由于CVD法處(chu)(chu)理溫度太高，零件基(ji)體(ti)需承受相當高的沉(chen)積溫度，易產生變形和基(ji)體(ti)組織變化，導(dao)致其力學性能降低，需在CVD沉(chen)積后進行熱處(chu)(chu)理，增大了(le)生產成本，因(yin)此在應用上受到(dao)一定的限(xian)制。
PVD以各種物理方法產生的原子或(huo)分子沉積(ji)(ji)在基材上形成(cheng)外加覆蓋層，工(gong)件(jian)沉積(ji)(ji)溫度一般不超過(guo)600℃。不銹(xiu)鋼(gang)沉積(ji)(ji)后通常都無需進行熱處理，因而(er)其應用比(bi)化學氣(qi)相沉積(ji)(ji)廣。
物理(li)氣相沉(chen)(chen)積可分為真(zhen)空(kong)蒸(zheng)鍍(du)(du)、陰極濺射和離子鍍(du)(du)三(san)類(lei)。與(yu)(yu)CVD法(fa)相比，PVD的(de)(de)主要優點是處理(li)溫度較(jiao)(jiao)低(di)、沉(chen)(chen)積速度較(jiao)(jiao)快、無公害等，因而有很高(gao)的(de)(de)實用價值；其不足(zu)之處是沉(chen)(chen)積層(ceng)與(yu)(yu)工件的(de)(de)結(jie)合力較(jiao)(jiao)小，鍍(du)(du)層(ceng)的(de)(de)均勻性稍差(cha)。此外(wai)，它的(de)(de)設(she)備造價高(gao)，操作、維護的(de)(de)技術要求也較(jiao)(jiao)高(gao)。
一、真空蒸鍍(du)
在高真空中使金屬、合(he)金或化(hua)合(he)物蒸發，然后凝聚(ju)在基體表面的方法叫作真空蒸鍍。真空蒸鍍裝(zhuang)置見圖3-14。
被沉(chen)積的(de)材料(liao)（如TiC）置于裝(zhuang)有(you)加(jia)熱系統的(de)坩堝(guo)中(zhong)，被鍍基體(ti)置于蒸(zheng)發源前面。當真空度達到(dao)0.13Pa時(shi)，加(jia)熱坩堝(guo)使材料(liao)蒸(zheng)發，所產生(sheng)的(de)蒸(zheng)氣(qi)以凝集的(de)形式(shi)沉(chen)積在物體(ti)上形成涂(tu)層(ceng)。
基板入(ru)槽前(qian)要進行(xing)充(chong)分的清(qing)洗，在(zai)蒸(zheng)鍍時，一般在(zai)基板背面(mian)設(she)置一個(ge)加熱器，使基板保持適當溫度，使鍍層和基層之間形成薄的擴散層，以增大結合力。
蒸(zheng)發用熱(re)源(yuan)(yuan)(yuan)主要分三類：電(dian)阻加(jia)(jia)熱(re)源(yuan)(yuan)(yuan)、電(dian)子束加(jia)(jia)熱(re)源(yuan)(yuan)(yuan)和(he)高頻(pin)感應加(jia)(jia)熱(re)源(yuan)(yuan)(yuan)。最近還采用了激光蒸(zheng)鍍(du)法和(he)離子蒸(zheng)鍍(du)法。
蒸(zheng)鍍過程：
a. 首先對真空裝置(zhi)及被(bei)鍍零件進行(xing)處理，去掉(diao)污(wu)物、灰塵和(he)油漬等(deng)。
b. 把清洗過(guo)的零(ling)件裝入鍍槽的支架上。
c. 補足(zu)蒸(zheng)發物(wu)質。
d. 抽真空，先用回轉泵抽至(zhi)13.3Pa，再用擴(kuo)散泵抽至(zhi)133×10-6Pa。
e. 在高真(zhen)空下對零(ling)件加熱，目的是去(qu)除水分（150℃）和增加結合力(300~400℃)。
f. 對蒸(zheng)鍍(du)通(tong)電(dian)加(jia)熱，達到厚度(du)后(hou)停電(dian)。
g. 停鍍后，需在(zai)真空(kong)條件下(xia)放(fang)置15～30min，使之冷卻(que)到100℃左右。
h. 關(guan)閉(bi)真空閥，導入(ru)空氣(qi)，取(qu)出模(mo)具。
二、陰極濺射
陰極(ji)濺射即(ji)用荷(he)能粒子轟擊某一(yi)靶材（陰極(ji)），使(shi)靶材表(biao)(biao)面(mian)的(de)原子以(yi)一(yi)定能量逸出，然(ran)后在表(biao)(biao)面(mian)沉(chen)積(ji)的(de)過程。
濺射(she)過程：用沉積(ji)的(de)材料(liao)（如TiC）作陰極靶(ba)，并接(jie)入1～3kV的(de)直流負高壓，
在真空(kong)室內通(tong)入壓力為0.133～13.3Pa的氬(ya)氣（作(zuo)為工(gong)作(zuo)氣體）。在電場的作(zuo)用下(xia)，氬(ya)氣電離后(hou)產(chan)生(sheng)的氬(ya)離子(zi)轟擊陰極(ji)靶面(mian)，濺射(she)(she)(she)出(chu)的靶材原子(zi)或分子(zi)以一定(ding)的速度(du)落(luo)在工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)產(chan)生(sheng)沉(chen)積，并使工(gong)件(jian)受熱。濺射(she)(she)(she)時(shi)工(gong)件(jian)的溫度(du)可(ke)達500℃左右。圖3-15是陰極(ji)濺射(she)(she)(she)系(xi)統簡圖。
當接(jie)通高壓電(dian)(dian)源時，陰(yin)(yin)極(ji)發(fa)出的(de)(de)電(dian)(dian)子在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)場的(de)(de)作用(yong)下會跑(pao)向(xiang)(xiang)陽極(ji)，速(su)(su)度在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)場中(zhong)不斷增(zeng)加(jia)。剛離(li)(li)開陰(yin)(yin)極(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)子能(neng)量很低，不足以引(yin)起(qi)氣體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)子的(de)(de)變(bian)化，所以附(fu)近為(wei)暗(an)區。在(zai)(zai)(zai)稍遠(yuan)的(de)(de)位置，當電(dian)(dian)子的(de)(de)能(neng)力足以使(shi)氣體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)子激(ji)發(fa)時就(jiu)(jiu)產(chan)生輝(hui)光，形(xing)成陰(yin)(yin)極(ji)輝(hui)光區。越過這(zhe)一區域，電(dian)(dian)子能(neng)量進一步增(zeng)加(jia)，就(jiu)(jiu)會引(yin)起(qi)氣體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)子電(dian)(dian)離(li)(li)，從而產(chan)生大量的(de)(de)離(li)(li)子與低速(su)(su)電(dian)(dian)子。此過程(cheng)不發(fa)光，這(zhe)一區域為(wei)陰(yin)(yin)極(ji)暗(an)區。低速(su)(su)電(dian)(dian)子在(zai)(zai)(zai)此后向(xiang)(xiang)陽極(ji)的(de)(de)運動過程(cheng)中(zhong)，也會被加(jia)速(su)(su)激(ji)發(fa)氣體(ti)(ti)原(yuan)(yuan)子而發(fa)光，形(xing)成負輝(hui)光區。在(zai)(zai)(zai)負輝(hui)光區和陽極(ji)之間，還有(you)幾(ji)個陰(yin)(yin)暗(an)相同的(de)(de)區域，但它們(men)與濺射(she)離(li)(li)子產(chan)生的(de)(de)關系不大，只起(qi)導電(dian)(dian)作用(yong)。
濺射下來的(de)材料原(yuan)(yuan)子(zi)具有10～35eV的(de)功能，比(bi)蒸(zheng)鍍時的(de)原(yuan)(yuan)子(zi)動能大(da)得多，因而(er)濺射膜的(de)結合力(li)也比(bi)蒸(zheng)鍍膜大(da)。
濺射(she)性能(neng)取(qu)決于(yu)所(suo)用(yong)的氣體、離子的能(neng)量及轟擊所(suo)用(yong)的材(cai)(cai)料(liao)(liao)等。離子轟擊所(suo)產生的投射(she)作(zuo)用(yong)可用(yong)于(yu)任何類型的材(cai)(cai)料(liao)(liao)，難(nan)熔材(cai)(cai)料(liao)(liao)W、Ta、C、Mo、WC、TiC、TiN也能(neng)像(xiang)低熔點材(cai)(cai)料(liao)(liao)一樣容易被沉積(ji)。濺射(she)出(chu)的合金組成常(chang)(chang)常(chang)(chang)與(yu)靶的成分相當(dang)。
濺射(she)(she)(she)(she)(she)(she)的工藝很多，如果按(an)電極的構造及其(qi)配置方(fang)法(fa)進行分類，具(ju)有代表性的有：二極濺射(she)(she)(she)(she)(she)(she)、三極濺射(she)(she)(she)(she)(she)(she)、磁(ci)控(kong)濺射(she)(she)(she)(she)(she)(she)、對置濺射(she)(she)(she)(she)(she)(she)、離子束濺射(she)(she)(she)(she)(she)(she)和吸收(shou)濺射(she)(she)(she)(she)(she)(she)等。常用(yong)的是磁(ci)控(kong)濺射(she)(she)(she)(she)(she)(she)，目(mu)前(qian)已開(kai)發了多種磁(ci)控(kong)濺射(she)(she)(she)(she)(she)(she)裝置。
常用的(de)(de)(de)(de)磁(ci)控(kong)高(gao)速濺(jian)射方法的(de)(de)(de)(de)工作(zuo)原理為(wei)：用氬(ya)氣作(zuo)為(wei)工作(zuo)氣體，充(chong)氬(ya)氣后(hou)反應室內的(de)(de)(de)(de)壓力(li)為(wei)2.6～1.3Pa，以(yi)(yi)欲沉積的(de)(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)和化合物為(wei)靶(ba)（如Ti、TiC、TiN），在靶(ba)附(fu)近設置與靶(ba)平(ping)面平(ping)行的(de)(de)(de)(de)磁(ci)場(chang)，另在靶(ba)和工件之間(jian)設置陽極以(yi)(yi)防(fang)工件過熱。磁(ci)場(chang)導致靶(ba)附(fu)近等離(li)子密度（即金(jin)(jin)屬(shu)離(li)化率）提高(gao)，從(cong)而提高(gao)濺(jian)射與沉積速率。
磁控濺(jian)射效率高(gao)，成膜速度(du)快（可(ke)達2μm／min），而(er)且基板溫度(du)低。因此，此法適應性廣，可(ke)沉積(ji)純金(jin)屬、合金(jin)或化合物。例如以(yi)鈦為靶，引入氮(dan)或碳氫化合物氣體可(ke)分別沉積(ji)TiN、TiC等。
三、離子鍍
近(jin)年來研究開發的(de)離(li)(li)子鍍在(zai)零(ling)(ling)件表面(mian)強化方面(mian)獲得應用，效果較(jiao)顯(xian)著。所謂(wei)離(li)(li)子鍍是蒸鍍和(he)濺射(she)鍍相(xiang)結合的(de)技術。它既(ji)保留(liu)了CVD的(de)本質(zhi)，又(you)具有PVD的(de)優點。離(li)(li)子鍍零(ling)(ling)件具有結合力強、均鍍能力好、被(bei)鍍基(ji)體材(cai)料(liao)(liao)和(he)鍍層材(cai)料(liao)(liao)可以廣泛(fan)搭配等優點，因此(ci)獲得較(jiao)廣泛(fan)的(de)應用。圖3-16是離(li)(li)子鍍系統示意(yi)圖。
離(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)的(de)(de)基(ji)本原(yuan)理(li)是借(jie)助(zhu)于(yu)一(yi)(yi)種惰性(xing)氣體(ti)的(de)(de)輝光放(fang)電(dian)(dian)使金(jin)屬(shu)或合金(jin)蒸氣離(li)(li)子(zi)化。離(li)(li)子(zi)經(jing)電(dian)(dian)場加速而(er)沉積(ji)在(zai)帶(dai)負電(dian)(dian)荷的(de)(de)基(ji)體(ti)上(shang)。惰性(xing)氣體(ti)一(yi)(yi)般采(cai)用氬氣，壓力為0.133～1.33Pa，兩極(ji)電(dian)(dian)壓在(zai)500～2000V之(zhi)間。離(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)包括鍍(du)(du)膜材料（如TiC、TiN）的(de)(de)受(shou)熱、蒸發(fa)、沉積(ji)過程。蒸發(fa)的(de)(de)鍍(du)(du)膜材料原(yuan)子(zi)在(zai)經(jing)過輝光區時，一(yi)(yi)小部分發(fa)生(sheng)電(dian)(dian)離(li)(li)，并(bing)在(zai)電(dian)(dian)場的(de)(de)作用下飛向工件(jian)，以(yi)(yi)幾千(qian)電(dian)(dian)子(zi)伏的(de)(de)能(neng)量(liang)射到工件(jian)表(biao)面(mian)(mian)，可以(yi)(yi)打入基(ji)體(ti)約幾納米的(de)(de)深(shen)度，從而(er)大大提(ti)高了鍍(du)(du)層的(de)(de)結合力。而(er)未經(jing)電(dian)(dian)離(li)(li)的(de)(de)蒸發(fa)材料原(yuan)子(zi)直接(jie)在(zai)工件(jian)上(shang)沉積(ji)成膜。惰性(xing)氣體(ti)離(li)(li)子(zi)與鍍(du)(du)膜材料離(li)(li)子(zi)在(zai)基(ji)板表(biao)面(mian)(mian)上(shang)發(fa)生(sheng)的(de)(de)濺射還可以(yi)(yi)清(qing)除工件(jian)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)污染物，從而(er)改善結合力。
如果提高(gao)(gao)金(jin)屬蒸氣原子(zi)(zi)(zi)的離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)化程度，可以(yi)增加鍍層的結合力(li)，為此發展了一系列的離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍設(she)備(bei)和(he)方(fang)法，如高(gao)(gao)頻離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍、空心陰(yin)極放電離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍、熱(re)陰(yin)極離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍、感(gan)應加熱(re)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍、活性(xing)化蒸發離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍及低(di)壓等離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍等。近年(nian)來，多弧離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)鍍由于設(she)備(bei)結構(gou)簡(jian)單、操作方(fang)便、鍍層均(jun)勻、生產率高(gao)(gao)，而受到人們(men)的重視。其工作原理和(he)特點是：
a. 將被蒸發(fa)膜(mo)(mo)材料制(zhi)成陰極靶即(ji)弧(hu)蒸發(fa)源(yuan)(yuan)，該蒸發(fa)源(yuan)(yuan)為固態，可(ke)在真空內(nei)任意方位布置(zhi)，也可(ke)多(duo)源(yuan)(yuan)聯合(he)工作，有利大件鍍膜(mo)(mo)。
b. 弧(hu)蒸(zheng)發(fa)源(yuan)接(jie)電(dian)(dian)源(yuan)負(fu)(fu)極(ji)，真空室(shi)外(wai)殼(ke)接(jie)正極(ji)，調(diao)整工(gong)(gong)(gong)作電(dian)(dian)流，靶材表面進行弧(hu)光(guang)放(fang)電(dian)(dian)，同時蒸(zheng)發(fa)出大量陰極(ji)金屬(shu)蒸(zheng)氣(qi)，其中部分發(fa)生電(dian)(dian)離(li)(li)并(bing)(bing)在(zai)基板負(fu)(fu)偏壓的(de)(de)(de)吸(xi)引(yin)下轟擊工(gong)(gong)(gong)件表面，從而起到潔(jie)凈工(gong)(gong)(gong)件表面的(de)(de)(de)作用和使工(gong)(gong)(gong)件的(de)(de)(de)溫度升高達到沉積(ji)所(suo)需(xu)溫度。此后，逐漸降(jiang)低基板負(fu)(fu)壓氣(qi)化了的(de)(de)(de)靶粒子(zi)飛向基板形成鍍膜。如果同時通入適當流量的(de)(de)(de)反應氣(qi)體，即可在(zai)工(gong)(gong)(gong)件表面沉積(ji)得到化合物膜層(ceng)。從以上(shang)鍍膜過程(cheng)看，弧(hu)蒸(zheng)發(fa)源(yuan)既(ji)是蒸(zheng)發(fa)器又是離(li)(li)化源(yuan)，無需(xu)增加輔助(zhu)離(li)(li)化源(yuan)，也無需(xu)通入惰性(xing)氣(qi)體轟擊清洗工(gong)(gong)(gong)件，并(bing)(bing)且不(bu)需(xu)要烘(hong)烤(kao)裝置，設備簡單、工(gong)(gong)(gong)藝穩定。
c. 多弧(hu)離(li)子鍍離(li)化(hua)率高達60％～90％，有利于改善(shan)膜層的質量，特別(bie)適用于活性反(fan)應沉(chen)積化(hua)合物膜層。
d. 多(duo)(duo)弧(hu)蒸(zheng)發源在蒸(zheng)發陰極材料(liao)時，往(wang)往(wang)有液(ye)滴沉積在工件表面，造成工件表面具有較高的(de)表面粗糙度值。所(suo)以減少和細化蒸(zheng)發材料(liao)液(ye)滴是當前多(duo)(duo)弧(hu)離子鍍工藝的(de)關鍵問題。
離(li)(li)子(zi)鍍除了具(ju)有(you)(you)鍍層結合力強(qiang)的(de)特點(dian)之外，還具(ju)有(you)(you)如下優點(dian)：離(li)(li)子(zi)繞射性強(qiang)，沒有(you)(you)明顯的(de)方向性沉積，工件的(de)各(ge)個(ge)表(biao)面都能鍍上；鍍層均勻性好(hao)，并(bing)且具(ju)有(you)(you)較(jiao)高的(de)致密度和細的(de)晶粒度，即使經鏡(jing)面研磨(mo)過的(de)工件，進行離(li)(li)子(zi)鍍后(hou)，表(biao)面依然光潔致密，無需再作研磨(mo)。
總(zong)之(zhi)，采(cai)用(yong)PVD技(ji)術(shu)(shu)可以在各種材料上(shang)沉積(ji)(ji)(ji)致密、光滑、高精度(du)的(de)(de)(de)化合物（如(ru)TiC、TiN）鍍層(ceng)，所以十分適合模(mo)(mo)具的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)熱處(chu)理(li)。目前(qian)，應用(yong)PVD法(fa)(fa)沉積(ji)(ji)(ji)TiC、TiN等鍍層(ceng)已在生產(chan)中獲得應用(yong)。例如(ru)Cr12MoV鋼制油開關精制沖(chong)模(mo)(mo)，經PVD法(fa)(fa)沉積(ji)(ji)(ji)后(hou)，表(biao)(biao)面(mian)硬度(du)為(wei)2500～3000HV，摩擦(ca)因(yin)數減小，抗粘(zhan)著和抗咬合性改善，模(mo)(mo)具原使用(yong)1～3萬次即要刃磨(mo)，經PVD法(fa)(fa)處(chu)理(li)后(hou)，使用(yong)10萬次不需刃磨(mo)，尺寸無變化，仍(reng)可使用(yong)；用(yong)于(yu)沖(chong)壓和擠壓粘(zhan)性材料的(de)(de)(de)冷作(zuo)模(mo)(mo)具，采(cai)用(yong)PVD法(fa)(fa)處(chu)理(li)后(hou)，其使用(yong)壽命大為(wei)提(ti)高，從發展趨勢來看，PVD法(fa)(fa)將成(cheng)為(wei)模(mo)(mo)具表(biao)(biao)面(mian)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)主要技(ji)術(shu)(shu)方法(fa)(fa)之(zhi)一。表(biao)(biao)3-40列出了三(san)種PVD法(fa)(fa)與CVD法(fa)(fa)的(de)(de)(de)特性比較，供(gong)選用(yong)時參考(kao)。
目前應用PVD法(fa)沉積TiC、TiN等鍍層(ceng)已(yi)在(zai)生產中得(de)到(dao)推廣(guang)應用，同時(shi)在(zai)TiN基(ji)礎上發展起來的多元膜(mo)，如（Ti、Al）N、（Ti、Cr）N等，性(xing)能優于TiN，是(shi)一種更有前途的新型(xing)薄膜(mo)。
