng)發(fa)源，該蒸(zheng)發(fa)源為(wei)固態(tai)，可在真空(kong)內任意方位布置，也可多(duo)源聯合工作(zuo)，有利大件鍍膜。
b. 弧蒸(zheng)發(fa)源(yuan)接電(dian)源(yuan)負(fu)(fu)極，真空(kong)室外殼接正極，調整工(gong)作電(dian)流，靶(ba)材表(biao)面(mian)進行弧光放電(dian)，同時蒸(zheng)發(fa)出大量(liang)(liang)陰極金屬蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)，其(qi)中部分發(fa)生電(dian)離并(bing)在基板(ban)(ban)負(fu)(fu)偏壓(ya)(ya)的(de)吸(xi)引下(xia)轟擊工(gong)件表(biao)面(mian)，從(cong)而(er)起到潔凈工(gong)件表(biao)面(mian)的(de)作用和使工(gong)件的(de)溫度升高達到沉積所需(xu)溫度。此后，逐漸降低基板(ban)(ban)負(fu)(fu)壓(ya)(ya)氣(qi)(qi)(qi)化了的(de)靶(ba)粒子飛向基板(ban)(ban)形成鍍(du)膜(mo)(mo)。如(ru)果同時通入適當流量(liang)(liang)的(de)反應氣(qi)(qi)(qi)體(ti)，即可在工(gong)件表(biao)面(mian)沉積得到化合物膜(mo)(mo)層(ceng)。從(cong)以上鍍(du)膜(mo)(mo)過(guo)程(cheng)看，弧蒸(zheng)發(fa)源(yuan)既是(shi)蒸(zheng)發(fa)器又是(shi)離化源(yuan)，無需(xu)增加輔助離化源(yuan)，也無需(xu)通入惰(duo)性(xing)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)轟擊清洗工(gong)件，并(bing)且不(bu)需(xu)要烘(hong)烤裝置，設備簡單、工(gong)藝穩定。
c. 多弧離子鍍離化(hua)率高達60％～90％，有利于(yu)改善膜層(ceng)的質量，特別適用于(yu)活性反應沉積化(hua)合物膜層(ceng)。
d. 多(duo)弧蒸(zheng)發(fa)源在蒸(zheng)發(fa)陰極材料(liao)時，往(wang)往(wang)有液(ye)滴沉積在工件(jian)表(biao)面(mian)，造(zao)成工件(jian)表(biao)面(mian)具有較高(gao)的表(biao)面(mian)粗糙(cao)度值。所以減少和細化蒸(zheng)發(fa)材料(liao)液(ye)滴是當前(qian)多(duo)弧離子(zi)鍍工藝的關鍵問(wen)題。
離子鍍除了具有鍍層結合力強的(de)特點(dian)之外，還具有如(ru)下(xia)優點(dian)：離子繞射(she)性強，沒(mei)有明顯(xian)的(de)方向(xiang)性沉積(ji)，工件的(de)各(ge)個表面都能鍍上；鍍層均勻性好(hao)，并且具有較高的(de)致密度和細的(de)晶粒度，即使經鏡面研(yan)磨過的(de)工件，進(jin)行離子鍍后，表面依然(ran)光(guang)潔致密，無需再(zai)作研(yan)磨。
總之(zhi)，采(cai)用(yong)(yong)PVD技(ji)術可以(yi)在(zai)各種(zhong)材(cai)料(liao)上沉(chen)(chen)積致密(mi)、光滑、高(gao)精(jing)度的化合(he)物（如(ru)TiC、TiN）鍍層，所以(yi)十(shi)分(fen)適(shi)合(he)模具(ju)的表面(mian)熱(re)處理(li)(li)。目前，應用(yong)(yong)PVD法沉(chen)(chen)積TiC、TiN等鍍層已在(zai)生產(chan)中獲(huo)得(de)應用(yong)(yong)。例(li)如(ru)Cr12MoV鋼制油開(kai)關(guan)精(jing)制沖(chong)模，經(jing)PVD法沉(chen)(chen)積后，表面(mian)硬度為(wei)2500～3000HV，摩擦因數減(jian)小，抗粘著和抗咬(yao)合(he)性改善，模具(ju)原(yuan)使(shi)用(yong)(yong)1～3萬次即要刃(ren)磨，經(jing)PVD法處理(li)(li)后，使(shi)用(yong)(yong)10萬次不需刃(ren)磨，尺寸(cun)無(wu)變化，仍可使(shi)用(yong)(yong)；用(yong)(yong)于沖(chong)壓和擠壓粘性材(cai)料(liao)的冷作模具(ju)，采(cai)用(yong)(yong)PVD法處理(li)(li)后，其使(shi)用(yong)(yong)壽命大為(wei)提高(gao)，從發展(zhan)趨勢來(lai)看，PVD法將(jiang)成為(wei)模具(ju)表面(mian)處理(li)(li)的主(zhu)要技(ji)術方法之(zhi)一。表3-40列出了三種(zhong)PVD法與CVD法的特性比(bi)較，供選用(yong)(yong)時參考。
目前(qian)應用PVD法沉(chen)積TiC、TiN等(deng)鍍層已在(zai)(zai)生產中得到推廣(guang)應用，同時在(zai)(zai)TiN基(ji)礎上發展起來(lai)的多(duo)元膜，如（Ti、Al）N、（Ti、Cr）N等(deng)，性(xing)能優于TiN，是一種更有前(qian)途(tu)的新型薄膜。
