化学气相沉积CVD的特点及其在模具上的应用

化学气相沉积CVD的特点及其在模具上的应用
定义：采用含有膜层中各元素的挥发性化合物或单质蒸气，在热基体表面产生化学反应，反应产物沉积在基体表面成膜。

⒈基本原理→简单→化学反应式
反应类型 化学反应式
热分解  SiH4 →Si+2H2
氢还原  TiCl4+2H2+1/2N2 →TiN+4 HCl
金属还原  SiCl4+2Zn →Si+2ZnCl2
氧化 SiH4+O2 →SiO2+2H2

⒉CVD的主要工艺参数
⑴、温度：T↑，反应速度↑ ↘
⑵、压力：P↑，反应速度↑ →需高温、高压→最大问题
⑶、反应物配比：如Ti、N，Si、O要匹配

⒊CVD设备（以镀TiN涂层为例）
工件置于氢气保护下，加热到1000-1050°C，然后以氢作为载气把TiCl4和甲烷送入炉内的反应室中，使TiCl4中的钛与甲烷中的碳化合，形成碳化钛。反应的副产物则被气流带出室外。
⑴、CVD的特点
①、设备简单，适宜大批量生产。
②、薄膜与基体结合强度高。
③、可制备纯度高、结构高度完整的晶态薄膜，也可以沉积出非晶态薄膜。
④、可较准确地控制薄膜的化学成分及膜的结构。
⑤、可制备纯金属膜、合金膜以及金属间化合物膜，如铬、硼、碳、硅、硼化物、硅化物、碳化物、氮化物、氧化物、硫化物、金刚石等薄膜，www.hongchao-dg.cn可作为耐磨、耐蚀、装饰、光学等功能膜而得到广泛应用。
⑵、主要缺点→薄膜沉积时要求工件的温度高。如沉积氮化物、硼化物时，要加热到900℃以上。

⒋等离子增强化学气相沉积（PCVD）
⑴、原理：在反应室内增设离化装置，使反
应气体离化→从而大大促进反应进行，
使沉积速率↑↑，反应温度↓↓
⑵、特点
①、温度低→CVD  1000左右→减少了温度对基体的影响  PVD  500以下↗ 可在不耐高温的材料上沉积。
②、沉积速率↑→等离子活化。
③、结合力↑→因有高能离子轰击和对基体表面的溅射清洗。
④、涂层材料范围↑↑ →等离子的激发,可使难成膜材料沉积。

⒌CVD的特点及其在模具上的应用
CVD技术已应用到拉深模、冲裁模、卷边模、塑料模中。
例1，镀有TiN的Crl2钢模具寿命提高6—8倍，比镀硬Cr高3—5倍oCrl2MoV拉拔模经镀覆后寿命提高20倍。
例2. 使用T1N镀层的塑料注射模具生产含40％矿物质填料的尼龙零件时，有效地避免了模具的侵蚀和磨损，使用寿命从60万次增加200万次。

⒍总结
⑴、气相沉积在模具上应用的关键问题：
结合强度→剥落问题
沉积温度→基体性能、变形、结合强度、致密性
沉积速率→效率、经济效益
薄膜选择→性能
⑵、薄膜选择的关键问题
硬度→(TiC 3200-4100Hv，TiN 2450Hv)
摩擦系数→自润滑
耐蚀性能
耐高温抗氧化
化学稳定性→熔点↑，稳定性↑，发生咬合、冷焊的倾向小
设备是手段，材料是根本。

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