由于(yu)CVD法處理溫度太(tai)高，零件(jian)基體(ti)需(xu)承受相當(dang)高的沉積(ji)溫度，易產生變(bian)形和基體(ti)組(zu)織(zhi)變(bian)化，導致其力學(xue)性能(neng)降低，需(xu)在(zai)CVD沉積(ji)后進行熱處理，增大了生產成本，因此在(zai)應(ying)用(yong)上受到(dao)一定(ding)的限制。
PVD以各種物理(li)方法產(chan)生的原(yuan)子或(huo)分子沉(chen)積(ji)在基材上形成外加覆蓋層，工(gong)件沉(chen)積(ji)溫度(du)一般不(bu)超過600℃。不(bu)銹鋼沉(chen)積(ji)后通常(chang)都無需(xu)進行熱(re)處理(li)，因而其應用比化學氣相沉(chen)積(ji)廣。
物理(li)(li)氣相沉(chen)積可(ke)分為真空(kong)蒸(zheng)鍍、陰極(ji)濺射和(he)離子鍍三類(lei)。與(yu)CVD法相比(bi)，PVD的(de)主要優點是處(chu)理(li)(li)溫度較(jiao)低、沉(chen)積速度較(jiao)快、無(wu)公(gong)害等，因(yin)而有很高(gao)的(de)實用(yong)價(jia)值(zhi)；其不足(zu)之(zhi)處(chu)是沉(chen)積層(ceng)與(yu)工件的(de)結合力較(jiao)小，鍍層(ceng)的(de)均勻性(xing)稍差。此(ci)外，它的(de)設備(bei)造價(jia)高(gao)，操作、維護(hu)的(de)技術要求也較(jiao)高(gao)。
一、真空蒸鍍
在(zai)高(gao)真(zhen)空中使金屬(shu)、合金或化合物蒸(zheng)發，然后凝聚在(zai)基體(ti)表面的方法叫作真(zhen)空蒸(zheng)鍍(du)。真(zhen)空蒸(zheng)鍍(du)裝(zhuang)置見圖(tu)3-14。
被(bei)(bei)沉(chen)積(ji)的材料（如TiC）置(zhi)于(yu)裝有加熱(re)系統的坩堝中，被(bei)(bei)鍍基體置(zhi)于(yu)蒸(zheng)發(fa)(fa)源前面。當(dang)真空度(du)達到0.13Pa時，加熱(re)坩堝使材料蒸(zheng)發(fa)(fa)，所產生的蒸(zheng)氣(qi)以凝集的形式沉(chen)積(ji)在(zai)物(wu)體上形成(cheng)涂層。
基(ji)板(ban)入槽(cao)前要進(jin)行充分(fen)的清(qing)洗，在蒸鍍(du)時，一般在基(ji)板(ban)背面設置(zhi)一個加熱器(qi)，使基(ji)板(ban)保持適(shi)當溫度，使鍍(du)層(ceng)和基(ji)層(ceng)之間形成薄的擴散層(ceng)，以增大結合力。
蒸發用(yong)熱(re)(re)源主要分(fen)三類：電(dian)阻加熱(re)(re)源、電(dian)子束加熱(re)(re)源和(he)(he)高頻(pin)感應(ying)加熱(re)(re)源。最近還采用(yong)了激光蒸鍍法(fa)和(he)(he)離子蒸鍍法(fa)。
蒸鍍過程：
a. 首(shou)先對真(zhen)空裝置(zhi)及被鍍零件進行處理，去掉污物(wu)、灰塵(chen)和(he)油漬等。
b. 把(ba)清洗過的零件裝入鍍槽的支架上。
c. 補足蒸發(fa)物質(zhi)。
d. 抽真空(kong)，先用(yong)回轉泵抽至(zhi)13.3Pa，再用(yong)擴(kuo)散泵抽至(zhi)133×10-6Pa。
e. 在(zai)高(gao)真空(kong)下對零件加熱，目的(de)是去除水分（150℃）和增(zeng)加結合(he)力(li)(300~400℃)。
f. 對(dui)蒸鍍通電加熱，達到厚度后停(ting)電。
g. 停鍍后，需在真空條件下(xia)放置15～30min，使(shi)之冷卻到100℃左(zuo)右(you)。
h. 關閉真空閥，導(dao)入空氣(qi)，取出模具。
二、陰(yin)極濺(jian)射
陰極(ji)濺射(she)即用荷能粒子轟擊(ji)某一靶(ba)(ba)材(cai)（陰極(ji)），使靶(ba)(ba)材(cai)表(biao)面(mian)的(de)原子以一定(ding)能量(liang)逸出，然(ran)后在表(biao)面(mian)沉積(ji)的(de)過(guo)程。
濺射過程：用沉積的(de)材(cai)料(liao)（如(ru)TiC）作陰極(ji)靶(ba)，并接入1～3kV的(de)直流負高壓，
在(zai)真空(kong)室(shi)內通入壓力(li)為(wei)0.133～13.3Pa的氬氣（作(zuo)為(wei)工(gong)(gong)作(zuo)氣體）。在(zai)電場的作(zuo)用下，氬氣電離后產生(sheng)的氬離子轟(hong)擊陰極(ji)靶(ba)面(mian)(mian)，濺射出(chu)的靶(ba)材原子或分子以一(yi)定的速度落在(zai)工(gong)(gong)件(jian)表面(mian)(mian)產生(sheng)沉積(ji)，并使工(gong)(gong)件(jian)受(shou)熱。濺射時工(gong)(gong)件(jian)的溫度可達500℃左右。圖3-15是陰極(ji)濺射系統(tong)簡圖。
當接(jie)通高壓(ya)電(dian)(dian)源時(shi)，陰(yin)極發(fa)出(chu)的(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)在(zai)電(dian)(dian)場(chang)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)下(xia)會跑向(xiang)陽(yang)極，速度在(zai)電(dian)(dian)場(chang)中不(bu)斷增加(jia)。剛離(li)開陰(yin)極的(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)能量(liang)很低(di)，不(bu)足(zu)以(yi)引(yin)起(qi)氣體(ti)(ti)原子(zi)(zi)的(de)(de)變(bian)化，所以(yi)附近為暗(an)區(qu)(qu)(qu)。在(zai)稍遠的(de)(de)位置(zhi)，當電(dian)(dian)子(zi)(zi)的(de)(de)能力(li)足(zu)以(yi)使氣體(ti)(ti)原子(zi)(zi)激發(fa)時(shi)就產生(sheng)輝(hui)光，形成陰(yin)極輝(hui)光區(qu)(qu)(qu)。越過(guo)(guo)這一區(qu)(qu)(qu)域，電(dian)(dian)子(zi)(zi)能量(liang)進一步(bu)增加(jia)，就會引(yin)起(qi)氣體(ti)(ti)原子(zi)(zi)電(dian)(dian)離(li)，從而產生(sheng)大量(liang)的(de)(de)離(li)子(zi)(zi)與(yu)低(di)速電(dian)(dian)子(zi)(zi)。此過(guo)(guo)程不(bu)發(fa)光，這一區(qu)(qu)(qu)域為陰(yin)極暗(an)區(qu)(qu)(qu)。低(di)速電(dian)(dian)子(zi)(zi)在(zai)此后(hou)向(xiang)陽(yang)極的(de)(de)運動過(guo)(guo)程中，也會被加(jia)速激發(fa)氣體(ti)(ti)原子(zi)(zi)而發(fa)光，形成負(fu)輝(hui)光區(qu)(qu)(qu)。在(zai)負(fu)輝(hui)光區(qu)(qu)(qu)和陽(yang)極之(zhi)間，還有幾個陰(yin)暗(an)相同的(de)(de)區(qu)(qu)(qu)域，但它們(men)與(yu)濺射離(li)子(zi)(zi)產生(sheng)的(de)(de)關系不(bu)大，只起(qi)導電(dian)(dian)作(zuo)(zuo)用(yong)。
濺射(she)下來(lai)的材料原(yuan)子具有10～35eV的功能，比蒸鍍(du)時(shi)的原(yuan)子動能大得多，因而濺射(she)膜(mo)的結合力也比蒸鍍(du)膜(mo)大。
濺(jian)射性能取決于(yu)所(suo)用的(de)(de)氣體、離子(zi)的(de)(de)能量(liang)及(ji)轟(hong)擊所(suo)用的(de)(de)材(cai)料等。離子(zi)轟(hong)擊所(suo)產生的(de)(de)投射作用可(ke)用于(yu)任何類型的(de)(de)材(cai)料，難熔(rong)材(cai)料W、Ta、C、Mo、WC、TiC、TiN也能像低熔(rong)點材(cai)料一樣容易(yi)被沉(chen)積(ji)。濺(jian)射出的(de)(de)合金(jin)組成常(chang)常(chang)與靶的(de)(de)成分(fen)相當。
濺(jian)射(she)(she)的(de)(de)工藝很多，如果(guo)按電極的(de)(de)構造(zao)及(ji)其配置(zhi)方法(fa)進行分類，具有代表性的(de)(de)有：二極濺(jian)射(she)(she)、三(san)極濺(jian)射(she)(she)、磁(ci)控濺(jian)射(she)(she)、對置(zhi)濺(jian)射(she)(she)、離子(zi)束(shu)濺(jian)射(she)(she)和吸收濺(jian)射(she)(she)等。常用的(de)(de)是磁(ci)控濺(jian)射(she)(she)，目前已開(kai)發了多種磁(ci)控濺(jian)射(she)(she)裝(zhuang)置(zhi)。
常(chang)用的磁(ci)控(kong)高(gao)速濺射方法的工(gong)作原理為(wei)(wei)：用氬(ya)氣(qi)作為(wei)(wei)工(gong)作氣(qi)體，充氬(ya)氣(qi)后反應室內(nei)的壓力為(wei)(wei)2.6～1.3Pa，以欲沉積的金屬和化合物為(wei)(wei)靶（如Ti、TiC、TiN），在靶附近(jin)設(she)(she)置(zhi)與靶平面平行(xing)的磁(ci)場，另在靶和工(gong)件(jian)之間(jian)設(she)(she)置(zhi)陽極以防工(gong)件(jian)過(guo)熱。磁(ci)場導致靶附近(jin)等離(li)子密(mi)度（即(ji)金屬離(li)化率(lv)）提高(gao)，從而提高(gao)濺射與沉積速率(lv)。
磁控濺射效率(lv)高(gao)，成膜速度快（可達2μm／min），而且基板溫度低。因此，此法適應(ying)性廣，可沉積純金(jin)屬、合金(jin)或化(hua)合物。例如(ru)以鈦為靶，引入氮或碳氫化(hua)合物氣(qi)體可分別沉積TiN、TiC等。
三、離子鍍
近(jin)年來(lai)研究開發的離子(zi)鍍(du)(du)在(zai)零(ling)件表面(mian)強(qiang)化方(fang)面(mian)獲得(de)應(ying)用(yong)，效(xiao)果較(jiao)顯(xian)著。所謂離子(zi)鍍(du)(du)是蒸鍍(du)(du)和濺射(she)鍍(du)(du)相結合(he)的技術。它(ta)既保留了CVD的本質，又具有PVD的優點。離子(zi)鍍(du)(du)零(ling)件具有結合(he)力強(qiang)、均鍍(du)(du)能力好(hao)、被鍍(du)(du)基體材(cai)料(liao)和鍍(du)(du)層材(cai)料(liao)可以廣泛搭(da)配(pei)等優點，因此(ci)獲得(de)較(jiao)廣泛的應(ying)用(yong)。圖3-16是離子(zi)鍍(du)(du)系(xi)統示意圖。
離子(zi)(zi)(zi)鍍的(de)(de)基(ji)本原理是借(jie)助于一種惰性(xing)(xing)氣(qi)(qi)體的(de)(de)輝光(guang)放電(dian)使(shi)金屬或合(he)金蒸(zheng)(zheng)氣(qi)(qi)離子(zi)(zi)(zi)化。離子(zi)(zi)(zi)經電(dian)場(chang)加速而沉(chen)積在帶負電(dian)荷的(de)(de)基(ji)體上(shang)。惰性(xing)(xing)氣(qi)(qi)體一般(ban)采用氬氣(qi)(qi)，壓(ya)力(li)為0.133～1.33Pa，兩極(ji)電(dian)壓(ya)在500～2000V之間。離子(zi)(zi)(zi)鍍包括鍍膜(mo)(mo)材料(liao)（如(ru)TiC、TiN）的(de)(de)受熱、蒸(zheng)(zheng)發(fa)、沉(chen)積過(guo)程。蒸(zheng)(zheng)發(fa)的(de)(de)鍍膜(mo)(mo)材料(liao)原子(zi)(zi)(zi)在經過(guo)輝光(guang)區時(shi)，一小(xiao)部分發(fa)生電(dian)離，并在電(dian)場(chang)的(de)(de)作用下飛(fei)向工(gong)(gong)件，以(yi)幾(ji)千電(dian)子(zi)(zi)(zi)伏(fu)的(de)(de)能量(liang)射到工(gong)(gong)件表面，可(ke)以(yi)打入基(ji)體約幾(ji)納(na)米(mi)的(de)(de)深度，從而大大提高(gao)了(le)鍍層(ceng)的(de)(de)結合(he)力(li)。而未經電(dian)離的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)發(fa)材料(liao)原子(zi)(zi)(zi)直(zhi)接(jie)在工(gong)(gong)件上(shang)沉(chen)積成膜(mo)(mo)。惰性(xing)(xing)氣(qi)(qi)體離子(zi)(zi)(zi)與鍍膜(mo)(mo)材料(liao)離子(zi)(zi)(zi)在基(ji)板表面上(shang)發(fa)生的(de)(de)濺射還可(ke)以(yi)清除工(gong)(gong)件表面的(de)(de)污染物，從而改善結合(he)力(li)。
如果提高(gao)金屬蒸(zheng)氣原子(zi)的離(li)(li)(li)子(zi)化(hua)程度，可以增(zeng)加鍍(du)(du)層(ceng)的結(jie)合力，為此發(fa)展了一(yi)系列(lie)的離(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)設備(bei)和(he)方(fang)法(fa)，如高(gao)頻離(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)、空心陰(yin)(yin)極放電離(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)、熱陰(yin)(yin)極離(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)、感應(ying)加熱離(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)、活性化(hua)蒸(zheng)發(fa)離(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)及低壓等(deng)離(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)等(deng)。近年來，多弧離(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)(du)由(you)于(yu)設備(bei)結(jie)構簡(jian)單、操作方(fang)便、鍍(du)(du)層(ceng)均(jun)勻、生(sheng)產率高(gao)，而受(shou)到人(ren)們的重(zhong)視。其(qi)工(gong)作原理和(he)特點(dian)是(shi)：
a. 將被(bei)蒸(zheng)發膜材料制成陰極靶即弧(hu)蒸(zheng)發源(yuan)，該蒸(zheng)發源(yuan)為固(gu)態(tai)，可在真空(kong)內任意方位(wei)布置，也可多源(yuan)聯合工作，有利大件鍍(du)膜。
b. 弧蒸發源接電源負極(ji)，真空室外殼接正(zheng)極(ji)，調整工(gong)(gong)(gong)作(zuo)電流(liu)，靶(ba)材表(biao)面進行弧光放電，同時蒸發出大量陰(yin)極(ji)金屬蒸氣，其(qi)中(zhong)部分發生電離并在基(ji)板(ban)負偏壓的(de)(de)吸引下轟(hong)擊工(gong)(gong)(gong)件(jian)表(biao)面，從而起到(dao)潔凈工(gong)(gong)(gong)件(jian)表(biao)面的(de)(de)作(zuo)用(yong)和(he)使工(gong)(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)溫度升高達(da)到(dao)沉(chen)積所需(xu)溫度。此后，逐漸(jian)降低基(ji)板(ban)負壓氣化了的(de)(de)靶(ba)粒(li)子飛向(xiang)基(ji)板(ban)形成(cheng)鍍膜。如果同時通入(ru)(ru)適當流(liu)量的(de)(de)反應氣體，即可在工(gong)(gong)(gong)件(jian)表(biao)面沉(chen)積得(de)到(dao)化合(he)物膜層(ceng)。從以上鍍膜過程(cheng)看，弧蒸發源既是蒸發器又是離化源，無需(xu)增加輔(fu)助離化源，也無需(xu)通入(ru)(ru)惰性(xing)氣體轟(hong)擊清洗(xi)工(gong)(gong)(gong)件(jian)，并且不需(xu)要烘烤裝置，設備簡單(dan)、工(gong)(gong)(gong)藝穩定(ding)。
c. 多弧(hu)離(li)子(zi)鍍離(li)化率高達(da)60％～90％，有(you)利于(yu)改(gai)善膜層(ceng)的(de)質量，特(te)別(bie)適用于(yu)活性反(fan)應沉積(ji)化合物膜層(ceng)。
d. 多(duo)弧(hu)蒸(zheng)發源在(zai)蒸(zheng)發陰極材(cai)料時，往(wang)往(wang)有(you)液(ye)滴(di)(di)沉積在(zai)工(gong)件(jian)表(biao)面，造成工(gong)件(jian)表(biao)面具有(you)較高(gao)的表(biao)面粗糙(cao)度(du)值。所(suo)以減少和細化蒸(zheng)發材(cai)料液(ye)滴(di)(di)是當前多(duo)弧(hu)離子鍍工(gong)藝的關鍵問(wen)題。
離子鍍(du)除了具(ju)有鍍(du)層(ceng)結合力(li)強的(de)特點(dian)之外，還具(ju)有如下優點(dian)：離子繞(rao)射(she)性(xing)(xing)強，沒有明(ming)顯(xian)的(de)方向性(xing)(xing)沉(chen)積，工件的(de)各個表面都(dou)能鍍(du)上；鍍(du)層(ceng)均勻(yun)性(xing)(xing)好，并且具(ju)有較(jiao)高(gao)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，進行離子鍍(du)后，表面依然光潔致密，無需再(zai)作研(yan)磨。
總之，采用(yong)(yong)PVD技(ji)(ji)術可以在各種材料上沉積致(zhi)密、光滑、高(gao)精度的化合物（如TiC、TiN）鍍(du)層，所以十分適合模具(ju)的表面熱處(chu)理(li)。目前，應用(yong)(yong)PVD法(fa)(fa)沉積TiC、TiN等鍍(du)層已在生產中獲得(de)應用(yong)(yong)。例如Cr12MoV鋼(gang)制(zhi)油開關(guan)精制(zhi)沖(chong)模，經PVD法(fa)(fa)沉積后，表面硬度為(wei)2500～3000HV，摩擦(ca)因數減小(xiao)，抗粘著和抗咬(yao)合性改善，模具(ju)原使(shi)用(yong)(yong)1～3萬次即(ji)要刃磨，經PVD法(fa)(fa)處(chu)理(li)后，使(shi)用(yong)(yong)10萬次不需刃磨，尺寸(cun)無變化，仍可使(shi)用(yong)(yong)；用(yong)(yong)于沖(chong)壓和擠壓粘性材料的冷作模具(ju)，采用(yong)(yong)PVD法(fa)(fa)處(chu)理(li)后，其(qi)使(shi)用(yong)(yong)壽命大為(wei)提高(gao)，從發展趨勢來看(kan)，PVD法(fa)(fa)將成為(wei)模具(ju)表面處(chu)理(li)的主要技(ji)(ji)術方法(fa)(fa)之一。表3-40列出(chu)了三種PVD法(fa)(fa)與CVD法(fa)(fa)的特性比較(jiao)，供選用(yong)(yong)時參考。
目前應(ying)用PVD法(fa)沉積TiC、TiN等(deng)鍍層已在生產中得到推廣應(ying)用，同時在TiN基礎上發展起來的多元膜(mo)，如（Ti、Al）N、（Ti、Cr）N等(deng)，性能(neng)優(you)于TiN，是(shi)一種更有前途的新(xin)型薄膜(mo)。
