由(you)于CVD法處理溫(wen)度太高，零件基體(ti)需承(cheng)受相(xiang)當(dang)高的沉積(ji)溫(wen)度，易產(chan)生變形和基體(ti)組織(zhi)變化，導致其力學性能降低，需在CVD沉積(ji)后進行熱處理，增(zeng)大了生產(chan)成(cheng)本，因此(ci)在應用(yong)上(shang)受到一定(ding)的限(xian)制。
PVD以各種物理方法產生的原子或分子沉(chen)積(ji)在基材上形成外加覆蓋層，工件沉(chen)積(ji)溫度一(yi)般不(bu)(bu)超過600℃。不(bu)(bu)銹鋼(gang)沉(chen)積(ji)后通常都無需進(jin)行熱處理，因而其應用比化學氣相沉(chen)積(ji)廣。
物理(li)氣相沉(chen)積(ji)可分為真空蒸(zheng)鍍(du)、陰(yin)極(ji)濺射和離子鍍(du)三(san)類。與CVD法相比(bi)，PVD的(de)主要(yao)優點是處理(li)溫度較(jiao)(jiao)低、沉(chen)積(ji)速度較(jiao)(jiao)快、無公害等，因而有很高(gao)(gao)的(de)實用價值；其不(bu)足之處是沉(chen)積(ji)層(ceng)與工件的(de)結(jie)合(he)力較(jiao)(jiao)小，鍍(du)層(ceng)的(de)均勻性(xing)稍(shao)差。此(ci)外，它的(de)設備造(zao)價高(gao)(gao)，操作(zuo)、維護的(de)技術要(yao)求也(ye)較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)。
一、真空蒸鍍
在高真空(kong)中使金屬、合(he)金或化合(he)物(wu)蒸(zheng)發，然后凝聚在基體(ti)表面的方法叫作真空(kong)蒸(zheng)鍍。真空(kong)蒸(zheng)鍍裝置見圖3-14。
被沉積的材料(liao)(liao)（如TiC）置(zhi)于裝有加(jia)熱系(xi)統的坩堝中，被鍍基體置(zhi)于蒸發源前面。當真空度達到0.13Pa時(shi)，加(jia)熱坩堝使(shi)材料(liao)(liao)蒸發，所(suo)產(chan)生(sheng)的蒸氣以凝(ning)集的形式沉積在(zai)物(wu)體上形成涂層(ceng)。
基(ji)板入槽前要(yao)進行充分的清(qing)洗，在蒸鍍(du)(du)時，一般在基(ji)板背(bei)面設置(zhi)一個加熱(re)器，使(shi)基(ji)板保(bao)持適當溫度，使(shi)鍍(du)(du)層和基(ji)層之間形成薄(bo)的擴散(san)層，以增大結(jie)合力。
蒸(zheng)發用熱源(yuan)主要分三類：電阻(zu)加(jia)熱源(yuan)、電子(zi)束(shu)加(jia)熱源(yuan)和高頻(pin)感應加(jia)熱源(yuan)。最(zui)近還采(cai)用了激光蒸(zheng)鍍法(fa)和離子(zi)蒸(zheng)鍍法(fa)。
蒸鍍過程(cheng)：
a. 首先對真空(kong)裝置及被鍍零件進行(xing)處理，去掉污(wu)物、灰(hui)塵和(he)油漬等。
b. 把清洗過的零件裝(zhuang)入鍍(du)槽的支(zhi)架上。
c. 補(bu)足蒸發(fa)物質。
d. 抽真空(kong)，先用回轉泵(beng)抽至13.3Pa，再用擴散泵(beng)抽至133×10-6Pa。
e. 在高(gao)真空(kong)下對零件加熱，目的(de)是去除水分（150℃）和增加結合力(300~400℃)。
f. 對蒸(zheng)鍍通電(dian)加熱(re)，達到厚度(du)后停(ting)電(dian)。
g. 停鍍后，需在(zai)真空(kong)條件下(xia)放置15～30min，使之(zhi)冷卻到(dao)100℃左右(you)。
h. 關閉真空閥(fa)，導(dao)入空氣，取(qu)出模具(ju)。
二、陰極濺(jian)射
陰極濺射(she)即用(yong)荷能粒子轟擊某一靶材（陰極），使靶材表面的原子以一定(ding)能量逸出，然(ran)后在表面沉(chen)積的過程。
濺射過程：用沉積的材料（如(ru)TiC）作(zuo)陰極(ji)靶，并接入1～3kV的直(zhi)流負(fu)高(gao)壓，
在(zai)真空室內(nei)通入壓力為0.133～13.3Pa的氬(ya)氣(qi)（作為工(gong)(gong)作氣(qi)體）。在(zai)電場(chang)的作用下，氬(ya)氣(qi)電離后產(chan)生的氬(ya)離子轟(hong)擊陰(yin)(yin)極(ji)(ji)靶面(mian)，濺(jian)射(she)出的靶材原子或分子以一定的速度(du)落在(zai)工(gong)(gong)件表(biao)面(mian)產(chan)生沉積，并使工(gong)(gong)件受(shou)熱。濺(jian)射(she)時工(gong)(gong)件的溫(wen)度(du)可達500℃左(zuo)右(you)。圖(tu)3-15是陰(yin)(yin)極(ji)(ji)濺(jian)射(she)系統簡圖(tu)。
當接通高壓電(dian)(dian)源時，陰極(ji)發出的電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)在電(dian)(dian)場的作用(yong)下會跑(pao)向(xiang)陽(yang)極(ji)，速度(du)在電(dian)(dian)場中(zhong)不(bu)(bu)斷增加。剛離(li)開陰極(ji)的電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)能量(liang)很低，不(bu)(bu)足(zu)以引起(qi)氣(qi)體原(yuan)子(zi)(zi)(zi)的變化(hua)，所以附近為(wei)暗(an)區(qu)(qu)(qu)。在稍遠的位置，當電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)的能力(li)足(zu)以使氣(qi)體原(yuan)子(zi)(zi)(zi)激(ji)(ji)發時就產生(sheng)輝(hui)(hui)光(guang)，形成陰極(ji)輝(hui)(hui)光(guang)區(qu)(qu)(qu)。越過(guo)這一區(qu)(qu)(qu)域(yu)，電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)能量(liang)進一步增加，就會引起(qi)氣(qi)體原(yuan)子(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)離(li)，從而產生(sheng)大量(liang)的離(li)子(zi)(zi)(zi)與低速電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)。此(ci)過(guo)程不(bu)(bu)發光(guang)，這一區(qu)(qu)(qu)域(yu)為(wei)陰極(ji)暗(an)區(qu)(qu)(qu)。低速電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)在此(ci)后向(xiang)陽(yang)極(ji)的運動過(guo)程中(zhong)，也會被(bei)加速激(ji)(ji)發氣(qi)體原(yuan)子(zi)(zi)(zi)而發光(guang)，形成負(fu)輝(hui)(hui)光(guang)區(qu)(qu)(qu)。在負(fu)輝(hui)(hui)光(guang)區(qu)(qu)(qu)和(he)陽(yang)極(ji)之(zhi)間，還有幾個陰暗(an)相同的區(qu)(qu)(qu)域(yu)，但(dan)它們與濺射離(li)子(zi)(zi)(zi)產生(sheng)的關系不(bu)(bu)大，只(zhi)起(qi)導電(dian)(dian)作用(yong)。
濺(jian)射下來的(de)材料原子(zi)(zi)具有10～35eV的(de)功能，比(bi)蒸鍍(du)時的(de)原子(zi)(zi)動能大得多，因而濺(jian)射膜(mo)的(de)結合(he)力也比(bi)蒸鍍(du)膜(mo)大。
濺(jian)射性能(neng)取決于所用(yong)的(de)(de)氣體、離(li)子(zi)的(de)(de)能(neng)量及轟擊(ji)所用(yong)的(de)(de)材(cai)料等(deng)。離(li)子(zi)轟擊(ji)所產生(sheng)的(de)(de)投射作用(yong)可用(yong)于任(ren)何類型的(de)(de)材(cai)料，難(nan)熔材(cai)料W、Ta、C、Mo、WC、TiC、TiN也能(neng)像(xiang)低熔點(dian)材(cai)料一樣容易(yi)被沉積。濺(jian)射出的(de)(de)合(he)金組成常常與靶的(de)(de)成分相當。
濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)的(de)(de)工藝很(hen)多，如(ru)果按(an)電極的(de)(de)構造及其配置(zhi)方(fang)法(fa)進(jin)行分(fen)類，具有代表性(xing)的(de)(de)有：二極濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)、三極濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)、磁控濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)、對(dui)置(zhi)濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)、離子束濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)和吸收(shou)濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)等。常用的(de)(de)是磁控濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)，目前已開(kai)發了(le)多種磁控濺(jian)(jian)射(she)(she)(she)(she)裝置(zhi)。
常(chang)用的磁控(kong)高速濺射方法的工(gong)(gong)作原理為：用氬氣(qi)(qi)作為工(gong)(gong)作氣(qi)(qi)體，充氬氣(qi)(qi)后反應(ying)室內的壓(ya)力為2.6～1.3Pa，以欲沉(chen)(chen)積(ji)的金屬和(he)化合物(wu)為靶（如Ti、TiC、TiN），在靶附(fu)近(jin)設置與靶平面平行的磁場，另在靶和(he)工(gong)(gong)件之間設置陽極以防工(gong)(gong)件過熱。磁場導致靶附(fu)近(jin)等離(li)子密度(du)（即金屬離(li)化率(lv)）提(ti)高，從而提(ti)高濺射與沉(chen)(chen)積(ji)速率(lv)。
磁控濺射效率高，成膜速(su)度快（可達2μm／min），而且基(ji)板溫度低。因此，此法適應(ying)性廣，可沉積(ji)(ji)純金(jin)屬、合金(jin)或化合物(wu)。例如以鈦(tai)為靶，引入氮或碳氫化合物(wu)氣體可分別沉積(ji)(ji)TiN、TiC等。
三、離子鍍
近年(nian)來研究開發的(de)(de)離(li)子鍍(du)(du)在零件表面強化方面獲得應(ying)(ying)用，效果較顯著。所謂離(li)子鍍(du)(du)是(shi)蒸鍍(du)(du)和(he)濺射鍍(du)(du)相結合的(de)(de)技術。它既保(bao)留了CVD的(de)(de)本(ben)質，又具(ju)(ju)有PVD的(de)(de)優點(dian)。離(li)子鍍(du)(du)零件具(ju)(ju)有結合力強、均鍍(du)(du)能力好(hao)、被鍍(du)(du)基(ji)體材料(liao)和(he)鍍(du)(du)層材料(liao)可以(yi)廣泛搭配(pei)等優點(dian)，因(yin)此獲得較廣泛的(de)(de)應(ying)(ying)用。圖3-16是(shi)離(li)子鍍(du)(du)系統(tong)示(shi)意圖。
離子(zi)鍍的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)本原(yuan)理(li)是借助于一(yi)(yi)種(zhong)惰(duo)性氣體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)輝光放(fang)電(dian)(dian)(dian)使金屬(shu)或合金蒸(zheng)氣離子(zi)化。離子(zi)經(jing)電(dian)(dian)(dian)場加速而沉(chen)積在(zai)帶(dai)負電(dian)(dian)(dian)荷的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)體(ti)上。惰(duo)性氣體(ti)一(yi)(yi)般采(cai)用氬氣，壓(ya)(ya)力為0.133～1.33Pa，兩極(ji)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)在(zai)500～2000V之(zhi)間。離子(zi)鍍包(bao)括鍍膜材料（如TiC、TiN）的(de)(de)(de)(de)(de)受熱、蒸(zheng)發(fa)(fa)、沉(chen)積過程。蒸(zheng)發(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)鍍膜材料原(yuan)子(zi)在(zai)經(jing)過輝光區時(shi)，一(yi)(yi)小部(bu)分發(fa)(fa)生電(dian)(dian)(dian)離，并在(zai)電(dian)(dian)(dian)場的(de)(de)(de)(de)(de)作用下(xia)飛向工(gong)(gong)件(jian)，以幾(ji)千(qian)電(dian)(dian)(dian)子(zi)伏的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)量射(she)到工(gong)(gong)件(jian)表面(mian)，可以打入(ru)基(ji)體(ti)約(yue)幾(ji)納(na)米的(de)(de)(de)(de)(de)深(shen)度，從(cong)而大大提高了鍍層的(de)(de)(de)(de)(de)結合力。而未經(jing)電(dian)(dian)(dian)離的(de)(de)(de)(de)(de)蒸(zheng)發(fa)(fa)材料原(yuan)子(zi)直(zhi)接在(zai)工(gong)(gong)件(jian)上沉(chen)積成膜。惰(duo)性氣體(ti)離子(zi)與鍍膜材料離子(zi)在(zai)基(ji)板表面(mian)上發(fa)(fa)生的(de)(de)(de)(de)(de)濺射(she)還可以清除工(gong)(gong)件(jian)表面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)污染物，從(cong)而改(gai)善(shan)結合力。
如果提高(gao)金屬(shu)蒸氣原(yuan)子(zi)的(de)(de)離(li)(li)(li)(li)子(zi)化程度，可以增加(jia)鍍(du)層(ceng)的(de)(de)結合力(li)，為此發展了(le)一系列的(de)(de)離(li)(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)設備和方法(fa)，如高(gao)頻離(li)(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)、空心陰極放電離(li)(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)、熱陰極離(li)(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)、感應(ying)加(jia)熱離(li)(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)、活性化蒸發離(li)(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)及低壓等(deng)(deng)離(li)(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)等(deng)(deng)。近年來，多弧離(li)(li)(li)(li)子(zi)鍍(du)由于設備結構(gou)簡單、操(cao)作方便、鍍(du)層(ceng)均勻、生產率高(gao)，而受(shou)到(dao)人(ren)們的(de)(de)重視。其工(gong)作原(yuan)理和特點(dian)是：
a. 將被蒸(zheng)發膜材料制成陰極靶即弧(hu)蒸(zheng)發源(yuan)(yuan)，該(gai)蒸(zheng)發源(yuan)(yuan)為固態(tai)，可在真(zhen)空內任意方位布置，也(ye)可多源(yuan)(yuan)聯(lian)合工作，有(you)利大件鍍膜。
b. 弧(hu)蒸(zheng)發(fa)源(yuan)接(jie)電(dian)源(yuan)負(fu)極，真空(kong)室外殼接(jie)正(zheng)極，調整(zheng)工作(zuo)(zuo)電(dian)流，靶材表面進行弧(hu)光放電(dian)，同(tong)時(shi)蒸(zheng)發(fa)出大量陰極金屬(shu)蒸(zheng)氣，其中(zhong)部分發(fa)生電(dian)離(li)并在(zai)基(ji)板負(fu)偏壓的吸引(yin)下轟擊(ji)工件表面，從而起到潔凈工件表面的作(zuo)(zuo)用和(he)使(shi)工件的溫(wen)度(du)升高達到沉積所需溫(wen)度(du)。此后，逐漸(jian)降低(di)基(ji)板負(fu)壓氣化了(le)的靶粒子飛(fei)向基(ji)板形成鍍膜(mo)。如果同(tong)時(shi)通入(ru)適(shi)當流量的反應氣體(ti)(ti)，即(ji)可在(zai)工件表面沉積得(de)到化合物膜(mo)層。從以上鍍膜(mo)過(guo)程(cheng)看，弧(hu)蒸(zheng)發(fa)源(yuan)既是(shi)蒸(zheng)發(fa)器又是(shi)離(li)化源(yuan)，無需增(zeng)加(jia)輔助離(li)化源(yuan)，也(ye)無需通入(ru)惰性氣體(ti)(ti)轟擊(ji)清(qing)洗工件，并且不(bu)需要烘(hong)烤(kao)裝置，設備簡(jian)單(dan)、工藝穩定(ding)。
c. 多弧(hu)離子鍍離化率(lv)高達60％～90％，有利于(yu)改善膜層的質(zhi)量，特別適用于(yu)活性(xing)反應沉積化合(he)物膜層。
d. 多弧(hu)蒸發源在蒸發陰極(ji)材料時，往往有液(ye)滴(di)沉積在工(gong)件表面，造成工(gong)件表面具(ju)有較高的表面粗(cu)糙度值(zhi)。所以減少(shao)和細化蒸發材料液(ye)滴(di)是(shi)當前多弧(hu)離子鍍工(gong)藝的關鍵(jian)問(wen)題。
離(li)子鍍(du)(du)除了具(ju)有鍍(du)(du)層結合(he)力(li)強(qiang)的特點之外，還具(ju)有如下(xia)優(you)點：離(li)子繞射性(xing)強(qiang)，沒有明顯的方向性(xing)沉積(ji)，工件的各個表面(mian)都能鍍(du)(du)上；鍍(du)(du)層均勻性(xing)好，并且具(ju)有較高的致(zhi)密度和(he)細的晶粒(li)度，即(ji)使(shi)經鏡面(mian)研磨(mo)過的工件，進行離(li)子鍍(du)(du)后，表面(mian)依然光潔致(zhi)密，無(wu)需再作(zuo)研磨(mo)。
總之(zhi)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)PVD技術可(ke)以在(zai)各(ge)種(zhong)材料(liao)上沉積(ji)致(zhi)密、光(guang)滑、高精度的(de)化合物（如(ru)TiC、TiN）鍍層(ceng)，所(suo)以十(shi)分適合模具的(de)表(biao)面熱處(chu)(chu)理(li)(li)。目前，應用(yong)(yong)(yong)PVD法(fa)(fa)沉積(ji)TiC、TiN等鍍層(ceng)已在(zai)生產中獲得應用(yong)(yong)(yong)。例(li)如(ru)Cr12MoV鋼制(zhi)油開關精制(zhi)沖(chong)模，經PVD法(fa)(fa)沉積(ji)后(hou)(hou)，表(biao)面硬(ying)度為2500～3000HV，摩擦因數減(jian)小(xiao)，抗(kang)粘著和抗(kang)咬合性(xing)改善，模具原使(shi)用(yong)(yong)(yong)1～3萬次即要刃磨(mo)，經PVD法(fa)(fa)處(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)，使(shi)用(yong)(yong)(yong)10萬次不需(xu)刃磨(mo)，尺寸無變化，仍可(ke)使(shi)用(yong)(yong)(yong)；用(yong)(yong)(yong)于沖(chong)壓和擠壓粘性(xing)材料(liao)的(de)冷(leng)作模具，采(cai)用(yong)(yong)(yong)PVD法(fa)(fa)處(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)(hou)，其使(shi)用(yong)(yong)(yong)壽命大為提高，從發(fa)展趨勢來看，PVD法(fa)(fa)將成為模具表(biao)面處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)主要技術方(fang)法(fa)(fa)之(zhi)一。表(biao)3-40列出了三種(zhong)PVD法(fa)(fa)與CVD法(fa)(fa)的(de)特(te)性(xing)比(bi)較，供(gong)選(xuan)用(yong)(yong)(yong)時參考。
目前(qian)(qian)應用PVD法沉積TiC、TiN等鍍層已(yi)在生產中得到推(tui)廣應用，同時在TiN基礎上發展起來的多(duo)元膜(mo)，如（Ti、Al）N、（Ti、Cr）N等，性能優于TiN，是一種更(geng)有前(qian)(qian)途的新型薄膜(mo)。
