یک دستگاه پوشش PVD بدون به خطر انداختن کیفیت پوشش یا عملکرد دستگاه، چه مواد زیرلایه‌ای را می‌تواند اداره کند؟

فلزات به عنوان بستر: فلزات رایج ترین و سازگارترین بسترها هستند دستگاه پوشش PVD به دلیل رسانایی حرارتی بالا، یکپارچگی ساختاری و توانایی مقاومت در برابر خلاء و شرایط پلاسما در داخل دستگاه. آلیاژهای فولاد زنگ نزن، تیتانیوم، آلومینیوم، مس و آلیاژهای مبتنی بر نیکل به طور گسترده در کاربردهای صنعتی، تزئینی و ابزارآلات استفاده می‌شوند، زیرا پایداری ابعادی را در دمای بالا حفظ می‌کنند و به طور قابل توجهی در خلاء خارج نمی‌شوند. این فلزات همچنین چسبندگی عالی برای طیف وسیعی از مواد پوششی مانند TiN، CrN یا DLC ایجاد می کنند. برای حذف آلاینده ها، افزایش انرژی سطح و اطمینان از ضخامت پوشش یکنواخت، پیش تصفیه، از جمله چربی زدایی، پرداخت یا تمیز کردن پلاسما ضروری است. اجتناب از فلزات با فرار یا سطوح واکنش پذیر بالا از آلودگی محفظه جلوگیری می کند و کیفیت پوشش را حفظ می کند.

آلیاژهای فلزی به عنوان بستر: آلیاژهای فلزی تخصصی، از جمله فولادهای ابزار، آلیاژهای کبالت کروم و سوپرآلیاژها، در صورتی که دارای نقطه ذوب بالا، پایداری حرارتی و خواص خروجی کم باشند، برای پوشش‌های PVD مناسب هستند. این آلیاژها معمولاً در ابزارهای برش، قطعات هوافضا، ایمپلنت های پزشکی و سطوح با سایش زیاد استفاده می شوند. آماده سازی سطح مناسب، مانند سندبلاست، اچ شیمیایی، یا تمیز کردن یون، چسبندگی را افزایش می دهد و رسوب یکنواخت را تضمین می کند، به ویژه برای هندسه های پیچیده. آلیاژهایی که مستعد اکسید شدن یا آلودگی سطحی هستند ممکن است نیاز به عملیات پیش پوشش اضافی داشته باشند تا از شکست چسبندگی یا لایه لایه شدن پوشش جلوگیری شود. انتخاب یک آلیاژ با ویژگی‌های انبساط حرارتی سازگار نسبت به مواد پوشش، تشکیل تنش را در طول فرآیند رسوب‌گذاری کاهش می‌دهد و دوام طولانی‌مدت پوشش و بستر را تضمین می‌کند.

سرامیک به عنوان بستر: سرامیک هایی مانند آلومینا (Al2O3)، زیرکونیا (ZrO2)، کاربید سیلیکون (SiC) و کاربید بور می توانند به عنوان بسترهای PVD موثر برای کاربردهای در دمای بالا یا مقاوم در برابر سایش عمل کنند. این مواد از نظر شیمیایی پایدار هستند و یکپارچگی ابعادی را در پلاسمای پر انرژی حفظ می کنند، اما اغلب برای افزایش چسبندگی پوشش نیاز به فعال سازی سطح یا زبری دارند. اچ پلاسما، بمباران یونی یا میکرو زبری معمولاً برای بهبود درهم تنیدگی مکانیکی بین سطح سرامیکی و لایه رسوب‌شده استفاده می‌شود. سرامیک ها برای کاربردهایی مانند ابزارهای برش، پوشش های مقاوم در برابر سایش و لایه های مانع حرارتی ایده آل هستند. با این حال، به دلیل ماهیت شکننده آنها، باید در حین جابجایی و پردازش برای جلوگیری از ترک خوردن، که می تواند یکنواختی و عملکرد پوشش را به خطر بیندازد، مراقبت شود.

پلیمرهای مهندسی شده به عنوان بستر: برخی از پلیمرهای با کارایی بالا، از جمله پلی‌آمید (PI)، PEEK و کامپوزیت‌های پلی‌کربنات، می‌توانند در یک ماشین پوشش PVD پوشش داده شوند، اگر دمای رسوب به دقت کنترل شود تا از نرم شدن یا تغییر شکل جلوگیری شود. این پلیمرها امکان افزودن پوشش‌های کاربردی برای کاربردهای تزئینی، محافظ یا مانع را می‌دهند. پیش تصفیه برای بسترهای پلیمری حیاتی است، که اغلب شامل فعال سازی پلاسما یا اصلاح سطح شیمیایی برای افزایش انرژی سطحی و چسبندگی می شود. پلیمرهای پوششی به تکنیک‌های رسوب انرژی کمتری نیاز دارند و پارامترهای فرآیند مانند بایاس بستر، نرخ رسوب‌گذاری و سطح خلاء باید برای جلوگیری از تنش حرارتی یا تاب برداشتن بهینه شوند. پلاستیک های با کارایی پایین یا پلیمرهای حاوی رطوبت عموماً به دلیل خروج گاز یا تغییر شکل تحت خلاء و دمای بالا ناسازگار هستند.

اهمیت آماده سازی بستر: صرف نظر از نوع بستر، آماده سازی مناسب برای دستیابی به پوشش های با کیفیت بالا ضروری است. سطوح زیرلایه باید تمیز شوند تا روغن‌ها، گریس‌ها، اکسیدها و ذرات گرد و غبار که می‌توانند در چسبندگی اختلال ایجاد کنند و باعث نقص پوشش شوند، پاک شوند. تمیز کردن پلاسما، بمباران یونی، تمیز کردن اولتراسونیک یا اچ شیمیایی معمولاً بسته به مواد بستر استفاده می شود. زبری سطح، در محدوده چند نانومتر تا میکرومتر بسته به پوشش و کاربرد، مستقیماً بر روی هم قفل شدن و چسبندگی مکانیکی تأثیر می‌گذارد. پیش تصفیه مناسب از لایه برداری پوشش جلوگیری می کند، سوراخ ها یا حفره ها را کاهش می دهد و رسوب یکنواخت را در سطوح مسطح یا پیچیده تضمین می کند، که برای حفظ عملکرد عملکردی پوشش های PVD بسیار مهم است.

سازگاری حرارتی و مکانیکی: بستر باید از نظر حرارتی و مکانیکی هم با فرآیند PVD و هم با مواد پوشش سازگار باشد. تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی بین زیرلایه و پوشش می تواند منجر به تجمع تنش، ترک خوردگی یا لایه برداری در حین رسوب گذاری یا در حین سرویس شود. فلزات و سرامیک ها به طور کلی تنش های حرارتی را به خوبی تحمل می کنند، در حالی که پلیمرها نیاز به مدیریت دقیق دما دارند. همچنین بسترها باید از نظر مکانیکی مقاوم باشند تا در برابر جابجایی، چرخش یا لرزش در طول رسوب مقاومت کنند. انتخاب زیرلایه ای با انبساط حرارتی، سختی و انرژی سطحی مناسب باعث می شود که پوشش به درستی بچسبد، عملکرد عملکردی خود را حفظ کند و به ماشین PVD آسیبی وارد نکند.