由(you)于(yu)CVD法(fa)處(chu)理溫度太高，零件基體需承受相(xiang)當高的沉積(ji)溫度，易產生(sheng)變形(xing)和基體組織變化(hua)，導致(zhi)其力學性(xing)能降(jiang)低，需在(zai)CVD沉積(ji)后進行熱處(chu)理，增(zeng)大(da)了生(sheng)產成本(ben)，因此在(zai)應用上受到一定的限制。
PVD以各種物理方法(fa)產生的原子或分子沉(chen)積(ji)(ji)在基材上形成外(wai)加覆蓋層，工件(jian)沉(chen)積(ji)(ji)溫(wen)度(du)一般不超過600℃。不銹鋼沉(chen)積(ji)(ji)后通常都無需進行熱(re)處理，因而其應用比(bi)化學氣相沉(chen)積(ji)(ji)廣。
物理(li)氣相沉(chen)積(ji)可分為(wei)真空蒸鍍、陰極濺射和離子(zi)鍍三類。與CVD法相比，PVD的主要(yao)優(you)點是(shi)處理(li)溫(wen)度較(jiao)低、沉(chen)積(ji)速度較(jiao)快、無公害(hai)等，因而有(you)很高(gao)的實用價值(zhi)；其不足之處是(shi)沉(chen)積(ji)層(ceng)與工件的結合力較(jiao)小，鍍層(ceng)的均勻性稍差。此外，它的設備造價高(gao)，操作、維護的技術要(yao)求也較(jiao)高(gao)。
一、真空蒸(zheng)鍍
在高真空中(zhong)使金(jin)屬、合(he)金(jin)或化合(he)物蒸(zheng)發，然后凝(ning)聚在基(ji)體表(biao)面的方法叫作真空蒸(zheng)鍍。真空蒸(zheng)鍍裝置見圖3-14。
被(bei)沉(chen)積(ji)的(de)材料（如TiC）置于(yu)裝有加熱系統的(de)坩堝(guo)中(zhong)，被(bei)鍍基體置于(yu)蒸發源(yuan)前面(mian)。當真空度達(da)到0.13Pa時，加熱坩堝(guo)使材料蒸發，所產(chan)生的(de)蒸氣以凝集的(de)形式沉(chen)積(ji)在(zai)物體上形成涂層。
基板入槽前(qian)要進行充分的(de)清洗，在蒸鍍(du)時，一般在基板背面設(she)置(zhi)一個加(jia)熱器，使基板保持適(shi)當溫度，使鍍(du)層和(he)基層之間形成(cheng)薄的(de)擴散層，以增大結(jie)合(he)力。
蒸(zheng)發用(yong)(yong)熱(re)源(yuan)主要分三類(lei)：電(dian)阻加熱(re)源(yuan)、電(dian)子束(shu)加熱(re)源(yuan)和(he)高頻(pin)感應加熱(re)源(yuan)。最近(jin)還采用(yong)(yong)了激光蒸(zheng)鍍法和(he)離子蒸(zheng)鍍法。
蒸鍍過(guo)程：
a. 首先對真空裝置及(ji)被鍍零件進(jin)行處理，去掉污物、灰(hui)塵和油(you)漬等。
b. 把清洗過的零件(jian)裝(zhuang)入鍍槽(cao)的支架上(shang)。
c. 補足蒸(zheng)發物質。
d. 抽真空，先用回(hui)轉泵抽至13.3Pa，再用擴散泵抽至133×10-6Pa。
e. 在(zai)高真(zhen)空下對零件加熱，目的是(shi)去(qu)除水分（150℃）和(he)增加結合力(300~400℃)。
f. 對蒸鍍(du)通電加熱，達(da)到厚(hou)度(du)后(hou)停電。
g. 停鍍后，需在(zai)真空條件下放置15～30min，使(shi)之冷卻到100℃左右(you)。
h. 關閉真(zhen)空閥(fa)，導入(ru)空氣，取出模(mo)具。
二(er)、陰極濺(jian)射
陰極濺(jian)射即用荷能(neng)粒(li)子轟(hong)擊某一(yi)靶材(cai)（陰極），使靶材(cai)表(biao)面的原(yuan)子以一(yi)定能(neng)量逸出，然后在(zai)表(biao)面沉積的過程。
濺射過程(cheng)：用沉積的(de)(de)材料（如TiC）作(zuo)陰極靶(ba)，并(bing)接入1～3kV的(de)(de)直流負(fu)高壓，
在(zai)真空(kong)室內通(tong)入壓力為0.133～13.3Pa的氬氣（作為工(gong)作氣體）。在(zai)電場的作用(yong)下，氬氣電離(li)后產生的氬離(li)子轟(hong)擊陰(yin)極靶面，濺射出的靶材(cai)原子或分子以一定的速度(du)落在(zai)工(gong)件表面產生沉積，并使工(gong)件受熱。濺射時工(gong)件的溫度(du)可達500℃左右。圖(tu)(tu)3-15是(shi)陰(yin)極濺射系統簡圖(tu)(tu)。
當(dang)接通高壓電(dian)(dian)(dian)源時(shi)，陰(yin)極(ji)發出的(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)在(zai)電(dian)(dian)(dian)場的(de)作用下(xia)會跑(pao)向陽極(ji)，速度在(zai)電(dian)(dian)(dian)場中(zhong)不斷(duan)增加。剛離開陰(yin)極(ji)的(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)能(neng)量很低，不足(zu)(zu)以(yi)(yi)引起(qi)氣(qi)體原(yuan)子(zi)(zi)(zi)的(de)變化，所以(yi)(yi)附近為(wei)(wei)暗(an)區(qu)。在(zai)稍遠的(de)位置，當(dang)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)的(de)能(neng)力足(zu)(zu)以(yi)(yi)使氣(qi)體原(yuan)子(zi)(zi)(zi)激發時(shi)就(jiu)產(chan)生輝光(guang)(guang)(guang)，形成陰(yin)極(ji)輝光(guang)(guang)(guang)區(qu)。越(yue)過(guo)這一(yi)區(qu)域，電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)能(neng)量進一(yi)步增加，就(jiu)會引起(qi)氣(qi)體原(yuan)子(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)離，從而(er)產(chan)生大量的(de)離子(zi)(zi)(zi)與(yu)低速電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)。此過(guo)程(cheng)不發光(guang)(guang)(guang)，這一(yi)區(qu)域為(wei)(wei)陰(yin)極(ji)暗(an)區(qu)。低速電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)在(zai)此后向陽極(ji)的(de)運動過(guo)程(cheng)中(zhong)，也會被加速激發氣(qi)體原(yuan)子(zi)(zi)(zi)而(er)發光(guang)(guang)(guang)，形成負輝光(guang)(guang)(guang)區(qu)。在(zai)負輝光(guang)(guang)(guang)區(qu)和(he)陽極(ji)之間，還有幾個陰(yin)暗(an)相同的(de)區(qu)域，但它們(men)與(yu)濺射離子(zi)(zi)(zi)產(chan)生的(de)關(guan)系不大，只起(qi)導電(dian)(dian)(dian)作用。
濺射下(xia)來的材料原(yuan)子(zi)具有10～35eV的功能，比蒸鍍(du)時的原(yuan)子(zi)動(dong)能大得多，因而濺射膜(mo)的結合力也比蒸鍍(du)膜(mo)大。
濺射性能取決于所(suo)用的(de)(de)(de)氣體、離(li)子(zi)的(de)(de)(de)能量及轟(hong)擊所(suo)用的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)等。離(li)子(zi)轟(hong)擊所(suo)產生(sheng)的(de)(de)(de)投射作用可用于任何類型(xing)的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)，難(nan)熔材(cai)(cai)料(liao)W、Ta、C、Mo、WC、TiC、TiN也能像低熔點(dian)材(cai)(cai)料(liao)一樣容(rong)易被沉積。濺射出的(de)(de)(de)合金組成常常與靶的(de)(de)(de)成分相(xiang)當(dang)。
濺(jian)(jian)射(she)的(de)(de)工藝很多(duo)(duo)，如果按(an)電極(ji)的(de)(de)構(gou)造及其配置(zhi)方(fang)法進行分類，具(ju)有代表性的(de)(de)有：二極(ji)濺(jian)(jian)射(she)、三極(ji)濺(jian)(jian)射(she)、磁(ci)控濺(jian)(jian)射(she)、對置(zhi)濺(jian)(jian)射(she)、離子束濺(jian)(jian)射(she)和吸收濺(jian)(jian)射(she)等。常(chang)用的(de)(de)是磁(ci)控濺(jian)(jian)射(she)，目前已開(kai)發了多(duo)(duo)種磁(ci)控濺(jian)(jian)射(she)裝置(zhi)。
常用的磁控高速濺射(she)方法的工作原理為(wei)：用氬氣作為(wei)工作氣體，充(chong)氬氣后反應(ying)室內(nei)的壓力(li)為(wei)2.6～1.3Pa，以(yi)欲(yu)沉積的金屬和化合物為(wei)靶(ba)（如Ti、TiC、TiN），在(zai)靶(ba)附近設置與靶(ba)平面平行的磁場，另在(zai)靶(ba)和工件(jian)之間(jian)設置陽(yang)極以(yi)防工件(jian)過熱(re)。磁場導(dao)致靶(ba)附近等(deng)離子密度（即金屬離化率(lv)）提高，從而提高濺射(she)與沉積速率(lv)。
磁控濺射效率高，成膜速(su)度(du)快（可(ke)達2μm／min），而且基板(ban)溫度(du)低。因此，此法適應性廣(guang)，可(ke)沉積純金(jin)屬、合金(jin)或化合物。例如以鈦為靶，引(yin)入氮或碳氫化合物氣體可(ke)分別沉積TiN、TiC等。
三(san)、離子鍍(du)
近(jin)年來研究開發的離(li)(li)子鍍(du)(du)(du)(du)在零件表面(mian)強化方(fang)面(mian)獲得應(ying)(ying)用，效果較顯著。所(suo)謂(wei)離(li)(li)子鍍(du)(du)(du)(du)是蒸鍍(du)(du)(du)(du)和(he)(he)濺射(she)鍍(du)(du)(du)(du)相結合的技術。它(ta)既保留了CVD的本質，又具有PVD的優(you)(you)點(dian)。離(li)(li)子鍍(du)(du)(du)(du)零件具有結合力強、均鍍(du)(du)(du)(du)能力好、被鍍(du)(du)(du)(du)基體材料(liao)和(he)(he)鍍(du)(du)(du)(du)層材料(liao)可以廣泛(fan)搭配等優(you)(you)點(dian)，因(yin)此獲得較廣泛(fan)的應(ying)(ying)用。圖(tu)3-16是離(li)(li)子鍍(du)(du)(du)(du)系統示意(yi)圖(tu)。
離(li)子(zi)(zi)(zi)鍍(du)(du)的基(ji)本原理(li)是借助于一種惰性氣體(ti)的輝光(guang)放電(dian)(dian)使金屬(shu)或合(he)(he)金蒸(zheng)氣離(li)子(zi)(zi)(zi)化。離(li)子(zi)(zi)(zi)經(jing)電(dian)(dian)場加速而(er)沉(chen)積在帶負(fu)電(dian)(dian)荷的基(ji)體(ti)上(shang)。惰性氣體(ti)一般采用氬氣，壓力(li)為0.133～1.33Pa，兩極電(dian)(dian)壓在500～2000V之間。離(li)子(zi)(zi)(zi)鍍(du)(du)包括鍍(du)(du)膜(mo)材料(liao)（如TiC、TiN）的受熱、蒸(zheng)發(fa)(fa)、沉(chen)積過(guo)程。蒸(zheng)發(fa)(fa)的鍍(du)(du)膜(mo)材料(liao)原子(zi)(zi)(zi)在經(jing)過(guo)輝光(guang)區時，一小部分發(fa)(fa)生電(dian)(dian)離(li)，并在電(dian)(dian)場的作用下飛向工(gong)件(jian)，以(yi)(yi)幾(ji)千(qian)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)伏(fu)的能量(liang)射到工(gong)件(jian)表面(mian)，可(ke)以(yi)(yi)打入基(ji)體(ti)約幾(ji)納(na)米的深度，從(cong)而(er)大(da)大(da)提高(gao)了鍍(du)(du)層的結合(he)(he)力(li)。而(er)未經(jing)電(dian)(dian)離(li)的蒸(zheng)發(fa)(fa)材料(liao)原子(zi)(zi)(zi)直接在工(gong)件(jian)上(shang)沉(chen)積成膜(mo)。惰性氣體(ti)離(li)子(zi)(zi)(zi)與鍍(du)(du)膜(mo)材料(liao)離(li)子(zi)(zi)(zi)在基(ji)板表面(mian)上(shang)發(fa)(fa)生的濺射還可(ke)以(yi)(yi)清除工(gong)件(jian)表面(mian)的污染物，從(cong)而(er)改(gai)善結合(he)(he)力(li)。
如果提高金屬(shu)蒸(zheng)(zheng)氣原(yuan)子的離(li)(li)(li)子化程度，可以(yi)增(zeng)加(jia)(jia)鍍(du)(du)層(ceng)的結合力(li)，為此(ci)發展了一(yi)系列的離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)設(she)(she)備和(he)方法，如高頻離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)、空心陰極放(fang)電離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)、熱(re)陰極離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)、感(gan)應加(jia)(jia)熱(re)離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)、活性化蒸(zheng)(zheng)發離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)及(ji)低(di)壓等離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)等。近年來，多弧離(li)(li)(li)子鍍(du)(du)由(you)于設(she)(she)備結構簡單、操(cao)作方便、鍍(du)(du)層(ceng)均勻、生產率高，而受到人們(men)的重視。其工作原(yuan)理和(he)特點是(shi)：
a. 將被蒸(zheng)發(fa)膜(mo)材料制成陰極(ji)靶即弧蒸(zheng)發(fa)源(yuan)，該蒸(zheng)發(fa)源(yuan)為(wei)固(gu)態，可在(zai)真空內任(ren)意方(fang)位布置，也(ye)可多(duo)源(yuan)聯合工作，有利大件鍍膜(mo)。
b. 弧(hu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發源(yuan)(yuan)接電(dian)源(yuan)(yuan)負極(ji)，真空室外殼(ke)接正極(ji)，調整工作電(dian)流(liu)，靶材(cai)表面(mian)進行弧(hu)光放電(dian)，同(tong)時蒸(zheng)(zheng)(zheng)發出(chu)大量陰(yin)極(ji)金屬蒸(zheng)(zheng)(zheng)氣(qi)，其中(zhong)部(bu)分發生(sheng)電(dian)離(li)并在基板負偏壓的吸引(yin)下(xia)轟(hong)擊(ji)工件(jian)表面(mian)，從而(er)起(qi)到潔凈工件(jian)表面(mian)的作用和使工件(jian)的溫(wen)度(du)升高達(da)到沉積所(suo)需(xu)溫(wen)度(du)。此后，逐漸降低基板負壓氣(qi)化了的靶粒子(zi)飛(fei)向基板形成鍍膜(mo)。如果同(tong)時通(tong)入(ru)適當(dang)流(liu)量的反應氣(qi)體，即(ji)可在工件(jian)表面(mian)沉積得到化合物膜(mo)層。從以上鍍膜(mo)過程看，弧(hu)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發源(yuan)(yuan)既是(shi)蒸(zheng)(zheng)(zheng)發器(qi)又(you)是(shi)離(li)化源(yuan)(yuan)，無需(xu)增加輔助離(li)化源(yuan)(yuan)，也無需(xu)通(tong)入(ru)惰性氣(qi)體轟(hong)擊(ji)清洗工件(jian)，并且不需(xu)要烘烤裝置(zhi)，設(she)備(bei)簡(jian)單、工藝穩定。
c. 多弧離(li)子鍍離(li)化率高達60％～90％，有(you)利于(yu)改善膜層的質量，特別適用于(yu)活性反(fan)應沉積化合物膜層。
d. 多弧(hu)蒸(zheng)發源在(zai)蒸(zheng)發陰極材料時，往往有(you)液滴(di)沉積在(zai)工(gong)件(jian)表面(mian)，造成(cheng)工(gong)件(jian)表面(mian)具有(you)較高的表面(mian)粗糙度值。所(suo)以減少和細化蒸(zheng)發材料液滴(di)是(shi)當(dang)前多弧(hu)離子鍍工(gong)藝的關(guan)鍵問題(ti)。
離子(zi)鍍(du)除了(le)具(ju)有鍍(du)層(ceng)結合力強的(de)特點(dian)之外，還具(ju)有如下優點(dian)：離子(zi)繞射性(xing)強，沒有明顯的(de)方向(xiang)性(xing)沉積，工(gong)件的(de)各個表面(mian)都能鍍(du)上；鍍(du)層(ceng)均勻性(xing)好，并且具(ju)有較高的(de)致密度(du)和細(xi)的(de)晶粒度(du)，即使經鏡(jing)面(mian)研磨過(guo)的(de)工(gong)件，進(jin)行離子(zi)鍍(du)后，表面(mian)依然光(guang)潔致密，無需再作研磨。
總之，采(cai)用(yong)(yong)(yong)PVD技(ji)術(shu)可(ke)以在各種(zhong)材(cai)料上沉(chen)積致密、光滑、高精(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)化合(he)物（如TiC、TiN）鍍層，所(suo)以十(shi)分適(shi)合(he)模(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)熱(re)處(chu)理(li)。目前(qian)，應用(yong)(yong)(yong)PVD法沉(chen)積TiC、TiN等鍍層已(yi)在生產中獲得應用(yong)(yong)(yong)。例如Cr12MoV鋼制(zhi)(zhi)油(you)開關精(jing)制(zhi)(zhi)沖模(mo)(mo)，經PVD法沉(chen)積后，表(biao)(biao)面(mian)硬度(du)(du)為2500～3000HV，摩擦因(yin)數減小，抗粘(zhan)著(zhu)和抗咬合(he)性改善，模(mo)(mo)具(ju)原使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)1～3萬次即要刃磨(mo)，經PVD法處(chu)理(li)后，使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)10萬次不需刃磨(mo)，尺寸無(wu)變化，仍可(ke)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)；用(yong)(yong)(yong)于沖壓和擠壓粘(zhan)性材(cai)料的(de)(de)(de)冷(leng)作(zuo)模(mo)(mo)具(ju)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)PVD法處(chu)理(li)后，其使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)壽命大(da)為提高，從發展趨勢來看，PVD法將成為模(mo)(mo)具(ju)表(biao)(biao)面(mian)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)主(zhu)要技(ji)術(shu)方法之一(yi)。表(biao)(biao)3-40列出了(le)三種(zhong)PVD法與CVD法的(de)(de)(de)特性比較，供(gong)選用(yong)(yong)(yong)時參考(kao)。
目前(qian)應用(yong)PVD法沉(chen)積TiC、TiN等鍍層(ceng)已在生產中得(de)到(dao)推廣應用(yong)，同時在TiN基礎(chu)上發展起(qi)來的(de)多(duo)元膜，如(ru)（Ti、Al）N、（Ti、Cr）N等，性能優于TiN，是一種(zhong)更有前(qian)途的(de)新型薄膜。
