物理气相沉积（PVD）种类、特点及应用介绍
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什么是物理气相沉积（PVD）？
物理气相沉积（Physical vapor deposition，PVD）是一种在真空条件下采用物理方法，将固体或液体材料表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能薄膜的技术。
物理气相沉积技术不仅可以沉积金属膜、合金膜 ，还可以沉积化合物 、陶瓷 、半导体 、聚合物膜等，是具有广泛应用前景的新材料制造技术。采用此技术制备的超硬薄膜不仅具有超高硬度，且超薄、耐高温、无污染、几乎零排放，适合于工具 、零件和摩擦磨损件表面的耐磨损、抗氧化、防腐蚀、自润滑等特殊性能要求，是现代表面工程技术中最有发展前途和应用价值的一种技术 。
物理气相沉积种类
| PVD | 优点 | 缺点 | 应用 |
| 真空蒸镀 | ● 原理简单，操作方便，沉积参数易于控制 ● 薄膜纯度高，可用于薄膜性质研究 ● 沉积速率快、效率高，可多块同时蒸镀 ● 适用材料较多 ● 是PVD工艺中成本最低的 | 薄膜与衬底的附着性相对较差，工艺重复性不太理想 | 真空蒸镀用于高、低折射率材料的光学干涉镀膜、镜面镀膜、装饰镀膜、软包装材料上的渗透阻隔膜、导电膜、防腐蚀涂层等。沉积金属时，真空蒸镀有时也称为真空金属化。 |
| 溅射沉积 | ● 薄膜与衬底附着性好 ● 薄膜纯度高 ● 致密性好、无气孔 ● 适用于大多数固体材料（特别是熔点高的材料），材料适用范围大 ● 溅射镀工艺可控性和重复性好，便于工业化生产 | ● 设备复杂，沉积参数控制较难 ● 沉积速率较低 ● 沉积方向性不如真空蒸镀 ● 溅射靶材通常较为昂贵 ● 溅射沉积过程中，需仔细控制气体成分，防止靶材中毒 | 溅射沉积广泛用于在半导体材料上沉积薄膜金属化、建筑玻璃上的涂层、聚合物上的反射涂层、存储介质的磁性薄膜、玻璃和柔性网上的透明导电薄膜、干膜润滑剂、耐磨涂层在工具和装饰涂层上。 |
| 离子镀 | ● 薄膜与衬底附着性好 ● 致密性高 ● 耐磨耐腐蚀性好 ● 材料适用范围大 | ● 有许多加工变量需要控制 ● 通常很难在衬底表面获得均匀的离子轰击，导致薄膜特性发生变化 ● 衬底可能加热过度 ● 轰击气体可能会融入生长的薄膜中 | 离子镀用于在复杂表面上沉积复合材料的硬质涂层、附着金属涂层、高密度光学涂层和保形涂层。使用离子镀在航空航天部件上沉积铝膜称为离子气相沉积。 |
真空蒸镀
真空蒸镀即真空蒸发镀膜，是薄膜制备中最常见和最广泛的方法，其原理是在真空环境下，利用外界提供的热量使膜材（薄膜材料）受热液化后气化，或直接气化成气态，沉积到基体上形成薄膜的技术。根据热量来源分为：电阻蒸发镀(Resistance Evaporation Plating)、电子束蒸发镀 (electron beam(EB)-coating)、脉冲激光沉积(pulsed laser deposition，PLD)感应加热蒸发镀(Induction-heatedevaporation)等。
溅射沉积
是在真空条件下，通过气体放电产生离子(Ar)，利用带正电荷的氟离子轰击带负电位的固体靶材，使靶材原子溅射出来并沉积到基体表面形成薄膜的镀膜技术。真空溅射镀按不同溅射装置分为：二极、三极或四极溅射，直流或射频线射，磁控溅射、反应溅射、离子束溅射等。其中，得到广泛应用的是磁控溅射镀膜，包括直流平面磁控溅射镀、柱状靶磁控溅射镀、非平衡磁控溅射镀、脉冲直流磁控溅射镀、射频磁控溅射镀及中频磁控溅射镀等。
离子镀
离子镀是发展最快、应用最广的镀膜技术之一，膜材（薄膜材料）是由固态变成气态的方式如同蒸发镀或如同溅射镀，但是气态膜材在随后输运过程中与工作气体一起参与辉光放电，部分被离化成离子和电子，离子和中性粒子沉积到带负电位的基体上形成薄膜。离子镀基本可以分为三大类：等离子体离子镀（ion plating）、电弧离子镀（arc vapor deposition）和束流离子镀（ion beam deposition）。离子镀区别于蒸发镀和溅射镀的最典型特征是:①在离子镀中，气化的膜材原子经历一个离化过程，②在离子镀中，基体通常施加负偏压。满足这两个条件的镀膜基本上可以归类为离子镀。
常见的应用
物理气相沉积（PVD）应用的范围越来越多。薄膜通常分为不同的类别：
- 彩色PVD涂层——增强产品的耐用性、美感和价值
- 高性能涂层——耐热/耐冷/耐压/耐水垢/耐腐蚀、生物相容性
- 类金刚石碳——最大限度地提高耐用性、减少摩擦或改善外观
- PVD 镀铬替代品 一种美观、耐用且安全的硬铬替代品
- 铜涂层——铜可用于其独特的外观和抗菌性能
家居产品：涂有 PVD 薄膜以改变颜色和耐用性。水龙头里可能还包括涂有 PVD 类金刚石碳层 (DLC) 薄膜的内部水计量阀，以实现持久的性能。
汽车：PVD 涂层可以让发动机零件和传动系统部件使用寿命更长，由于摩擦力更低、运行效率更高、耐高温和耐腐蚀。用于内燃机、ICE/EV 车辆的动力传动系统部件以及内部/外部装饰件的涂层。
医疗设备：医疗设备需要基材不具备的特性，如：出色的硬度和韧性、生物相容性、低摩擦系数以及与清洁剂和其他溶剂的相容性。用于骨科植入物、手术器械、种植牙等
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