由于CVD法處理溫度(du)太高，零件(jian)基(ji)體需承(cheng)受相當高的沉(chen)積溫度(du)，易產生變形和(he)基(ji)體組織變化，導致其力學性能降(jiang)低，需在CVD沉(chen)積后進行熱處理，增大了生產成本，因此(ci)在應用上(shang)受到一定的限制。
PVD以各(ge)種物理(li)方法產生的原子或分子沉(chen)積(ji)在基材上(shang)形成外加覆蓋(gai)層，工(gong)件沉(chen)積(ji)溫度一般不(bu)(bu)超過600℃。不(bu)(bu)銹鋼沉(chen)積(ji)后(hou)通常都無需進行熱處理(li)，因而其應用比化(hua)學(xue)氣相沉(chen)積(ji)廣。
物(wu)理氣相沉(chen)積可分為(wei)真空蒸(zheng)鍍(du)、陰極濺射和離子鍍(du)三類(lei)。與CVD法相比，PVD的(de)(de)(de)主要優點是處理溫度(du)較低、沉(chen)積速度(du)較快、無公害等，因而有(you)很高的(de)(de)(de)實用價(jia)值；其不足之處是沉(chen)積層(ceng)與工件(jian)的(de)(de)(de)結(jie)合力(li)較小，鍍(du)層(ceng)的(de)(de)(de)均(jun)勻(yun)性(xing)稍差。此外，它的(de)(de)(de)設備造價(jia)高，操作(zuo)、維護(hu)的(de)(de)(de)技術要求也較高。
一、真空蒸鍍
在(zai)高真(zhen)空(kong)中(zhong)使金(jin)屬(shu)、合金(jin)或(huo)化(hua)合物蒸發，然后(hou)凝聚(ju)在(zai)基體表面的方法叫作真(zhen)空(kong)蒸鍍(du)。真(zhen)空(kong)蒸鍍(du)裝置見圖(tu)3-14。
被(bei)沉積的材料（如TiC）置(zhi)(zhi)于裝(zhuang)有加熱(re)(re)系統的坩堝(guo)中(zhong)，被(bei)鍍基體置(zhi)(zhi)于蒸發(fa)(fa)源前面。當真空度達到0.13Pa時，加熱(re)(re)坩堝(guo)使(shi)材料蒸發(fa)(fa)，所產(chan)生的蒸氣以凝集的形式沉積在(zai)物體上(shang)形成(cheng)涂層。
基(ji)板入槽(cao)前要進行充(chong)分的清洗，在(zai)蒸鍍時(shi)，一(yi)般在(zai)基(ji)板背(bei)面(mian)設置一(yi)個加熱器，使基(ji)板保持適當(dang)溫度，使鍍層和(he)基(ji)層之間形成薄的擴散層，以增大結合(he)力。
蒸(zheng)(zheng)(zheng)發用(yong)熱(re)源主要分三類：電(dian)(dian)阻加(jia)熱(re)源、電(dian)(dian)子束加(jia)熱(re)源和(he)高頻感應加(jia)熱(re)源。最近還采用(yong)了激(ji)光(guang)蒸(zheng)(zheng)(zheng)鍍(du)法(fa)和(he)離(li)子蒸(zheng)(zheng)(zheng)鍍(du)法(fa)。
蒸鍍過(guo)程：
a. 首先對真空裝置及被鍍零件(jian)進行處理(li)，去掉污(wu)物、灰(hui)塵和油漬等(deng)。
b. 把清洗(xi)過(guo)的零件裝入鍍槽(cao)的支架上。
c. 補足蒸發物(wu)質。
d. 抽(chou)真(zhen)空，先用回(hui)轉泵(beng)抽(chou)至13.3Pa，再(zai)用擴(kuo)散泵(beng)抽(chou)至133×10-6Pa。
e. 在高(gao)真空(kong)下(xia)對零(ling)件加(jia)熱，目的是去除水分（150℃）和(he)增加(jia)結合力(300~400℃)。
f. 對蒸鍍(du)通電(dian)加(jia)熱，達到厚度后停電(dian)。
g. 停(ting)鍍(du)后，需在真(zhen)空條件下(xia)放置15～30min，使(shi)之冷(leng)卻到100℃左右。
h. 關閉真空閥，導(dao)入空氣(qi)，取出模具。
二、陰極濺射(she)
陰極(ji)(ji)濺(jian)射即用荷(he)能粒子轟擊(ji)某一靶(ba)材（陰極(ji)(ji)），使靶(ba)材表面(mian)的原子以一定能量逸出，然后在表面(mian)沉積的過程。
濺射(she)過程：用(yong)沉積的(de)材料(liao)（如TiC）作陰極靶，并接入1～3kV的(de)直流(liu)負高壓，
在(zai)真空室內通入壓力為(wei)0.133～13.3Pa的氬(ya)氣（作(zuo)(zuo)為(wei)工(gong)作(zuo)(zuo)氣體）。在(zai)電場的作(zuo)(zuo)用(yong)下(xia)，氬(ya)氣電離(li)后產生(sheng)的氬(ya)離(li)子(zi)轟擊陰極靶面，濺射出的靶材(cai)原子(zi)或分子(zi)以一定的速度落在(zai)工(gong)件(jian)表面產生(sheng)沉(chen)積，并使(shi)工(gong)件(jian)受(shou)熱。濺射時工(gong)件(jian)的溫度可達500℃左右。圖3-15是陰極濺射系(xi)統(tong)簡圖。
當接通高(gao)壓電(dian)(dian)源時，陰(yin)(yin)極(ji)(ji)發出的(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)在電(dian)(dian)場的(de)(de)作(zuo)用下(xia)會(hui)(hui)跑向(xiang)陽極(ji)(ji)，速(su)度在電(dian)(dian)場中(zhong)不(bu)(bu)斷增加(jia)。剛離(li)(li)開陰(yin)(yin)極(ji)(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)能量(liang)很低，不(bu)(bu)足(zu)以引(yin)(yin)起氣體(ti)(ti)(ti)原子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)變化(hua)，所以附近(jin)為暗區(qu)(qu)。在稍遠(yuan)的(de)(de)位置，當電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)能力足(zu)以使氣體(ti)(ti)(ti)原子(zi)(zi)(zi)(zi)激發時就(jiu)(jiu)產(chan)生輝(hui)(hui)光(guang)，形成陰(yin)(yin)極(ji)(ji)輝(hui)(hui)光(guang)區(qu)(qu)。越過這(zhe)一(yi)區(qu)(qu)域，電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)能量(liang)進(jin)一(yi)步增加(jia)，就(jiu)(jiu)會(hui)(hui)引(yin)(yin)起氣體(ti)(ti)(ti)原子(zi)(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)離(li)(li)，從(cong)而(er)產(chan)生大量(liang)的(de)(de)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)與(yu)低速(su)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)。此過程不(bu)(bu)發光(guang)，這(zhe)一(yi)區(qu)(qu)域為陰(yin)(yin)極(ji)(ji)暗區(qu)(qu)。低速(su)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)在此后向(xiang)陽極(ji)(ji)的(de)(de)運動過程中(zhong)，也會(hui)(hui)被加(jia)速(su)激發氣體(ti)(ti)(ti)原子(zi)(zi)(zi)(zi)而(er)發光(guang)，形成負輝(hui)(hui)光(guang)區(qu)(qu)。在負輝(hui)(hui)光(guang)區(qu)(qu)和陽極(ji)(ji)之間，還有幾個(ge)陰(yin)(yin)暗相(xiang)同(tong)的(de)(de)區(qu)(qu)域，但它們與(yu)濺射(she)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)產(chan)生的(de)(de)關系不(bu)(bu)大，只起導(dao)電(dian)(dian)作(zuo)用。
濺射下來的材料原子具有10～35eV的功能，比蒸鍍時的原子動能大(da)得多(duo)，因(yin)而濺射膜的結合力(li)也(ye)比蒸鍍膜大(da)。
濺(jian)射性(xing)能(neng)取決于所(suo)用(yong)的(de)(de)氣體、離子(zi)(zi)的(de)(de)能(neng)量及(ji)轟(hong)擊所(suo)用(yong)的(de)(de)材料(liao)等。離子(zi)(zi)轟(hong)擊所(suo)產生的(de)(de)投射作用(yong)可用(yong)于任何類型的(de)(de)材料(liao)，難(nan)熔(rong)材料(liao)W、Ta、C、Mo、WC、TiC、TiN也(ye)能(neng)像低熔(rong)點材料(liao)一樣容易被(bei)沉積。濺(jian)射出的(de)(de)合金組(zu)成常(chang)常(chang)與(yu)靶的(de)(de)成分相(xiang)當(dang)。
濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)的工藝(yi)很多，如果(guo)按電極(ji)的構造(zao)及其配(pei)置(zhi)方法進行分(fen)類，具(ju)有(you)代(dai)表(biao)性(xing)的有(you)：二極(ji)濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)、三極(ji)濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)、磁(ci)控(kong)濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)、對置(zhi)濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)、離子束濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)和吸收濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)等。常用的是磁(ci)控(kong)濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)，目前(qian)已開發了(le)多種(zhong)磁(ci)控(kong)濺(jian)(jian)(jian)射(she)(she)(she)裝置(zhi)。
常用(yong)的(de)磁(ci)控高(gao)速(su)濺射方法的(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)作原(yuan)理為：用(yong)氬氣(qi)作為工(gong)(gong)(gong)(gong)作氣(qi)體，充氬氣(qi)后反應室內的(de)壓力(li)為2.6～1.3Pa，以欲(yu)沉(chen)積的(de)金(jin)屬和(he)化(hua)(hua)合物(wu)為靶（如Ti、TiC、TiN），在靶附近設(she)置與靶平面平行的(de)磁(ci)場(chang)，另(ling)在靶和(he)工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)之間設(she)置陽極以防(fang)工(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)過(guo)熱。磁(ci)場(chang)導致靶附近等離子密度（即金(jin)屬離化(hua)(hua)率(lv)）提高(gao)，從而提高(gao)濺射與沉(chen)積速(su)率(lv)。
磁控濺射效率高，成膜(mo)速度(du)快（可達2μm／min），而(er)且基板溫度(du)低。因此，此法適應性廣，可沉(chen)積純金屬(shu)、合(he)金或化(hua)合(he)物。例(li)如以鈦為靶(ba)，引入氮(dan)或碳氫化(hua)合(he)物氣體可分(fen)別沉(chen)積TiN、TiC等。
三、離子(zi)鍍
近年來研究開發的(de)離(li)子鍍(du)(du)在零件表(biao)面強化方(fang)面獲得(de)應用，效果(guo)較(jiao)顯(xian)著。所謂離(li)子鍍(du)(du)是(shi)蒸鍍(du)(du)和濺射鍍(du)(du)相結合(he)的(de)技(ji)術。它既(ji)保留(liu)了CVD的(de)本質，又(you)具有(you)PVD的(de)優點(dian)。離(li)子鍍(du)(du)零件具有(you)結合(he)力強、均鍍(du)(du)能力好、被(bei)鍍(du)(du)基體(ti)材(cai)料(liao)和鍍(du)(du)層材(cai)料(liao)可以廣泛搭(da)配等優點(dian)，因此獲得(de)較(jiao)廣泛的(de)應用。圖(tu)3-16是(shi)離(li)子鍍(du)(du)系統(tong)示(shi)意圖(tu)。
離子(zi)(zi)(zi)鍍的(de)(de)(de)基本原(yuan)理是借助于一(yi)種惰性氣(qi)(qi)體的(de)(de)(de)輝光放電(dian)(dian)(dian)(dian)使金(jin)屬(shu)或合金(jin)蒸氣(qi)(qi)離子(zi)(zi)(zi)化。離子(zi)(zi)(zi)經(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)場加速而(er)沉積(ji)在(zai)帶負電(dian)(dian)(dian)(dian)荷的(de)(de)(de)基體上(shang)(shang)(shang)。惰性氣(qi)(qi)體一(yi)般采用(yong)氬(ya)氣(qi)(qi)，壓(ya)力(li)(li)為0.133～1.33Pa，兩(liang)極電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)在(zai)500～2000V之間。離子(zi)(zi)(zi)鍍包括鍍膜材(cai)(cai)料(liao)（如TiC、TiN）的(de)(de)(de)受(shou)熱、蒸發、沉積(ji)過(guo)程。蒸發的(de)(de)(de)鍍膜材(cai)(cai)料(liao)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)在(zai)經(jing)過(guo)輝光區時，一(yi)小(xiao)部分發生電(dian)(dian)(dian)(dian)離，并在(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)場的(de)(de)(de)作用(yong)下飛向工件(jian)，以幾千(qian)電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)伏的(de)(de)(de)能量射到工件(jian)表(biao)(biao)面(mian)，可以打(da)入基體約幾納(na)米的(de)(de)(de)深度，從而(er)大大提高了鍍層(ceng)的(de)(de)(de)結(jie)合力(li)(li)。而(er)未經(jing)電(dian)(dian)(dian)(dian)離的(de)(de)(de)蒸發材(cai)(cai)料(liao)原(yuan)子(zi)(zi)(zi)直接在(zai)工件(jian)上(shang)(shang)(shang)沉積(ji)成膜。惰性氣(qi)(qi)體離子(zi)(zi)(zi)與(yu)鍍膜材(cai)(cai)料(liao)離子(zi)(zi)(zi)在(zai)基板表(biao)(biao)面(mian)上(shang)(shang)(shang)發生的(de)(de)(de)濺射還可以清除(chu)工件(jian)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)污染物，從而(er)改善結(jie)合力(li)(li)。
如果(guo)提高金屬蒸(zheng)(zheng)氣原子(zi)(zi)(zi)(zi)的離子(zi)(zi)(zi)(zi)化程(cheng)度，可以增加鍍(du)層的結(jie)合(he)力，為(wei)此發展了一(yi)系(xi)列的離子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)設備(bei)和方法，如高頻離子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)、空心陰極放電離子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)、熱陰極離子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)、感應加熱離子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)、活性(xing)化蒸(zheng)(zheng)發離子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)及低壓等離子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)等。近年來(lai)，多弧(hu)離子(zi)(zi)(zi)(zi)鍍(du)由(you)于設備(bei)結(jie)構簡單、操作(zuo)方便、鍍(du)層均勻、生產率高，而受到人們(men)的重(zhong)視。其工作(zuo)原理和特(te)點是(shi)：
a. 將被蒸發(fa)膜材料制成陰極(ji)靶即弧蒸發(fa)源(yuan)，該蒸發(fa)源(yuan)為(wei)固態，可(ke)在(zai)真空(kong)內(nei)任(ren)意(yi)方位布(bu)置(zhi)，也可(ke)多源(yuan)聯合工作(zuo)，有利大件鍍(du)膜。
b. 弧蒸(zheng)發(fa)源接電(dian)源負(fu)(fu)極(ji)，真(zhen)空室外殼接正極(ji)，調整工作電(dian)流，靶(ba)材(cai)表面(mian)進行弧光放(fang)電(dian)，同時(shi)蒸(zheng)發(fa)出(chu)大量陰(yin)極(ji)金屬蒸(zheng)氣(qi)，其中(zhong)部分發(fa)生電(dian)離并在(zai)基(ji)板(ban)(ban)負(fu)(fu)偏壓(ya)的(de)(de)吸(xi)引下轟擊工件(jian)(jian)表面(mian)，從而起(qi)到(dao)(dao)潔凈(jing)工件(jian)(jian)表面(mian)的(de)(de)作用和使工件(jian)(jian)的(de)(de)溫度(du)升高(gao)達到(dao)(dao)沉(chen)積所需溫度(du)。此后，逐(zhu)漸降低基(ji)板(ban)(ban)負(fu)(fu)壓(ya)氣(qi)化了的(de)(de)靶(ba)粒子飛向基(ji)板(ban)(ban)形成鍍(du)膜(mo)(mo)。如果同時(shi)通(tong)入適當流量的(de)(de)反應氣(qi)體(ti)，即可在(zai)工件(jian)(jian)表面(mian)沉(chen)積得到(dao)(dao)化合物(wu)膜(mo)(mo)層。從以上鍍(du)膜(mo)(mo)過程看，弧蒸(zheng)發(fa)源既(ji)是蒸(zheng)發(fa)器又是離化源，無需增加(jia)輔(fu)助離化源，也無需通(tong)入惰性氣(qi)體(ti)轟擊清洗(xi)工件(jian)(jian)，并且不需要烘(hong)烤裝置，設備簡單、工藝穩定。
c. 多弧離子鍍離化(hua)(hua)率高(gao)達60％～90％，有利于改(gai)善膜層的質量，特別適(shi)用于活性反應沉(chen)積(ji)化(hua)(hua)合物(wu)膜層。
d. 多弧蒸(zheng)發源在蒸(zheng)發陰極材料時，往(wang)往(wang)有液(ye)滴(di)沉積在工(gong)(gong)件(jian)表(biao)面，造(zao)成工(gong)(gong)件(jian)表(biao)面具有較高的表(biao)面粗(cu)糙度(du)值。所以減少和細化蒸(zheng)發材料液(ye)滴(di)是當前(qian)多弧離子鍍工(gong)(gong)藝的關(guan)鍵問題。
離(li)子(zi)鍍(du)除了具(ju)有(you)鍍(du)層結合力強(qiang)的(de)特(te)點之外，還具(ju)有(you)如下優點：離(li)子(zi)繞射性(xing)強(qiang)，沒有(you)明顯(xian)的(de)方向性(xing)沉積，工件(jian)的(de)各個表面(mian)(mian)(mian)都能鍍(du)上；鍍(du)層均(jun)勻性(xing)好，并且(qie)具(ju)有(you)較高的(de)致密度(du)和(he)細的(de)晶(jing)粒度(du)，即使經鏡面(mian)(mian)(mian)研磨過的(de)工件(jian)，進行離(li)子(zi)鍍(du)后，表面(mian)(mian)(mian)依然光潔致密，無(wu)需再作(zuo)研磨。
總之，采用(yong)(yong)(yong)PVD技術(shu)可以(yi)在(zai)各(ge)種(zhong)材(cai)料上沉(chen)積致(zhi)密、光滑、高精度的(de)化(hua)合(he)物（如(ru)TiC、TiN）鍍(du)(du)層，所(suo)以(yi)十(shi)分適(shi)合(he)模(mo)具(ju)的(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)熱(re)處理。目前，應(ying)用(yong)(yong)(yong)PVD法(fa)(fa)沉(chen)積TiC、TiN等鍍(du)(du)層已在(zai)生產中(zhong)獲(huo)得應(ying)用(yong)(yong)(yong)。例如(ru)Cr12MoV鋼(gang)制(zhi)(zhi)油開關精制(zhi)(zhi)沖模(mo)，經PVD法(fa)(fa)沉(chen)積后，表(biao)(biao)(biao)面(mian)硬(ying)度為(wei)(wei)2500～3000HV，摩擦因數減小(xiao)，抗粘著(zhu)和抗咬合(he)性改善，模(mo)具(ju)原使用(yong)(yong)(yong)1～3萬次(ci)即要刃磨，經PVD法(fa)(fa)處理后，使用(yong)(yong)(yong)10萬次(ci)不需刃磨，尺(chi)寸無變(bian)化(hua)，仍可使用(yong)(yong)(yong)；用(yong)(yong)(yong)于沖壓(ya)和擠壓(ya)粘性材(cai)料的(de)冷作模(mo)具(ju)，采用(yong)(yong)(yong)PVD法(fa)(fa)處理后，其使用(yong)(yong)(yong)壽命大為(wei)(wei)提高，從發(fa)展趨(qu)勢來(lai)看，PVD法(fa)(fa)將成為(wei)(wei)模(mo)具(ju)表(biao)(biao)(biao)面(mian)處理的(de)主(zhu)要技術(shu)方法(fa)(fa)之一。表(biao)(biao)(biao)3-40列出了三種(zhong)PVD法(fa)(fa)與CVD法(fa)(fa)的(de)特性比較，供選用(yong)(yong)(yong)時(shi)參考。
目前應(ying)用PVD法沉積TiC、TiN等鍍層已在生產(chan)中(zhong)得(de)到推廣應(ying)用，同(tong)時在TiN基礎上(shang)發展起來(lai)的(de)多元膜(mo)，如（Ti、Al）N、（Ti、Cr）N等，性能優于TiN，是(shi)一種更有前途的(de)新(xin)型薄膜(mo)。
