由(you)于CVD法(fa)處(chu)理溫(wen)度太高，零件基體(ti)需承受相當高的沉(chen)積溫(wen)度，易(yi)產(chan)生(sheng)變形和基體(ti)組織變化，導致其力學性能降低，需在CVD沉(chen)積后進行熱(re)處(chu)理，增大了生(sheng)產(chan)成本(ben)，因此在應用上(shang)受到一定的限(xian)制。
PVD以各種物理方法產生的原子(zi)或分子(zi)沉積(ji)在基(ji)材上形(xing)成外加(jia)覆(fu)蓋層，工件沉積(ji)溫(wen)度一般不(bu)超(chao)過(guo)600℃。不(bu)銹鋼沉積(ji)后通常都無需進行熱處理，因而其應用比(bi)化(hua)學氣相沉積(ji)廣。
物理氣(qi)相(xiang)沉(chen)積可(ke)分為真(zhen)空蒸鍍、陰(yin)極濺(jian)射(she)和離子鍍三類(lei)。與CVD法相(xiang)比(bi)，PVD的主要優點是處理溫度較(jiao)低、沉(chen)積速(su)度較(jiao)快、無(wu)公害(hai)等，因而有很高(gao)的實用價(jia)值；其(qi)不足之(zhi)處是沉(chen)積層(ceng)與工件的結合力(li)較(jiao)小，鍍層(ceng)的均(jun)勻(yun)性稍差。此外，它的設備造(zao)價(jia)高(gao)，操(cao)作、維(wei)護的技術要求也較(jiao)高(gao)。
一(yi)、真空蒸鍍
在(zai)高真(zhen)空(kong)中使金屬、合金或化合物蒸發，然后凝聚在(zai)基體表面的方法叫(jiao)作真(zhen)空(kong)蒸鍍。真(zhen)空(kong)蒸鍍裝置見圖3-14。
被(bei)(bei)沉積的(de)材(cai)料（如TiC）置于裝(zhuang)有加熱(re)系(xi)統的(de)坩堝(guo)(guo)中，被(bei)(bei)鍍基體(ti)置于蒸(zheng)發(fa)源前面(mian)。當真空(kong)度達(da)到0.13Pa時，加熱(re)坩堝(guo)(guo)使材(cai)料蒸(zheng)發(fa)，所產生(sheng)的(de)蒸(zheng)氣以凝集的(de)形式沉積在物體(ti)上形成涂(tu)層。
基(ji)板入槽前要進(jin)行充分的清洗，在蒸鍍時(shi)，一(yi)(yi)般在基(ji)板背(bei)面設置(zhi)一(yi)(yi)個加熱器，使(shi)基(ji)板保持適當溫度，使(shi)鍍層(ceng)和(he)基(ji)層(ceng)之間形成(cheng)薄的擴散層(ceng)，以增大結合力。
蒸發用(yong)熱源(yuan)主要分三類：電阻加熱源(yuan)、電子束加熱源(yuan)和高頻感應加熱源(yuan)。最(zui)近還采用(yong)了激光蒸鍍(du)法(fa)(fa)和離子蒸鍍(du)法(fa)(fa)。
蒸鍍過程：
a. 首先(xian)對真空裝(zhuang)置(zhi)及被鍍零件進行處(chu)理，去掉污物(wu)、灰塵和油漬等。
b. 把清洗過(guo)的零件裝(zhuang)入鍍槽的支架上。
c. 補足蒸發物質(zhi)。
d. 抽真空，先用(yong)回轉泵抽至13.3Pa，再用(yong)擴散泵抽至133×10-6Pa。
e. 在高真空下對零(ling)件加熱(re)，目的(de)是去除水分（150℃）和(he)增加結合力(300~400℃)。
f. 對蒸鍍(du)通電加熱(re)，達到厚度后(hou)停電。
g. 停鍍后，需(xu)在真空條件(jian)下放置15～30min，使之冷卻到100℃左右。
h. 關(guan)閉真空閥，導入(ru)空氣，取(qu)出(chu)模具。
二、陰(yin)極濺(jian)射
陰(yin)極(ji)濺(jian)射即用荷能粒子轟擊(ji)某一靶材(cai)（陰(yin)極(ji)），使靶材(cai)表面的原子以一定(ding)能量逸出，然后在表面沉積(ji)的過程。
濺射過(guo)程：用沉積的材料（如TiC）作陰(yin)極靶，并接入1～3kV的直(zhi)流(liu)負(fu)高壓，
在真空室內通入壓力為0.133～13.3Pa的(de)(de)氬氣(qi)（作(zuo)(zuo)為工(gong)作(zuo)(zuo)氣(qi)體(ti)）。在電場(chang)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用下，氬氣(qi)電離(li)后產生的(de)(de)氬離(li)子轟擊陰極靶面(mian)，濺(jian)射出(chu)的(de)(de)靶材原子或分子以一定的(de)(de)速度落在工(gong)件表面(mian)產生沉積，并(bing)使工(gong)件受(shou)熱(re)。濺(jian)射時工(gong)件的(de)(de)溫度可達500℃左右。圖(tu)3-15是陰極濺(jian)射系統(tong)簡圖(tu)。
當(dang)(dang)接(jie)通高壓電(dian)(dian)源時，陰極(ji)(ji)發(fa)(fa)(fa)出的(de)電(dian)(dian)子(zi)在(zai)電(dian)(dian)場(chang)的(de)作用(yong)下會跑(pao)向陽極(ji)(ji)，速(su)度在(zai)電(dian)(dian)場(chang)中不斷(duan)增加(jia)。剛離(li)開陰極(ji)(ji)的(de)電(dian)(dian)子(zi)能量很低，不足以(yi)引(yin)起氣(qi)體原子(zi)的(de)變(bian)化，所以(yi)附近為暗(an)(an)區(qu)。在(zai)稍遠的(de)位置，當(dang)(dang)電(dian)(dian)子(zi)的(de)能力(li)足以(yi)使氣(qi)體原子(zi)激(ji)發(fa)(fa)(fa)時就(jiu)產生輝光(guang)，形成(cheng)陰極(ji)(ji)輝光(guang)區(qu)。越過(guo)這一區(qu)域(yu)，電(dian)(dian)子(zi)能量進一步增加(jia)，就(jiu)會引(yin)起氣(qi)體原子(zi)電(dian)(dian)離(li)，從(cong)而產生大量的(de)離(li)子(zi)與低速(su)電(dian)(dian)子(zi)。此過(guo)程不發(fa)(fa)(fa)光(guang)，這一區(qu)域(yu)為陰極(ji)(ji)暗(an)(an)區(qu)。低速(su)電(dian)(dian)子(zi)在(zai)此后向陽極(ji)(ji)的(de)運動(dong)過(guo)程中，也會被加(jia)速(su)激(ji)發(fa)(fa)(fa)氣(qi)體原子(zi)而發(fa)(fa)(fa)光(guang)，形成(cheng)負(fu)輝光(guang)區(qu)。在(zai)負(fu)輝光(guang)區(qu)和(he)陽極(ji)(ji)之間，還有幾個陰暗(an)(an)相同的(de)區(qu)域(yu)，但(dan)它們與濺射(she)離(li)子(zi)產生的(de)關系不大，只(zhi)起導電(dian)(dian)作用(yong)。
濺(jian)射(she)下來的材料原子具有10～35eV的功能(neng)，比蒸(zheng)鍍時的原子動(dong)能(neng)大得多，因(yin)而濺(jian)射(she)膜的結合力也比蒸(zheng)鍍膜大。
濺射性(xing)能取決(jue)于所(suo)用(yong)(yong)的氣體、離子的能量(liang)及(ji)轟擊所(suo)用(yong)(yong)的材料等。離子轟擊所(suo)產生(sheng)的投射作(zuo)用(yong)(yong)可用(yong)(yong)于任何類型的材料，難熔材料W、Ta、C、Mo、WC、TiC、TiN也能像低(di)熔點材料一樣(yang)容(rong)易(yi)被沉積。濺射出的合金組成(cheng)常常與(yu)靶的成(cheng)分(fen)相(xiang)當。
濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)的(de)工藝很多，如果按(an)電極(ji)的(de)構造(zao)及其配置方法(fa)進行分類，具有代表性的(de)有：二(er)極(ji)濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)、三極(ji)濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)、磁(ci)(ci)控(kong)(kong)濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)、對置濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)、離(li)子束濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)和吸收濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)等。常用(yong)的(de)是磁(ci)(ci)控(kong)(kong)濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)，目前已(yi)開發了多種磁(ci)(ci)控(kong)(kong)濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)裝置。
常用(yong)的(de)磁控高速濺(jian)射方法(fa)的(de)工(gong)作(zuo)(zuo)原理為(wei)(wei)：用(yong)氬(ya)氣作(zuo)(zuo)為(wei)(wei)工(gong)作(zuo)(zuo)氣體(ti)，充氬(ya)氣后反應室內的(de)壓力為(wei)(wei)2.6～1.3Pa，以欲沉積的(de)金(jin)(jin)屬和化合物為(wei)(wei)靶（如(ru)Ti、TiC、TiN），在(zai)靶附近(jin)設置與(yu)靶平面平行的(de)磁場，另在(zai)靶和工(gong)件之間(jian)設置陽極以防工(gong)件過熱。磁場導致靶附近(jin)等離子密度（即金(jin)(jin)屬離化率(lv)）提(ti)高，從而提(ti)高濺(jian)射與(yu)沉積速率(lv)。
磁控濺射效率高(gao)，成膜速度(du)快（可(ke)達2μm／min），而且基板溫度(du)低。因此，此法(fa)適應性廣，可(ke)沉積純金(jin)屬、合(he)金(jin)或化(hua)合(he)物。例(li)如以(yi)鈦為靶，引入氮(dan)或碳氫化(hua)合(he)物氣體可(ke)分別沉積TiN、TiC等。
三(san)、離子鍍
近(jin)年來研究開發的離(li)子鍍在零件(jian)表面強(qiang)化方面獲得應用(yong)，效果較顯著。所謂(wei)離(li)子鍍是蒸鍍和(he)濺射鍍相結(jie)(jie)合(he)的技(ji)術。它(ta)既保留(liu)了(le)CVD的本質，又具有PVD的優(you)點。離(li)子鍍零件(jian)具有結(jie)(jie)合(he)力強(qiang)、均鍍能力好(hao)、被(bei)鍍基體材料(liao)和(he)鍍層材料(liao)可(ke)以廣泛(fan)搭(da)配(pei)等優(you)點，因此(ci)獲得較廣泛(fan)的應用(yong)。圖(tu)3-16是離(li)子鍍系(xi)統(tong)示意圖(tu)。
離(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍的(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)本(ben)原理是借助于(yu)一(yi)(yi)種惰(duo)性(xing)氣體(ti)的(de)(de)(de)(de)輝光放電(dian)使金屬或合金蒸氣離(li)(li)(li)子(zi)(zi)化。離(li)(li)(li)子(zi)(zi)經電(dian)場加速而(er)沉積在帶負(fu)電(dian)荷的(de)(de)(de)(de)基(ji)(ji)體(ti)上。惰(duo)性(xing)氣體(ti)一(yi)(yi)般采用氬氣，壓力為0.133～1.33Pa，兩極電(dian)壓在500～2000V之間。離(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍包括鍍膜材料（如TiC、TiN）的(de)(de)(de)(de)受熱、蒸發、沉積過(guo)程。蒸發的(de)(de)(de)(de)鍍膜材料原子(zi)(zi)在經過(guo)輝光區時，一(yi)(yi)小部分(fen)發生(sheng)電(dian)離(li)(li)(li)，并(bing)在電(dian)場的(de)(de)(de)(de)作用下飛向工件，以幾(ji)千電(dian)子(zi)(zi)伏的(de)(de)(de)(de)能(neng)量射到(dao)工件表(biao)面，可以打入基(ji)(ji)體(ti)約幾(ji)納米的(de)(de)(de)(de)深(shen)度，從而(er)大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)鍍層的(de)(de)(de)(de)結(jie)合力。而(er)未經電(dian)離(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)蒸發材料原子(zi)(zi)直接在工件上沉積成膜。惰(duo)性(xing)氣體(ti)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)與鍍膜材料離(li)(li)(li)子(zi)(zi)在基(ji)(ji)板(ban)表(biao)面上發生(sheng)的(de)(de)(de)(de)濺射還可以清(qing)除(chu)工件表(biao)面的(de)(de)(de)(de)污(wu)染物，從而(er)改善(shan)結(jie)合力。
如果提高(gao)金(jin)屬蒸(zheng)氣原子(zi)(zi)的離(li)(li)(li)子(zi)(zi)化程(cheng)度，可以增加鍍(du)(du)(du)層的結(jie)合力(li)，為此發展了一系列的離(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)設備和方法，如高(gao)頻離(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)、空心陰極(ji)放(fang)電離(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)、熱(re)陰極(ji)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)、感應加熱(re)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)、活性化蒸(zheng)發離(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)及低壓等(deng)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)等(deng)。近年來(lai)，多弧離(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)由(you)于設備結(jie)構簡單、操作(zuo)方便、鍍(du)(du)(du)層均(jun)勻、生產率(lv)高(gao)，而受到人們(men)的重視。其工作(zuo)原理和特點是：
a. 將被蒸(zheng)發(fa)(fa)膜(mo)材料制成陰極靶即弧蒸(zheng)發(fa)(fa)源，該(gai)蒸(zheng)發(fa)(fa)源為固態(tai)，可在真空內任意(yi)方位布置，也可多源聯合工作，有利大件鍍膜(mo)。
b. 弧蒸(zheng)(zheng)發源(yuan)(yuan)接電源(yuan)(yuan)負(fu)極(ji)，真空室外殼接正極(ji)，調整工(gong)(gong)作電流，靶材表(biao)面進行弧光放電，同時(shi)(shi)蒸(zheng)(zheng)發出大量陰極(ji)金屬蒸(zheng)(zheng)氣，其中部(bu)分發生電離并在(zai)基板(ban)負(fu)偏壓(ya)的(de)吸引下轟擊(ji)工(gong)(gong)件(jian)表(biao)面，從而(er)起到潔凈工(gong)(gong)件(jian)表(biao)面的(de)作用和(he)使工(gong)(gong)件(jian)的(de)溫(wen)度升高達到沉(chen)積所(suo)需溫(wen)度。此后，逐漸降低基板(ban)負(fu)壓(ya)氣化了的(de)靶粒子飛向基板(ban)形成(cheng)鍍膜(mo)(mo)。如果同時(shi)(shi)通入(ru)適當流量的(de)反應(ying)氣體，即可在(zai)工(gong)(gong)件(jian)表(biao)面沉(chen)積得到化合物膜(mo)(mo)層(ceng)。從以上鍍膜(mo)(mo)過程看(kan)，弧蒸(zheng)(zheng)發源(yuan)(yuan)既是(shi)蒸(zheng)(zheng)發器又是(shi)離化源(yuan)(yuan)，無需增加輔助離化源(yuan)(yuan)，也無需通入(ru)惰性(xing)氣體轟擊(ji)清(qing)洗工(gong)(gong)件(jian)，并且不需要烘烤裝置，設(she)備簡(jian)單、工(gong)(gong)藝穩定。
c. 多弧離子鍍離化(hua)率高達60％～90％，有利于(yu)改(gai)善(shan)膜(mo)層(ceng)的質量，特別適用于(yu)活性反應沉積化(hua)合物膜(mo)層(ceng)。
d. 多弧蒸發(fa)源在(zai)蒸發(fa)陰極材料(liao)時，往往有液滴沉積(ji)在(zai)工件表(biao)面(mian)，造成工件表(biao)面(mian)具有較高的表(biao)面(mian)粗糙度值。所(suo)以減少和細化蒸發(fa)材料(liao)液滴是當前(qian)多弧離子鍍工藝的關鍵問題。
離子鍍(du)除了具有(you)鍍(du)層(ceng)結合力強(qiang)的(de)特(te)點(dian)之(zhi)外，還具有(you)如下優點(dian)：離子繞射性強(qiang)，沒(mei)有(you)明顯的(de)方向(xiang)性沉(chen)積，工(gong)件的(de)各個表面(mian)都能鍍(du)上(shang)；鍍(du)層(ceng)均勻(yun)性好，并且具有(you)較高的(de)致密(mi)度和細的(de)晶(jing)粒(li)度，即(ji)使經鏡面(mian)研磨過的(de)工(gong)件，進行(xing)離子鍍(du)后，表面(mian)依然(ran)光潔致密(mi)，無(wu)需再(zai)作研磨。
總之(zhi)，采用(yong)PVD技(ji)術(shu)可以(yi)在各種(zhong)材料(liao)上沉積(ji)致密(mi)、光滑、高精度的(de)(de)化(hua)合物（如TiC、TiN）鍍層(ceng)，所(suo)以(yi)十(shi)分(fen)適合模(mo)具(ju)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)熱處(chu)理。目前(qian)，應用(yong)PVD法(fa)(fa)(fa)(fa)沉積(ji)TiC、TiN等鍍層(ceng)已(yi)在生產中獲得應用(yong)。例如Cr12MoV鋼制油開關精制沖模(mo)，經PVD法(fa)(fa)(fa)(fa)沉積(ji)后(hou)，表(biao)(biao)面(mian)硬度為2500～3000HV，摩(mo)擦(ca)因數減小，抗(kang)(kang)粘著和(he)抗(kang)(kang)咬合性改善，模(mo)具(ju)原使用(yong)1～3萬次即要刃磨，經PVD法(fa)(fa)(fa)(fa)處(chu)理后(hou)，使用(yong)10萬次不需(xu)刃磨，尺寸無變化(hua)，仍可使用(yong)；用(yong)于沖壓和(he)擠壓粘性材料(liao)的(de)(de)冷(leng)作(zuo)模(mo)具(ju)，采用(yong)PVD法(fa)(fa)(fa)(fa)處(chu)理后(hou)，其使用(yong)壽命大(da)為提高，從發展趨勢來(lai)看，PVD法(fa)(fa)(fa)(fa)將成為模(mo)具(ju)表(biao)(biao)面(mian)處(chu)理的(de)(de)主(zhu)要技(ji)術(shu)方法(fa)(fa)(fa)(fa)之(zhi)一。表(biao)(biao)3-40列出(chu)了(le)三種(zhong)PVD法(fa)(fa)(fa)(fa)與CVD法(fa)(fa)(fa)(fa)的(de)(de)特性比較，供選(xuan)用(yong)時參考。
目前(qian)應(ying)用PVD法(fa)沉(chen)積TiC、TiN等(deng)鍍層已在生(sheng)產中得(de)到推廣應(ying)用，同時在TiN基(ji)礎(chu)上(shang)發展起來的多元(yuan)膜，如（Ti、Al）N、（Ti、Cr）N等(deng)，性能(neng)優(you)于TiN，是(shi)一種更有前(qian)途的新型(xing)薄膜。
