化学气相沉积是一种材料表面强化技术,是在相当高的温度下,混合气体与工件表面相互作用,使混合气体中的某些成分分解,并在工件表面形成一种金属或化合物固态薄膜或镀层。它可以利用气相间的反应,在不改变工件基体材料的成分和不削弱基体材料强度的条件下,赋予工件表面一些特殊的性能。CVD的反应温度取决于沉淀物的特性,通常大约为900～2000 ℃。中温CVD(MTCVD)的典型反应温度大约500～800℃,它通常是通过金属有机物在较低温度的分解来实现的,所以又称为金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)。目前,化学气相沉积技术不仅应用于刀具材料、耐磨耐热耐腐蚀材料、宇航工业的特殊复合材料、原子反应堆材料及生物医用材料等领域,而且被广泛应用于制备与合成各种粉体材料、块体材料、新晶体材料、陶瓷纤维及金刚石薄膜等。在作为大规模集成电路技术的铁电材料、绝缘材料、磁性材料、光电子材料的薄膜制备技术方面,更是不可或缺。本文论述了化学气相沉积技术的基本原理、特点、应用和最新发展的具有广阔应用前景的CVD新技术,同时分析了化学气相沉积技术的发展趋势,并展望其应用前景。

1、CVD工作原理和特点

1.1、CVD工作原理

　　CVD是利用气态物质在固体表面进行反应生成固态沉积物的过程,是一种在高温下利用热能进行热分解和热化合的沉积技术。它一般包括三个步骤: (1)产生挥发性物质; (2)将挥发性物质输运到沉淀区; (3)在基体上发生化学反应而生成固态物质 。下面就以沉积TiC为例,说明其工作原理。CVD法沉积TiC的装置示意图如图1所示。其中工件在氢气保护下加热到1000～1500 ℃,然后以氢气作载流气体把TiCl₄和CH₄气带入炉内反应室中,使TiCl₄中的Ti与CH4中的C(以及钢件表面的C)化合,形成碳化物。反应的副产物则被气流带出室外。其沉积反应如下:

TiCl4(l)+CH4(g)→TiC(s)+4HCl(g) TiCl4(l)+C(钢中)+2H(g)→TiC(s)+4HCl(g)

　　零件在镀前应进行清洗和脱脂,还应在高温氩气流中作还原处理。选用气体不仅纯度要高(如氢气纯度要求99.9%以上,TiCl₄的纯度要高于99.5%),而且在通入反应室前必须经过净化,以除去其中的氧化性成分。沉积过程的温度要控制适当,若沉积温度过高,则可使TiC层厚度增加,但晶粒变粗,性能较差;若温度过低,由TiCl₄还原出来的Ti沉积速率大于碳化物的形成速率,沉积物是多孔性的,而且与基体结合不牢固。另外,钢铁材料经高温CVD处理后,虽然镀层的硬度很高,但基体被退火软化,在外载下易于塌陷。因此,CVD处理后必须再进行淬火和回火。

图1　TiC气质联用火成岩装置设备

1.2、CVD技术的特点

1.2.1、CVD技术的优点

　　与某些沉淀的方式优于, CVD技術除过具备着设备不便、实际操作维修保养不便、灵活氧高性强的的胜机外,还具备着一些胜机: 　　(1)在中柔和持续高温下,经由气态的初始状态化学表现物质相互的气质联用化学表现表现而积聚膏状; 　　(2)就可以在臭氧层层压(过热蒸汽)或是不超过臭氧层层压下来进行的堆积,平常说压差大感觉更佳些; 　　(3)采取等阳离子和激光手术辅助制作枝术就可以更为明显力促电学作用,使累积可在较低的环境温度下确定; 　　(4)电镀锌的无机化学好分可能优化,以此取得均值岩浆岩物亦或是能够混合物电镀锌; 　　(5)是可以掌握铬层的密度单位和含量; 　　(6)绕镀性好,可在僵化外形的基体以及粒状原材料上沉淀; 　　(7)空气必要条件普通是层流的,可在基表浅面达成厚的的边界层; 　　(8)形成层通畅更具柱状体晶的结构,不经弯折变形,但按照各式新技术对电学不良反应实现色谱扰动,能够受到细晶粒度的等轴形成层; 　　(9)可不可以建成许多种、合金类、陶瓷厂家和无机化合物铬层。但凡工业原料气稍事发生变化,用到各式的艺参数设置便可配制功效不尽相同的沉积状层;可涂覆各式比较复杂的形状镗孔,如带槽、沟、孔或盲孔的镗孔;纳米涂层与基体间紧密结合力强等。

1.2.2、CVD 技术的缺点

　　(1)其主要毛病是反响温较高,堆积波特率较低(般每小时左右只几μm到几百块μm),难易局布堆积; 　　(2)陆续参与沉淀症状的源和症状后的余气都是有的一段的致癌性; 　　(3)化学镍薄薄,已渡金属不可能再削磨手工加工,是怎样的避免 热净化处理失真是一个个较大的薄弱环节,这也限定了CVD法在刚铁文件上的应运, 而经常用于硬性铝合金。