Physical Vapor Deposition (PVD) Technologie bei ARCEO Engineering, Spezial-Bandbeschichter

Die physikalische Gasphasenabscheidung ist eine Beschichtungstechnik, die zum Bereich der Vakuumbeschichtungstechniken gehört.

 

Bild 1. Durch das PVD-Verfahren können metallische Atome auf der Substratoberfläche in einer sehr dünnen und reinen Schicht abgeschieden werden

Mit PVD ist es möglich, eine Oberfläche mit einem festen Material wie Aluminium, einem Metalloxid wie Titandioxid (TiO2) oder einem keramischen Material wie Titannitrid (TiN) zu bedecken. Aufgrund der thermodynamischen Instabilität der Materialien wäre solche Beschichtungen durch Walzenbeschichtung nicht möglich.

Wie funktioniert Physical Vapor Deposition?

Im PVD-Verfahren verdampft das feste Material und wird auf das durchlaufende Metallband im Vakuum abgeschieden (das Vakuum ist notwendig, um die Gaspartikeldichte zu reduzieren, die gasförmige Verunreinigung zu begrenzen und den Gasstrom zu kontrollieren).

Die Materialverdampfung kann entweder durch thermisches Erhitzen oder durch Sputtern (Materialentfernung durch Ionen- oder Atombeschuss) erfolgen. Das Sputtern ist im Vergleich zur thermischen Verdampfung weitaus energieeffizienter und vielseitig bezogen auf Materialabscheidung. Sputtering kann verwendet werden, um von reinen Metallen zu Legierungen abzuscheiden. Darüber hinaus haben Sputteratome eine höhere kinetische Energie als verdampfte Atome, und dies ist der Grund, warum durch dieses Verfahren hergestellte Beschichtungen eine verbesserte Leistung zeigen, d.h. eine bessere Haftung am Substrat, dichte kristallographische Strukturen von sehr guter Qualität und Gleichmäßigkeit.

Das Sputtern?

Beim Sputterverfahren werden Argonatome in die Vakuumkammer unter Drücken von typischerweise 1 bis 10 mTorr eingeführt. Es wird eine Gleichspannung zwischen Kathode (Substrat) und Anode (dem Beschichtungsmaterial) erzeugt, die Argonatome ionisiert, um ein Plasma zu erzeugen (eine Heißgasphase, die aus Ionen und Elektronen besteht). Aufgrund der Gleichspannung werden die Argonionen in Richtung der Anode beschleunigt, wo sie mit dem Beschichtungsmaterial kollidieren und daraus Atome abscheiden. Diese Atome verteilen sich in der Vakkuumkammer und so auch auf dem Substrat, wo sie schließlich die Beschichtung bilden.

Das Verfahren von ARCEO Engineering?

ARCEO Engineering optimiert das Basis-Gleichspannungs-Sputter-System mit einem Magnetron-Sputtering. Der Vorteil besteht darin, dass Elektronen auf einen Bereich nahe dem Target beschränkt sind, anstatt an das Substrat angezogen zu werden, mit anderen Worten, Elektronen sind nicht in der Lage, den erzeugten Dünnfilm zu beschädigen. Das System ermöglicht auch ein stabileres Plasma mit einer höheren Ionendichte, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer weiteren Argonatom-Ionisation erhöht wird, die eine höhere “Bombardierungsdichte” auf das Target erzeugt.  Dies wiederum erzeugt einen höheren Materialabtrag und damit eine höhere Abscheidungsrate auf dem Substrat.

Dieses System ermöglicht auch eine bessere Beschichtungsqualität, da Verunreinigungen im wahrsten Sinne nicht genug Zeit haben, um sich auf der Substratoberfläche niederzulegen.

Bild 2. Magnetron Sputtering Prozess. Argonatome werden in einem starken Magnetfeld ionisiert. Sie bombardieren das Target, wodurch die Zielatome auch auf das Substrat treffen und auf seiner Oberfläche abgeschieden werden. Das starke Magnetfeld in der Nähe des Targets bewirkt, dass sich Elektronen aus dem Plasma in einer Spiralbahn entlang magnetischer Flusslinien bewegen und so Schäden an der Beschichtung verhindert werden.

PVD wird eingesetzt, um reine Metalle abzuscheiden, wie es bei Aluminiumablagerungen für Hitzeschild Anwendungen der Fall ist. Zusätzlich können durch Einführen von geringen Mengen an Sauerstoff oder Stickstoff in die Vakuumkammer (reaktives Sputterverfahren) Verbundmaterialien wie Titandioxid (TiOx) oder Titannitrid (TiNx) abgeschieden werden. Diese beiden Verbindungen haben sehr interessante industrielle Anwendungen wie z.B. ästhetische Farbgebung in der Innen- und Außenarchitektur durch Titannitrid (TiNx) und Selbstreinigende Funktion durch Titandioxid (TiOx).

PVD Beschichtungen von ARCEO:

Um mehr über ARCEO Engineering PVD-produzierte Beschichtungen zu erfahren, folgen Sie einfach den Links zu den Produktnamen:

  • Aluminium-Dünnschicht auf Aluminium-Silizium beschichtetem Stahl für erhöhten thermischen Wirkungsgrad und für Hitzeschildanwendungen (ShieldArceo)
  • Nanometrische Titandioxid (TiO2) Beschichtung auf vorlackiertem Kohlenstoffstahl, vorlackiertem laminiertem Zink und vorlackiertem Aluminium für selbstreinigende Anwendungen (ArenClean).

Bild 3. ARCEO Engineering PVD line

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