由(you)于CVD法處理(li)溫度太高，零件基體需承受(shou)相(xiang)當高的沉(chen)積溫度，易產生變(bian)形和基體組織變(bian)化，導致其(qi)力學(xue)性能降(jiang)低，需在CVD沉(chen)積后進行熱處理(li)，增大了生產成本，因此在應用(yong)上受(shou)到一定的限制。
PVD以各種物(wu)理(li)方法(fa)產生(sheng)的原子(zi)或分子(zi)沉(chen)積(ji)(ji)在基材上形成外加覆蓋層，工(gong)件沉(chen)積(ji)(ji)溫度(du)一般不超過(guo)600℃。不銹鋼沉(chen)積(ji)(ji)后通常都(dou)無需進行熱處理(li)，因而(er)其(qi)應(ying)用比化學氣相沉(chen)積(ji)(ji)廣(guang)。
物理氣相沉(chen)積(ji)可分為(wei)真空(kong)蒸(zheng)鍍(du)(du)、陰極濺射和離子鍍(du)(du)三類。與CVD法(fa)相比，PVD的(de)(de)主要優(you)點是處(chu)理溫度較(jiao)低、沉(chen)積(ji)速度較(jiao)快、無公害等，因(yin)而(er)有很高(gao)的(de)(de)實(shi)用(yong)價(jia)值；其(qi)不足之(zhi)處(chu)是沉(chen)積(ji)層與工件的(de)(de)結(jie)合力較(jiao)小(xiao)，鍍(du)(du)層的(de)(de)均勻(yun)性稍差。此(ci)外(wai)，它(ta)的(de)(de)設備造價(jia)高(gao)，操作、維護的(de)(de)技術要求也(ye)較(jiao)高(gao)。
一、真空蒸鍍(du)
在高(gao)真(zhen)空(kong)(kong)中使金屬、合(he)金或化(hua)合(he)物蒸發，然后凝(ning)聚(ju)在基體(ti)表面(mian)的方法叫作真(zhen)空(kong)(kong)蒸鍍。真(zhen)空(kong)(kong)蒸鍍裝(zhuang)置見圖(tu)3-14。
被沉積(ji)的材(cai)料（如TiC）置于裝有加熱系(xi)統的坩(gan)堝中(zhong)，被鍍基體(ti)置于蒸(zheng)(zheng)發(fa)源前面(mian)。當(dang)真空度達到0.13Pa時(shi)，加熱坩(gan)堝使材(cai)料蒸(zheng)(zheng)發(fa)，所產生的蒸(zheng)(zheng)氣以凝集的形(xing)式沉積(ji)在物體(ti)上形(xing)成涂層。
基(ji)板(ban)入(ru)槽前要進行充分的清洗，在蒸鍍時(shi)，一般在基(ji)板(ban)背(bei)面設置一個加熱器，使基(ji)板(ban)保持(chi)適(shi)當(dang)溫度(du)，使鍍層和基(ji)層之間形成薄的擴散層，以增大結合力。
蒸(zheng)發用熱(re)(re)源(yuan)主(zhu)要分三類：電(dian)(dian)阻加(jia)熱(re)(re)源(yuan)、電(dian)(dian)子(zi)束加(jia)熱(re)(re)源(yuan)和高(gao)頻感應(ying)加(jia)熱(re)(re)源(yuan)。最近還(huan)采用了激光(guang)蒸(zheng)鍍(du)法(fa)和離子(zi)蒸(zheng)鍍(du)法(fa)。
蒸鍍過程：
a. 首先對真空裝置及(ji)被(bei)鍍零件進行處理，去掉污物(wu)、灰(hui)塵和油(you)漬等。
b. 把清洗過的(de)零件裝入鍍(du)槽的(de)支架上。
c. 補(bu)足蒸發(fa)物質。
d. 抽真空，先用回轉泵抽至(zhi)13.3Pa，再用擴散泵抽至(zhi)133×10-6Pa。
e. 在高真空下(xia)對零件加(jia)熱(re)，目的是去(qu)除(chu)水分（150℃）和增加(jia)結合力(300~400℃)。
f. 對蒸鍍通(tong)電加熱，達到厚度后停電。
g. 停(ting)鍍后，需在(zai)真空條件下放置15～30min，使之冷(leng)卻到(dao)100℃左(zuo)右。
h. 關閉真空閥，導(dao)入空氣，取出模具。
二、陰(yin)極濺射
陰極濺射即(ji)用荷能(neng)粒子轟擊某一(yi)靶材(cai)（陰極），使靶材(cai)表面的(de)原子以一(yi)定能(neng)量逸(yi)出，然(ran)后在表面沉積(ji)的(de)過程。
濺射(she)過程：用沉積的材料(liao)（如TiC）作陰極靶，并接入1～3kV的直流負(fu)高壓，
在(zai)真空室內通入壓力為0.133～13.3Pa的(de)氬(ya)氣(qi)（作(zuo)為工作(zuo)氣(qi)體）。在(zai)電(dian)場的(de)作(zuo)用下(xia)，氬(ya)氣(qi)電(dian)離(li)后產生的(de)氬(ya)離(li)子轟擊陰極靶面，濺(jian)射出的(de)靶材原子或分子以一定(ding)的(de)速(su)度落(luo)在(zai)工件表面產生沉積，并(bing)使(shi)工件受熱(re)。濺(jian)射時工件的(de)溫(wen)度可達500℃左(zuo)右。圖3-15是陰極濺(jian)射系統(tong)簡圖。
當接通高壓電(dian)(dian)(dian)源(yuan)時(shi)，陰極(ji)發(fa)(fa)出的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)在(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)場的(de)(de)作用下會跑向陽極(ji)，速(su)(su)度在(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)場中不斷增加(jia)。剛(gang)離(li)開陰極(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)能量很低，不足以引(yin)起氣(qi)體(ti)(ti)原(yuan)子(zi)的(de)(de)變化，所(suo)以附(fu)近為暗(an)(an)區(qu)(qu)。在(zai)(zai)稍遠(yuan)的(de)(de)位置(zhi)，當電(dian)(dian)(dian)子(zi)的(de)(de)能力(li)足以使氣(qi)體(ti)(ti)原(yuan)子(zi)激發(fa)(fa)時(shi)就產(chan)生輝光(guang)，形成陰極(ji)輝光(guang)區(qu)(qu)。越過(guo)這一(yi)區(qu)(qu)域(yu)，電(dian)(dian)(dian)子(zi)能量進(jin)一(yi)步增加(jia)，就會引(yin)起氣(qi)體(ti)(ti)原(yuan)子(zi)電(dian)(dian)(dian)離(li)，從(cong)而(er)(er)產(chan)生大(da)(da)量的(de)(de)離(li)子(zi)與低速(su)(su)電(dian)(dian)(dian)子(zi)。此(ci)過(guo)程(cheng)不發(fa)(fa)光(guang)，這一(yi)區(qu)(qu)域(yu)為陰極(ji)暗(an)(an)區(qu)(qu)。低速(su)(su)電(dian)(dian)(dian)子(zi)在(zai)(zai)此(ci)后向陽極(ji)的(de)(de)運動過(guo)程(cheng)中，也會被(bei)加(jia)速(su)(su)激發(fa)(fa)氣(qi)體(ti)(ti)原(yuan)子(zi)而(er)(er)發(fa)(fa)光(guang)，形成負(fu)輝光(guang)區(qu)(qu)。在(zai)(zai)負(fu)輝光(guang)區(qu)(qu)和陽極(ji)之間，還有幾(ji)個陰暗(an)(an)相同的(de)(de)區(qu)(qu)域(yu)，但它(ta)們與濺射(she)離(li)子(zi)產(chan)生的(de)(de)關系不大(da)(da)，只起導(dao)電(dian)(dian)(dian)作用。
濺射下來的(de)材料原子具有10～35eV的(de)功能，比蒸鍍時的(de)原子動能大得(de)多，因而濺射膜的(de)結合力也比蒸鍍膜大。
濺射性(xing)能(neng)取決(jue)于(yu)所用的(de)氣體、離(li)子的(de)能(neng)量及轟擊所用的(de)材料(liao)等。離(li)子轟擊所產(chan)生的(de)投(tou)射作用可(ke)用于(yu)任何(he)類型(xing)的(de)材料(liao)，難熔材料(liao)W、Ta、C、Mo、WC、TiC、TiN也能(neng)像低熔點材料(liao)一(yi)樣(yang)容易(yi)被(bei)沉積。濺射出的(de)合金(jin)組成常(chang)常(chang)與靶的(de)成分相(xiang)當。
濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)的工藝(yi)很多，如果按電極的構(gou)造及其(qi)配置(zhi)方法進行分類(lei)，具有代表性的有：二(er)極濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)、三(san)極濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)、磁(ci)控(kong)濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)、對置(zhi)濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)、離子束濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)和吸收濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)等。常用的是磁(ci)控(kong)濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)，目前(qian)已開發了(le)多種(zhong)磁(ci)控(kong)濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)裝置(zhi)。
常(chang)用的(de)(de)磁(ci)控高(gao)速濺射方法的(de)(de)工(gong)作原理為(wei)：用氬(ya)氣(qi)作為(wei)工(gong)作氣(qi)體，充氬(ya)氣(qi)后反應室內(nei)的(de)(de)壓力為(wei)2.6～1.3Pa，以欲(yu)沉(chen)積(ji)的(de)(de)金(jin)屬(shu)和(he)化合物為(wei)靶(ba)(ba)（如Ti、TiC、TiN），在靶(ba)(ba)附近(jin)設置與(yu)靶(ba)(ba)平面平行的(de)(de)磁(ci)場(chang)，另在靶(ba)(ba)和(he)工(gong)件之間設置陽極以防工(gong)件過熱。磁(ci)場(chang)導致靶(ba)(ba)附近(jin)等(deng)離子密度（即(ji)金(jin)屬(shu)離化率(lv)）提(ti)高(gao)，從而提(ti)高(gao)濺射與(yu)沉(chen)積(ji)速率(lv)。
磁控(kong)濺射效率(lv)高，成膜速(su)度(du)(du)快（可(ke)達(da)2μm／min），而(er)且基板溫度(du)(du)低。因此(ci)，此(ci)法適應(ying)性(xing)廣，可(ke)沉積純(chun)金屬(shu)、合金或化合物。例如以鈦為靶，引入氮或碳氫化合物氣體可(ke)分別(bie)沉積TiN、TiC等。
三、離子鍍
近年來研究開(kai)發的(de)離子(zi)鍍(du)(du)(du)在零件表面強(qiang)化(hua)方面獲得應用(yong)，效(xiao)果較顯著。所謂離子(zi)鍍(du)(du)(du)是蒸(zheng)鍍(du)(du)(du)和濺射鍍(du)(du)(du)相(xiang)結(jie)合的(de)技術。它既保留了CVD的(de)本質，又具有PVD的(de)優點。離子(zi)鍍(du)(du)(du)零件具有結(jie)合力強(qiang)、均鍍(du)(du)(du)能力好、被鍍(du)(du)(du)基體材(cai)料和鍍(du)(du)(du)層材(cai)料可以廣(guang)泛搭配等優點，因此獲得較廣(guang)泛的(de)應用(yong)。圖3-16是離子(zi)鍍(du)(du)(du)系(xi)統示意圖。
離(li)(li)子(zi)(zi)鍍的(de)(de)基(ji)本原(yuan)理(li)是(shi)借助于一(yi)種惰(duo)性(xing)氣(qi)體的(de)(de)輝光(guang)放電使金屬(shu)或合金蒸(zheng)氣(qi)離(li)(li)子(zi)(zi)化。離(li)(li)子(zi)(zi)經電場加速而(er)沉(chen)積在(zai)(zai)帶負電荷的(de)(de)基(ji)體上(shang)。惰(duo)性(xing)氣(qi)體一(yi)般采用氬氣(qi)，壓力(li)為0.133～1.33Pa，兩極電壓在(zai)(zai)500～2000V之間。離(li)(li)子(zi)(zi)鍍包括鍍膜(mo)材(cai)料(liao)(liao)（如TiC、TiN）的(de)(de)受熱、蒸(zheng)發(fa)(fa)、沉(chen)積過(guo)程。蒸(zheng)發(fa)(fa)的(de)(de)鍍膜(mo)材(cai)料(liao)(liao)原(yuan)子(zi)(zi)在(zai)(zai)經過(guo)輝光(guang)區時，一(yi)小部分發(fa)(fa)生電離(li)(li)，并在(zai)(zai)電場的(de)(de)作用下(xia)飛向(xiang)工(gong)件(jian)(jian)，以(yi)幾千電子(zi)(zi)伏的(de)(de)能量射(she)到工(gong)件(jian)(jian)表面，可以(yi)打入基(ji)體約幾納米的(de)(de)深(shen)度，從而(er)大大提(ti)高了(le)鍍層的(de)(de)結合力(li)。而(er)未經電離(li)(li)的(de)(de)蒸(zheng)發(fa)(fa)材(cai)料(liao)(liao)原(yuan)子(zi)(zi)直接在(zai)(zai)工(gong)件(jian)(jian)上(shang)沉(chen)積成膜(mo)。惰(duo)性(xing)氣(qi)體離(li)(li)子(zi)(zi)與鍍膜(mo)材(cai)料(liao)(liao)離(li)(li)子(zi)(zi)在(zai)(zai)基(ji)板表面上(shang)發(fa)(fa)生的(de)(de)濺射(she)還可以(yi)清除(chu)工(gong)件(jian)(jian)表面的(de)(de)污染物，從而(er)改善結合力(li)。
如果(guo)提高金屬蒸氣原子(zi)(zi)的(de)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)化(hua)程度，可以增(zeng)加(jia)鍍(du)(du)(du)層的(de)結(jie)合力(li)，為(wei)此發(fa)展(zhan)了一系列的(de)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)設(she)備(bei)和方法，如高頻離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)、空心陰極放電離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)、熱(re)陰極離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)、感(gan)應加(jia)熱(re)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)、活性(xing)化(hua)蒸發(fa)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)及(ji)低(di)壓等離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)等。近年來，多弧(hu)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)鍍(du)(du)(du)由于設(she)備(bei)結(jie)構簡單、操作方便、鍍(du)(du)(du)層均勻、生產率高，而(er)受到人們的(de)重視。其(qi)工作原理和特點是：
a. 將被蒸(zheng)發(fa)膜(mo)材料制(zhi)成陰(yin)極靶即弧蒸(zheng)發(fa)源，該蒸(zheng)發(fa)源為固態，可在真(zhen)空內任意方位(wei)布(bu)置，也(ye)可多(duo)源聯(lian)合工作(zuo)，有利(li)大(da)件鍍(du)膜(mo)。
b. 弧(hu)蒸(zheng)(zheng)發源(yuan)(yuan)接(jie)電(dian)源(yuan)(yuan)負(fu)極，真空室外殼接(jie)正(zheng)極，調(diao)整工(gong)作(zuo)電(dian)流，靶材(cai)表(biao)面進(jin)行弧(hu)光放電(dian)，同(tong)時蒸(zheng)(zheng)發出(chu)大(da)量陰極金屬蒸(zheng)(zheng)氣(qi)，其中(zhong)部分發生電(dian)離并在基板(ban)負(fu)偏壓的吸引下轟擊(ji)工(gong)件表(biao)面，從而(er)起(qi)到(dao)(dao)潔凈工(gong)件表(biao)面的作(zuo)用和(he)使工(gong)件的溫度升(sheng)高達到(dao)(dao)沉(chen)積(ji)所需溫度。此后，逐(zhu)漸降低基板(ban)負(fu)壓氣(qi)化了的靶粒子飛向基板(ban)形成(cheng)鍍膜(mo)。如(ru)果同(tong)時通入適當流量的反(fan)應氣(qi)體，即可(ke)在工(gong)件表(biao)面沉(chen)積(ji)得到(dao)(dao)化合(he)物(wu)膜(mo)層(ceng)。從以上鍍膜(mo)過(guo)程看，弧(hu)蒸(zheng)(zheng)發源(yuan)(yuan)既是蒸(zheng)(zheng)發器(qi)又(you)是離化源(yuan)(yuan)，無需增加輔(fu)助離化源(yuan)(yuan)，也無需通入惰性氣(qi)體轟擊(ji)清洗工(gong)件，并且(qie)不需要烘烤裝置，設備簡單、工(gong)藝(yi)穩定。
c. 多弧離子鍍(du)離化率高達60％～90％，有(you)利(li)于(yu)改善膜層的(de)質(zhi)量，特(te)別(bie)適(shi)用于(yu)活性反(fan)應(ying)沉積(ji)化合物膜層。
d. 多(duo)弧(hu)蒸(zheng)發(fa)源(yuan)在蒸(zheng)發(fa)陰極材料(liao)時(shi)，往往有(you)液滴(di)(di)沉積在工(gong)件表面，造成工(gong)件表面具有(you)較高的(de)表面粗糙度值(zhi)。所以(yi)減少和細化蒸(zheng)發(fa)材料(liao)液滴(di)(di)是(shi)當前多(duo)弧(hu)離子鍍(du)工(gong)藝的(de)關(guan)鍵(jian)問(wen)題。
離(li)子(zi)鍍除了具有鍍層結合力(li)強(qiang)的(de)(de)特點之(zhi)外(wai)，還具有如下(xia)優點：離(li)子(zi)繞(rao)射性(xing)強(qiang)，沒有明顯的(de)(de)方向性(xing)沉積，工件的(de)(de)各個表面(mian)(mian)都能鍍上；鍍層均勻性(xing)好，并且具有較高的(de)(de)致(zhi)密度(du)(du)和(he)細的(de)(de)晶粒度(du)(du)，即使經(jing)鏡面(mian)(mian)研(yan)磨(mo)過(guo)的(de)(de)工件，進行離(li)子(zi)鍍后，表面(mian)(mian)依然光潔致(zhi)密，無需(xu)再(zai)作研(yan)磨(mo)。
總之，采(cai)用(yong)PVD技術可以(yi)在各種(zhong)材(cai)(cai)料上沉(chen)積致密、光滑、高(gao)(gao)精度(du)的化(hua)合物（如TiC、TiN）鍍(du)層，所以(yi)十(shi)分適合模(mo)具的表面熱處(chu)理。目前，應用(yong)PVD法(fa)沉(chen)積TiC、TiN等鍍(du)層已在生產中獲得應用(yong)。例如Cr12MoV鋼制(zhi)油開關(guan)精制(zhi)沖模(mo)，經(jing)PVD法(fa)沉(chen)積后(hou)，表面硬度(du)為(wei)2500～3000HV，摩擦因(yin)數減小(xiao)，抗粘著和抗咬合性改善，模(mo)具原(yuan)使(shi)(shi)(shi)用(yong)1～3萬(wan)(wan)次(ci)(ci)即要(yao)刃(ren)磨，經(jing)PVD法(fa)處(chu)理后(hou)，使(shi)(shi)(shi)用(yong)10萬(wan)(wan)次(ci)(ci)不需刃(ren)磨，尺寸(cun)無變化(hua)，仍可使(shi)(shi)(shi)用(yong)；用(yong)于(yu)沖壓(ya)和擠壓(ya)粘性材(cai)(cai)料的冷作模(mo)具，采(cai)用(yong)PVD法(fa)處(chu)理后(hou)，其使(shi)(shi)(shi)用(yong)壽命大為(wei)提高(gao)(gao)，從發(fa)展(zhan)趨勢來看，PVD法(fa)將(jiang)成(cheng)為(wei)模(mo)具表面處(chu)理的主要(yao)技術方法(fa)之一。表3-40列出(chu)了三種(zhong)PVD法(fa)與(yu)CVD法(fa)的特性比(bi)較，供選用(yong)時參考。
目前(qian)應用PVD法沉積TiC、TiN等鍍(du)層已在生產(chan)中得(de)到推廣(guang)應用，同時在TiN基(ji)礎(chu)上發展起(qi)來的(de)多元膜，如（Ti、Al）N、（Ti、Cr）N等，性(xing)能優(you)于(yu)TiN，是(shi)一種更有(you)前(qian)途的(de)新型薄膜。
