Εφαρμογές της επίστρωσης κενού

Εισαγωγή
Το κενό είναι ένα περιβάλλον όπου η πίεση του αερίου είναι μικρότερη από το περιβάλλον. Ένα πλάσμα είναι ένα αέριο περιβάλλον στο οποίο υπάρχουν αρκετά ιόντα και ηλεκτρόνια για να υπάρξει αισθητή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η επίστρωση με κενό είναι η εναπόθεση ενός φιλμ ή μιας επικάλυψης σε περιβάλλον κενού (ή πλάσματος χαμηλής πίεσης). Γενικά, ο όρος εφαρμόζεται σε διαδικασίες που αποθέτουν άτομα (ή μόρια) μία φορά, όπως διαδικασίες φυσικής εναπόθεσης ατμού (PVD) ή χαμηλής πίεσης χημική εναπόθεση ατμού (LP-CVD) ή ενισχυμένο με πλάσμα CVD (PECVD). Στις διεργασίες PVD, το υλικό που αποτίθεται προέρχεται από την εξάτμιση μιας στερεής ή υγρής επιφάνειας. Στις διαδικασίες CVD, το υλικό που εναποτίθεται προέρχεται από ένα πρόδρομο είδος χημικού ατμού που αποσυντίθεται με μείωση ή θερμική αποσύνθεση - κυρίως σε μια θερμή επιφάνεια.

Σε μερικές περιπτώσεις το υλικό που εναποτίθεται αντιδρά με το αέριο περιβάλλον ή ένα είδος που έχει υποβληθεί σε κώδικα για να σχηματίσει ένα φιλμ από ένα σύνθετο υλικό όπως ένα οξείδιο, ένα νιτρίδιο, καρβίδιο ή ένα καρβονιτρίδιο. Στην επεξεργασία CVD, η χρήση ενός πλάσματος για τον τεμαχισμό του πρόδρομου χημικού ατμού στην αέρια φάση επιτρέπει στις διεργασίες αποσύνθεσης ή αναγωγής να προχωρήσουν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες απ 'ό, τι μόνο με τη θερμική ενεργοποίηση. Το PECVD μπορεί να διεξαχθεί σε πιέσεις τόσο χαμηλές όσο εκείνες που χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία PVD (PECVD χαμηλής πίεσης, LP-PECVD), όπου ο ατμός προδρόμου αποσυντίθεται κυρίως στο πλάσμα. Σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιείται μια διαδικασία υβριδικής εναπόθεσης PVD και LP-PECVD για την απόθεση κραμάτων, σύνθετων υλικών ή ενώσεων. Ένα παράδειγμα είναι τα μεταλλικά καρβονιτρίδια όπου ο άνθρακας προέρχεται από ένα πρόδρομο χημικού ατμού όπως το ακετυλένιο. το άζωτο προέρχεται από αέριο. και το μέταλλο από την εξάτμιση, την εκτόξευση ή την εξάτμιση με τόξο μίας στερεής ή υγρής επιφάνειας.

Διακοσμητικά και διακοσμητικά / φθορά επικαλύψεις
Η μεταλλοποίηση για αυστηρά διακοσμητικούς σκοπούς είναι μια μεγάλη αγορά. Οι εφαρμογές ποικίλλουν από επιχρίσματα πολυμερούς επικάλυψης - τα οποία στη συνέχεια μετατρέπονται σε διακοσμητικές χρήσεις όπως μπαλόνια και ετικέτες - στην επιμετάλλωση τρισδιάστατων αντικειμένων, όπως αθλητικά τρόπαια, χυτά ψευδαργύρου και χυτά πολυμερή διακοσμητικά φωτιστικά και καλλυντικά δοχεία. Συχνά, αυτές οι επικαλύψεις συνίστανται από ανακλαστική επίστρωση αλουμινίου που εναποτίθεται σε λεία επίστρωση βάσης και στη συνέχεια επικαλύπτεται με βαμμένο βερνίκι για να δώσει στην επίστρωση το επιθυμητό χρώμα και υφή καθώς και αντοχή στη διάβρωση και φθορά.

Σε μερικές εφαρμογές, επιπλέον των διακοσμητικών πτυχών της επικάλυψης, η επίστρωση απαιτείται να αντέχει τη φθορά. Για παράδειγμα, το νιτρίδιο του τιτανίου (TiN) είναι χρώματος χρυσού και το ανθρακικό άλας του τιτανίου (TiC _x N _y ) μπορεί να ποικίλει σε χρώμα από χρυσό σε μοβ έως μαύρο ανάλογα με τη σύνθεση. Το νιτρίδιο του ζιρκονίου (ZrN) έχει το χρώμα του ορείχαλκου και είναι πολύ πιο ανθεκτικό στη φθορά και το ξύσιμο από το ορείχαλκο. Διακοσμητικά / φθορά επιχρίσματα χρησιμοποιούνται σε υλικό πόρτα, είδη υγιεινής, είδη μόδας, ναυτικό υλικό και άλλες τέτοιες εφαρμογές.

Σκληρές και ανθεκτικές στη φθορά επικαλύψεις
Οι σκληρές επικαλύψεις αποκαλούνται συχνά μεταλλουργικές επικαλύψεις και είναι ένας τύπος τριβολογικής επικάλυψης. Οι σκληρές επικαλύψεις χρησιμοποιούνται για να αυξάνουν την αποδοτικότητα κοπής και τη διάρκεια ζωής των εργαλείων κοπής και να διατηρούν τις ανοχές διαστάσεων των εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπου μπορεί να προκύψει φθορά, όπως τα καλούπια έγχυσης. Επιπλέον, οι επικαλύψεις μπορούν να λειτουργήσουν ως φράγμα διάχυσης όπου οι υψηλές θερμοκρασίες δημιουργούνται από την κίνηση μεταξύ των επιφανειών ή από τη διάβρωση σε επιθετικά περιβάλλοντα. Υπάρχουν διάφορες κατηγορίες σκληρών υλικών επίστρωσης. Περιλαμβάνουν: ιοντικά συνδεδεμένα μεταλλικά οξείδια (Al2O3, ZrO2 και TiO2), ομοιοπολικά συνδεδεμένα υλικά (SiC, άνθρακα βορίου [B4C], διαμάντι, Damond, TiC, AlN, CrC, μικτά κράματα καρβιδίου, κράματα νιτριδίων και καρβονιτριδίων και κυβικό νιτρίδιο του βορίου) και μερικά μεταλλικά κράματα (χαλκό αλουμινίου κοβαλτίου [CoCrAlY], NiAl, NiCrBSi). Σε ορισμένες περιπτώσεις οι επικαλύψεις μπορεί να είναι στρωματοποιημένες για να συνδυάζουν τις ιδιότητες.

Οι σκληρές επικαλύψεις χρησιμοποιούνται επίσης για την ελαχιστοποίηση της φθοράς λόγω κόπωσης, όπως συμβαίνει με τα ρουλεμάν. Ανθεκτικές στην φθορά επιστρώσεις μπορούν επίσης να εφαρμοστούν σε επιφάνειες όπου υπάρχει ένα ελαφρύ ή περιοδικό φορτίο. Για παράδειγμα, οι σκληρές επικαλύψεις εναποτίθενται σε πλαστικά για να βελτιώσουν την αντοχή στις γρατζουνιές. Οι εφαρμογές είναι σε χυτευμένους πλαστικούς φακούς και πλαστικά καλύμματα αεροπλάνων. Σε μερικές περιπτώσεις, φθορά επικαλύψεων, όπως SiO2 ή Al2O3, μπορεί να εφαρμοστεί σε ήδη σκληρές επιφάνειες, όπως το γυαλί, για να αυξηθεί η αντίσταση στις γρατζουνιές.

Αντιδιαβρωτικά επιχρίσματα
Η προστασία από ένα επιθετικό χημικό περιβάλλον μπορεί να επιτευχθεί με διάφορους τρόπους. Η επιφάνεια μπορεί να επικαλυφθεί με ένα αδρανές υλικό ή με ένα υλικό που σχηματίζει μια προστατευτική επιφάνεια μετά από αντίδραση με το περιβάλλον ή με ένα υλικό που θα αφαιρεθεί θυσιακά για να προστατεύσει το υποκείμενο υλικό. Το ταντάλιο, η πλατίνα και ο άνθρακας είναι αδρανείς σε πολλά χημικά περιβάλλοντα. Για παράδειγμα, επικαλύψεις άνθρακα χρησιμοποιούνται σε μέταλλα που εμφυτεύονται στο ανθρώπινο σώμα για να παρέχουν συμβατότητα. Στην αεροδιαστημική βιομηχανία, τα τμήματα είναι επικαλυμμένα με αλουμίνιο με τη μέθοδο PVD εναπόθεσης ιόντων ατμού (IVD) έτσι ώστε να αποφεύγεται η γαλβανική διάβρωση των ανόμοιων υλικών σε επαφή.

Το χρώμιο, το αργίλιο, το πυρίτιο και τα κράματα MCrAlY (όπου το Μ είναι Ni, Co, Fe) θα αντιδράσουν με οξυγόνο για να σχηματίσουν ένα συνεκτικό στρώμα προστατευτικού οξειδίου στην επιφάνεια. Εάν τα μεταλλικά ιόντα (Fe, Cu) διαχέονται ταχύτερα από το οξυγόνο μέσω του οξειδίου, σχηματίζεται ένα παχύ οξείδιο στην επιφάνεια. Εάν το οξυγόνο διαχέεται πιο γρήγορα μέσω του οξειδίου από τα μεταλλικά ιόντα (Al, Si, Ti, Zr - τα μέταλλα "βαλβίδων"), θα προκύψει οξείδωση στη διεπιφάνεια και θα σχηματιστεί ένα λεπτό οξείδιο. Οι επικαλύψεις κράματος MCrAlY χρησιμοποιούνται ως προστατευτικές επικαλύψεις σε πτερύγια στροβίλων κινητήρα αεροσκαφών. Το κάδμιο, το αλουμίνιο και τα κράματα Al: Zn χρησιμοποιούνται ως επιχρίσματα γαλβανικής θυσίας σε χάλυβα. Η επίστρωση καδμίου κενού ("vac cad") έχει το πλεονέκτημα έναντι του ηλεκτρολυτικού καδμίου, καθώς δεν υπάρχει πιθανότητα σπασίματος υδρογόνου από χάλυβα υψηλής αντοχής όταν χρησιμοποιείται επεξεργασία εναπόθεσης υπό κενό.