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為什么真空鍍膜設備需要在真空條件下鍍膜

2023-05-08 17:35:50

在常壓下,蒸發涂層材料不能形成理想的薄膜。事實上,如果壓力不夠低(或者真空度不夠高),就無法獲得良好的結果。例如,當以102個焊炬的數量級蒸發鋁時,所得到的膜層不僅沒有光澤,甚至是灰色或黑色,并且機械強度極差。用松鼠刷輕輕刷可能會損壞鋁層。

蒸發鍍必須在一定的真空條件下進行,因為:

1.

更高的真空度可以確保蒸發分子的平均自由程大于從蒸發源到襯底的距離。由于氣體分子的熱運動,分子之間的碰撞也非常頻繁。盡管氣體分子以相對較高的速度移動(高達每秒幾百米),但分子在兩次連續碰撞之間的距離稱為其自由程,大量分子自由程的統計平均值稱為分子的平均自由程。

由于氣體的壓力與每單位體積的分子數量成正比,因此平均自由程也與氣體的壓力成正比。在薄膜的真空沉積過程中,當沉積距離大于分子的平均自由程時,稱為低真空沉積,而當沉積距離小于分子的平均游離程時,則稱為高真空沉積。在高真空沉積過程中,蒸發的原子(或分子)和殘余氣體分子之間的碰撞可以被忽略,因此蒸發的原子以直線飛向襯底。這樣,保持更大動能并到達基底的蒸發原子可以在基底上凝結成更強的膜層。在低真空沉積過程中,碰撞導致蒸發原子的速度和方向發生變化,甚至可能在太空中產生蒸汽原子的集合,類似于大氣中的水蒸氣形成霧。

2.

在高真空下,可以減少殘余氣體污染。在真空度不太高的情況下,真空室中含有大量殘留的氣體分子(如氧氣、氮氣、水和碳氫化合物),這會給薄膜的涂層帶來很大的危害。它們與蒸發的膜分子碰撞,縮短了平均自由程;它們與被拍攝的表面碰撞并發生反應;它們隱藏在形成的薄膜中,并逐漸侵蝕薄膜;它們在高溫下與蒸發源結合,從而縮短了它們的使用壽命;它們在蒸發的薄膜材料表面形成氧化物層,這阻礙了蒸發過程的順利進行。

因此,如果真空鍍膜設備想要涂覆薄膜,在涂覆之前必須處于真空狀態,這樣薄膜才會牢固且沒有污染物。


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