为什么CVD涂层的厚度范围是重要的?

本文将讨论为什么SilcoTek指定CVD涂层厚度范围而不是特定的厚度。

首先，本文将审查化学气相沉积（CVD）涂布过程。

本文将涵盖：

• 部分表面如何冲击涂层厚度变化
• 硅CVD工艺中的涂层厚度变化源
• 使用哪些工具来表征表面以获得最佳涂层质量
• 涂层反应速率如何影响厚度

化学气相沉积是一个过程，涉及挥发性前驱体的反应，该反应被注入一个室，通常在真空下。该室加热到反应温度，这导致前驱气体反应或分解成所需的涂层，然后结合到材料表面。

随着时间的推移，涂层材料在表面上构建并在暴露部分的表面上产生涂层。

氯气和盐酸气体将从室中排出，并根据适当的法规要求进行擦洗，而硅将粘结在任何外露表面(包括内部和外部)。CVD涂层系统可能看起来类似下图。在本例中，所需的涂层材料是具有功能化(R)表面的氧化硅基涂层。表面凹进以盖住涂层表面上的任何剩余活性部位，使其成为优越的非反应表面。

CVD过程不同于物理气相沉积(PVD)，物理气相沉积涉及蒸发涂层材料，然后在表面喷涂或冷凝蒸发的材料。这导致视线应用，而不是CVD实现的非视线应用。下图显示了涂层部件的外观。

使用PVD，表面必须暴露在施加蒸汽上，因为屏蔽区域不会被涂覆。一个良好的类比是雪覆盖花园家具。家具下面会有很少的雪，桌面上会有很多。

另一方面，化学气相沉积将反应并适用于涂层气体可以进入的任何区域。这种沉积过程允许在表面上一次应用一埃(0.1纳米)的硅层。理论上，应该可以将涂层的厚度指定为纳米级，那么为什么CVD涂层有一个厚度范围呢?实际上，变化和工艺限制导致指定涂层厚度的范围。

涂层过程中变化的来源

下表总结了每个的涂层厚度范围SilcoTek涂料．这种厚度上的差异是由多种因素造成的，这些因素导致了涂层厚度的变化。

	SilcoNert®1000	SilcoNert®2000	Dursan®	Silcolloy®	Silcoklean.®	SilcoGuard®	Dursox®
厚度范围(nm)	100 - 500	100 - 500	400 - 1600	180 - 800	100 - 500	180 - 600	400 - 1600

以下是一些导致CVD涂层厚度和厚度规格变化的因素。

部分表面

你怎么知道零件是电抛光到镜面光洁度很低的表面粗糙度(例如5 ra ?)还是表面很粗糙的铸件?用雪的类比，部分表面是一个山脉，当雪落在山上，它覆盖山谷比悬崖更重。SilcoTek的涂层工艺覆盖整个部分，但可能优先覆盖粗糙表面的某些区域。

没有大量的变化，但表面有助于。下面的SEM图像是一个很好的例子：可以看到部分表面（浅灰色）的一些变化和对整个涂层厚度的影响。在样品表面的小面积上，您可以看到8nm厚度变化。

部分配置

硅片工艺将涂层零件的内部以及内部。可用的涂层体积可以在涂层厚度中起作用。像针的内孔一样小而受限的区域倾向于稍微少涂覆到表面上的涂层。硅片有一些方法可以最小化效果，而是在某些部件中，涂层厚度的配置可以改变。

这在极窄的孔，盲孔或如下图所示的金属中尤其如此。装订滤波器的截面显示了一条颜色的颜色带，其表示从滤光表面到过滤表面外部的涂层厚度的变化。颜色通常是涂层厚度的指示灯，这将在后面讨论。

基材及表面状况

SilcoTek主要覆盖不锈钢合金，但也可以覆盖陶瓷、玻璃和钛等更奇异的合金。在一定的条件下，基材的加入会影响涂层的涂覆速度并产生变化。此外，如果基材表面被热染、蚀刻、氧化、划伤或抛光，这些区域的涂层厚度会发生变化。

涂层反应速率

大多数CVD反应是由热驱动的。在加工过程中，通常有一个点，达到理想温度和涂层生长速率。只要有适当的热量，理论上可以在几秒钟内形成1000纳米的涂层，或者用最少的热量在几天或几个月时间内形成一层。如果施加大量的热量，反应就会被驱动得非常快，很难快速而精确地停止一个快速的反应。

快速反应也意味着更有可能超出目标层厚度，但慢反应不一定更好。如果进程太慢，则会增加大量的处理时间和成本。从理论上讲，可以在极低的热反应下指定一种接近十分之一纳米的涂层。

然而，很少有客户愿意等待在低热反应中缓慢构建涂层所必需的周或数月。

理想的化学气相沉积平衡了工艺成本、时间和涂层厚度的变化。SilcoTek使用的工艺为客户优化了时间、成本和价值，而不影响涂层性能。SilcoTek已经花费了数千小时评估和优化每个行业应用的涂层性能。

优化涉及性能和流程之间的权衡。在表面处理工序、机加工车间以及今天生产的几乎所有产品中，这种权衡总是会发生。

用户不会注意到500nm和800nm涂料或其他涂料之间的区别。SilcoTek的客户会注意到硅涂层的微小厚度变化，因为即使厚度变化很小，涂层的颜色也会发生变化。

硅片变异是什么样的？

SilcoTek通过CVD过程将硅与玻璃、陶瓷或金属结合在一起，这一过程使得每次在埃(0.1纳米)的表面上构建硅层成为可能。一层很薄的硅非常透明，可以被人看穿。当硅的厚度增加时，例如在不锈钢表面，穿过硅的光就会弯曲。然后光线反射到不锈钢表面，再次弯曲。

这种光的弯曲导致一些波长的光相互抵消，但一些波长被加强了。增强的波长击中视锥细胞并被视为颜色，而取消的(或干涉的)波长则看不到。改变一个薄硅表面的颜色是很容易的，硅厚度的几个纳米的变化可以对你看到的颜色有很大的影响。

一个很好的类比是油在水上。一场暴风雨过后，在海面上可以发现五颜六色的彩虹状浮油。油通常不是彩色的，它要么是蜂蜜色，要么是黑色(随着时间的推移)。由于折射，黑色变成了五颜六色的彩虹。光从油表面反射，也穿过薄油，并从油下面的水面反射回来。

根据油的厚度，光线会被油的折射增强或干扰。当光线到达眼睛时，破坏性干涉波长会相互抵消。油的厚度变化决定了哪些颜色可以被看到，哪些颜色的波长可以被抵消。这个类比表明，厚度上的微小变化会对可见的颜色产生很大的影响。

厚度的小变化也可以在硅涂层的颜色中产生很大的差异。在硅片处理部分观察到的颜色的差异表示不同的层厚度。蓝色表示300至450埃的夜层，而彩虹色对应于至少1200埃（120纳米）的涂层。

用于沉积SilcoGuard^®和Silcolloy^®流程可达1毫米(1000纳米)，具有彩虹到银灰色/金属灰色外观。下面的图片显示了Silcolloy创造的颜色^®， 800nm **涂层(右)和SilcoNert^®， 500nm **涂层(左)。厚度几纳米的变化将导致零件颜色的巨大变化。

使用哪些工具来表征表面以获得最佳涂层质量?

材料表面表征能力在支持SilcoTek方面发挥着重要作用^®涂装科学与研发。欧洲杯线上买球能够全面评估表面对于开发新的惰性屏障涂层产品非常重要，并且在帮助客户排除故障和扩大规模方面具有关键作用。

许多表面表征技术允许SilcoTek的科学家研究材料，分析表面键合机制，并发展对表面特性的深入理解。欧洲杯足球竞彩SilcoTek的生产技术人员^®在日常QA/QC过程中使用材料表征工具，确保所有惰性、耐腐蚀涂层符合质量标准，满足客户要求。

最后，作为产品开发的一部分，客户经常与研发人员一起为特定的基材或涂层部件提供特性描述帮助。

以及SilcoTek内部特性的能力^®还可以访问宾夕法尼亚州立大学(PSU)的广泛的表征技术。这是因为SilcoTek在物理上接近大学的主校区，而且在PSU和SilcoTek之间建立了学术/行业关系。SilcoTek的研发科学家是许多表征仪器的认证用户，例如位于宾夕法尼亚州立大学材料表征实验室(MCL)的扫描电子显微镜(SEM)。欧洲杯足球竞彩以下是SilcoTek用于支持客户、产品和流程的一些工具。

需要哪些工具来描述表面?

涂层表面表征始于一个知识渊博和有能力的研发团队。用来帮助分析表面的工具随应用和需要而变化。下面是SilcoTek用于了解CVD涂层和表面的一些工具。

x射线荧光(XRF)分析仪

SilcoTek使用Thermo Scientific x射线荧光(XRF)分析仪，以避免不兼容的基材造成的过程中断。这是一个无损元素分析工具，可以识别任何不熟悉的传入金属基板。

这是很重要的，因为基材影响表面结合，涂层质量和最终产品性能。了解基材意味着SilcoTek工艺技术人员使用最合适的加工方法，以获得可能的最佳涂层效果。

傅里叶变换红外光谱（FTIR）

FTIR利用宽频带红外辐射作为激发源，探测气体、液体或固体中多种化学物质的分子结构。SilcoTek的技术人员经常使用FTIR来执行QA/QC职责，科学家也经常使用FTIR来协助他们的研发项目。

这是很重要的，因为FTIR可以用来在分子水平上确定表面质量。为了更好地评估涂层质量，它也可以作为一种附加工具与目视检查标准结合使用。

F20薄膜分析仪

F20薄膜分析仪是一个工作台工具，可以配置为测量从30 Å到350毫米的薄膜厚度。它还可以测量光学常数，如折射率，消光系数和透过率。SilcoTek主要将其作为一种快速、准确和无损的测量表面厚度的方法，并确保涂层质量的一致性。

表面接触角测量

接触角是一滴液体使其通常是固相，接触表面的角度。它通过液滴测量，并且角度在固体表面和接触线附近的液体弯月面之间形成。该测量赋予表面与液体（通常是水）的润湿性的指示。

SilcoTek的科学家在疏水和超疏水表面发展的研究中很大程度上依赖于接触角的测量，因为适当设计的表面能可以带来表面的极端拒水特性，或者它可以防止表面污垢或增强模具释放。

接触角测量有利于SilcoTek客户，可以确保实现应用所需的预期表面能(疏水性/亲水性)。

电化学阻抗谱

EIS是一种非常有用的，主要是非破坏性的工具，用于研究和评估保护涂层对金属基材的性能。该测量提供有关电容，电阻，双层电容和游览阻抗的信息，所有这些都与涂层的性能和故障过程有关。它们在耐腐蚀性测试中尤为重要。EIS帮助硅片的工程师和科学家识别涂层针孔并开发更好更均匀的涂层。

本文突出了一系列材料表征技术，由硅片使用欧洲杯足球竞彩^®．它旨在帮助SilcoTek客户了解研发活动的范围和能力，并演示如何使用不同的工具来促进SilcoTek开发更多创新的解决方案，并解决客户应用挑战。

这些工具的易用性使SilcoTek的制造团队能够确保严格的质量控制惰性涂料产品并为所有硅片客户提供一致和可靠的产品。

此信息已采购，从硅片提供的材料进行审核和调整。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问SilcoTek。