摘 要：本文概述磁控濺射鍍膜及其工作原理，著重探討當(dāng)前現(xiàn)有的鍍膜工藝，包括平衡及非平衡磁控、脈沖磁控、反應(yīng)磁控等，進(jìn)一步分析此類技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：磁控濺射鍍膜;非平衡磁控;脈沖磁控

引言：磁控濺射鍍膜工藝的出現(xiàn)，已經(jīng)獲得優(yōu)異的成績(jī)，并被廣大相關(guān)專業(yè)人士關(guān)注，在鍍膜行業(yè)中展現(xiàn)出非凡的發(fā)展速度。其出現(xiàn)之初，僅能在表面平整的工件上達(dá)到較好的處理效果。

一、磁控濺射鍍膜

此項(xiàng)技術(shù)是基于特定的物理反應(yīng)，實(shí)行與氣相沉積相似的一項(xiàng)工藝。鍍膜需在真空環(huán)境下，將電量?jī)蓸O導(dǎo)入磁場(chǎng)，在電場(chǎng)及磁場(chǎng)的雙重作用下，完成濺射。該種濺射方式彌補(bǔ)常規(guī)濺射技術(shù)的部分不足，并合理開(kāi)拓其他運(yùn)用領(lǐng)域。在陰極靶材之上構(gòu)建電磁場(chǎng)，在此范圍內(nèi)，若因?yàn)R射出現(xiàn)加速成高能電子的情況，不會(huì)直接撞擊陽(yáng)極，會(huì)受到磁場(chǎng)的“指引”，進(jìn)行擺動(dòng)，借助擺動(dòng)的力會(huì)沖擊氣體分子，由此將帶有的能量傳送至氣體分子，進(jìn)而出現(xiàn)電力，沖擊的一方便又回到原本的低能狀態(tài)。之后會(huì)跟隨磁力線的移動(dòng)，達(dá)到距離陰極較近的輔助陽(yáng)極處，而被吸入。此過(guò)程能有效降低高能電子產(chǎn)生的沖擊力，對(duì)基材起到保護(hù)的作用，并展現(xiàn)出低溫濺射的特征。同時(shí)，高能電子的持續(xù)擺動(dòng)，需經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的距離才進(jìn)入陽(yáng)極，但受到電子量級(jí)的影響，電離度偏高，所以放電的概率相對(duì)提升，離子的電流密度有所增大，由此濺射的速度快，反而展現(xiàn)出高速濺射的特征。

二、常見(jiàn)的磁控濺射鍍膜工藝

（一）平衡磁控

此項(xiàng)工藝屬于一項(xiàng)相對(duì)常規(guī)的濺射工藝，其利用永磁體及電磁圈，引導(dǎo)電子活動(dòng)。電磁場(chǎng)能把控電子的活動(dòng)軌跡，讓其和氣體分子相互接觸并產(chǎn)生反應(yīng)，由此確保濺射的質(zhì)量及最終的沉淀速度。由于二次電子與靶材相距不遠(yuǎn)，再加上等離子的密度偏高，且密度會(huì)隨著與靶材的距離拉長(zhǎng)逐漸降低，鍍膜的質(zhì)量也隨之下降，因此，該項(xiàng)工藝對(duì)加工構(gòu)件的大小有限制。實(shí)際應(yīng)用平衡濺射時(shí)，飛出的電子一般是低能狀態(tài)，難以滿足加工的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，而提升溫度能優(yōu)化鍍膜的質(zhì)量，但需考量加工構(gòu)件本身可以承受的溫度。

（二）非平衡磁控

該種非平衡是針對(duì)強(qiáng)度而言，處于不同部位的磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)有差異，其借助的電磁圈及永磁體便存在區(qū)別，利用多種組合方式達(dá)到。此類系統(tǒng)涉及到兩類結(jié)構(gòu)，即芯部高于其他部分的磁場(chǎng)強(qiáng)度，此時(shí)的磁力線未能處于閉合的情況，整體朝著真空腔體的方向。但實(shí)際加工工作中，該項(xiàng)結(jié)構(gòu)由于其在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的等離子濃度可能出現(xiàn)不足的情況，因此，實(shí)際的使用概率偏低。而另一種與其正好相反，芯部是低于其他部分的，此種完全相反的狀態(tài)基本可以彌補(bǔ)上一種的不足，優(yōu)化沉積的質(zhì)量及效率，讓鍍膜范圍的等離子密度有所提升，不僅切實(shí)加快沉積環(huán)節(jié)，還能有效清除處理構(gòu)件表面的氧化層。但若使用想相對(duì)復(fù)雜的基板，若完全依靠此項(xiàng)工藝核實(shí)后鍍膜，基本無(wú)法使表面薄膜均勻度滿足既定標(biāo)準(zhǔn)。而離子密度與磁場(chǎng)強(qiáng)度呈正比，為處理此類不良現(xiàn)象，由此衍生出多靶的非平衡工藝?？山Y(jié)合對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁極實(shí)際布局狀況，把系統(tǒng)整體分成兩類，根據(jù)實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果可得，多靶型的非平衡工藝可以呈現(xiàn)較好的加工效果，沉積速度高，薄膜的質(zhì)量可以達(dá)到應(yīng)用需要，因此，此項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用頻率相對(duì)偏高。

（三）脈沖磁控

脈沖包括單向和雙向兩種。其中的雙向脈沖運(yùn)動(dòng)存在周期性，且在不同的正負(fù)運(yùn)作空間內(nèi)也呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)。通常情況下，電壓處于四百之五百伏的范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)形成方波脈沖，振動(dòng)的頻率處于中間水平，通常處于二十至二百千赫茲，能合理規(guī)避部分不良反應(yīng)。同時(shí)，使其中的負(fù)偏壓施加于襯底，能實(shí)現(xiàn)把控此空間內(nèi)電流密度的目的，正是有該項(xiàng)工藝有此種性質(zhì)，才能借此實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜質(zhì)量的提升，以縮短對(duì)于襯底方面的處理周期[1]。

（四）高速頻磁控及自濺射

此類鍍膜工藝在近幾年的應(yīng)用前景較佳，并得到鍍膜領(lǐng)域的關(guān)注。此項(xiàng)工藝施展的要求相對(duì)偏低，且最后呈現(xiàn)的處理效果較好。在實(shí)際處理期間，基本在不借助惰性氣體的情況下，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜的合理性優(yōu)化，切實(shí)提升鍍膜工序的質(zhì)量。同時(shí)由于惰性氣體的使用量大幅度降低，所以也能起到控制污染的作用，降低對(duì)自然生態(tài)的破壞程度。另外，因?yàn)榇隧?xiàng)工藝可加工出全膜的材料，所以由此衍生出更為完善的鍍膜技術(shù)?；诟咚兕l濺射及自濺射，由于對(duì)應(yīng)氣體無(wú)過(guò)高的標(biāo)準(zhǔn)，在部分加工項(xiàng)目中完全無(wú)需使用，所以運(yùn)用的系統(tǒng)內(nèi)部壓強(qiáng)和其他工藝下的壓強(qiáng)相比遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，而為確保系統(tǒng)運(yùn)作期間可以一直放電，便需保證壓強(qiáng)不能小于0.1Pa，尤其應(yīng)當(dāng)關(guān)注的是，在此期間基體的溫度會(huì)有所提高，因此，要做好冷卻措施。

（五）反應(yīng)磁控

現(xiàn)如今，此項(xiàng)工藝在表面處理項(xiàng)目中的運(yùn)用頻率較高，其實(shí)施是利用靶材和氣體接觸發(fā)生反應(yīng)，由此形成薄膜。此過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的濺射現(xiàn)象存在危險(xiǎn)性，其中的部分材料難以一次完成濺射。同時(shí)，此過(guò)程中的反應(yīng)現(xiàn)象會(huì)被其他因素干擾，而正位電和陰極區(qū)域的電位具有此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，甚至可能會(huì)出現(xiàn)零的狀態(tài)。造成濺射運(yùn)動(dòng)暫停。

（六）中頻磁控

通過(guò)調(diào)整直流電，借助交流電實(shí)施濺射反應(yīng)。在特定的情況下，電源頻率和實(shí)際可獲取的能量呈反比，正離子可在真空空間中進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)，由此便會(huì)干擾到濺射的情況。因此，應(yīng)當(dāng)管控電源的產(chǎn)出頻率，以維護(hù)系統(tǒng)的工作的穩(wěn)定性。實(shí)際的常見(jiàn)應(yīng)用有孿生靶，切實(shí)保證濺射期間的平穩(wěn)程度。

三、磁控濺射鍍膜工藝的發(fā)展趨勢(shì)

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)體系，且磁控的鍍膜新工藝也有所開(kāi)發(fā)，各類低壓濺射、脈沖技術(shù)已經(jīng)是鍍膜行業(yè)相關(guān)人士分析探索的重點(diǎn)之一。在傳統(tǒng)的濺射鍍膜工藝中，低壓濺射主要的不足體現(xiàn)在氣體分子和電子直接接觸的機(jī)率不高，難以保證靶材的表面達(dá)到既定標(biāo)準(zhǔn)，造成后續(xù)的沉積工序無(wú)法推進(jìn)。但借助合理的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，能擴(kuò)大電子的運(yùn)動(dòng)范圍，即上文提到的非平衡工藝，能達(dá)到于10-2帕的真空環(huán)境中完成濺射沉積。同時(shí)，借助外部的電磁場(chǎng)調(diào)整電子活動(dòng)狀態(tài)，能達(dá)到在壓強(qiáng)偏低的環(huán)境下完成所需的濺射沉積。而高速沉積能控制氣體的使用量，保證加工效率的同時(shí)，還能形成新的薄膜。現(xiàn)如今，此類沉積已然達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)等離子濃度高于每平方厘米100W，沉積的速度也高于每分鐘 [2]。由此可見(jiàn)，此項(xiàng)工藝能夠替代常規(guī)的鍍膜工藝，擁有較好的發(fā)展前景。

磁控型的鍍膜工藝和其他類型的表面項(xiàng)目工藝相融合是此類技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之一。即使當(dāng)前實(shí)際運(yùn)用的工藝本身具備較多優(yōu)勢(shì)，但從行業(yè)整體的角度來(lái)看，應(yīng)用比例偏小，以往的鍍膜工藝依舊占據(jù)大多數(shù)的份額。另外，制約此類技術(shù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)在于有色金屬，如銅、鈦鎢等，難以達(dá)到較高的硬度，一旦基底過(guò)軟，便無(wú)法承擔(dān)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中的壓力。此方面需加以優(yōu)化改良。

結(jié)束語(yǔ)：現(xiàn)如今，磁控濺射工藝已然得到較好的改進(jìn)，但若想達(dá)到新時(shí)代對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，仍有進(jìn)步的空間。例如，應(yīng)用設(shè)施的造價(jià)和工作狀態(tài)的持續(xù)性等方面需要進(jìn)一步優(yōu)化。希望此項(xiàng)技術(shù)得以深度發(fā)展，使部分工業(yè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)更大提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]張恒，嚴(yán)由春，姜文，等.磁控濺射鍍膜技術(shù)在鋁合金制品裝飾鍍中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造工程，2018（06）：86-90.

[2]王德山，陳尤旭，胡兵兵.復(fù)雜腔體件表面磁控濺射鍍膜關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].現(xiàn)代機(jī)械，2018（01）：80-83.

作者簡(jiǎn)介：

姓名（孫毅）性別（男）出生年（1989.03.20），籍貫到市（安徽省蚌埠市）民族（漢）職稱（助理工程師）學(xué)歷（?？疲┭芯糠较颍ù趴貫R射鍍膜）

（中電科儀器儀表有限公司 ?山東省青島市 266555）