《真空镀膜》word版

《《真空镀膜》word版》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、§7.2　真空镀膜一些光学零件的光学表面需要用物理方法或化学方法镀上一层或多层薄膜，使得光线经过该表面的反射光特性或透射光特性发生变化，许多机械加工所采用的刀具表面也需要沉积一层致密的、结合牢固的超硬镀层而使其得以硬化，延长其使用寿命，提高切削效率，从而改善被加工部件的精度和光洁度．目前，作为物理镀膜方法的真空镀膜，尤其是纳米级超薄膜制作技术，已广泛地应用在电真空、无线电、光学、原子能、空间技术、信息技术等高新技术领域及我们的生活中．一、实验目的1.学习有关物理概念，掌握真空蒸发镀膜原理和设备操作．2.在7-1节基础上进一步学习和掌握高真空的获得与测量方法

2、．二、实验原理真空镀膜实质上是在高真空状态下利用物理方法在镀件的表面镀上一层薄膜的技术，它是一种物理现象．真空镀膜按其方式不同可分为真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和现代发展起来的离子束镀膜．这里只介绍真空蒸发镀膜技术．众所周知，任何物质总在不断地发生着固、汽、液三态变化，设在一定环境温度T下，从固体物质表面蒸发出来的气体分子与该气体分子从空间回到该物质表面的过程能达到平衡，该物质的饱和蒸气压为，则（1）式中为分子蒸发热，K为积分常数，R=8.3144J·mol-1·K-1为气体普适常量，T为环境温度．在真空条件下，设物质表面的静态压强为P，则单位时间内从该物质

3、(称为蒸发材料〉单位凝聚体表面蒸发出来的气体分子的质量即蒸发率为（单位：g/cm2s）（2）为蒸发系数，M为分子量．蒸发出来的这些气体分子有一部分遇到其它物质(称为镀件)便会吸附在上面，从而形成一层薄膜．由(2)式可以看出，蒸发率与环境温度T和环境压强P有关，T越低(可以进行加热〉，P越小，则G越大．另外，P越小即真空度越高，则气体分子的平均自由程：．其中d为分子的有效直径，n为单位体积内的气体分子数，n=P/(kT)，k=1.38×10一23越大则该物质的气体分子越容易无阻挡地、直线地到达镀件表面，从而形成一层均匀、牢固的薄膜．故镀膜过程须在高真空状态下

4、进行．现附表1列出气体分子在不同气压P下的平均自由程．表1气体分子在不同气压下的平均自由程压强(Pa)1.33×1021.33×1011.331.33×10-1平均自由程(cm)4.72×10-34.72×10-24.72×10-14.72压强(Pa)1.33×10-21.33×10-31.33×10-4平均自由程(cm)4.72×1014.72×1024.72×103镀膜层的质量和厚度还跟蒸发源(蒸发材料的基床)的形状和镀件到蒸发源的距离有关．(1)如果蒸发源可以被看作是一个点蒸发源，则镀件到蒸发源距离最近部分的膜层厚度L0为：L0=．其中m为蒸发源的质

5、量(g)，为蒸发源的密度，h为镀件到蒸发源的最近距离．而镀件其它部分的膜层厚度L为：L=L0/[1+(/h)2]3/2．为镀件被观测点到蒸发源最近点的距离．(2)如果蒸发源是面蒸发源，那么镀件到蒸发源中心点距离最近部分的膜层厚度L0为：L0=，而镀件其它部分的膜层厚度L为：L=L0/[1+(/h)2]2．三、实验装置本实验采用DM-450C型真空镀膜机进行抽真空并镀膜．真空度的测量采用FZH-2B型复合真空计．真空镀膜机由三部分组成(见图7-2-l)抽真空系统、电气系统、镀膜室．图7-2-1真空镀膜机的结构抽真空主要采用2XZ-8型旋片式机械泵和K-200

6、型油扩散泵进行．真空测量装置为FZH-2B复合真空计，有关真空泵工作原理和复合真空计的原理及使用请参阅实验“真空的获得与测量”有关部分．图7-2-2真空镀膜机电原理图　　　　　图7-2-3镀膜室结构图真空镀膜机的电路原理如图7-2-2所示．镀膜室由钟罩、蒸发器、挡板、轰击棒支架、烘烤炉等组成．如图7-2-3所示．钟罩和底板组成一个密封的真空室，在室内能进行各种操作．蒸发器由加热电极和蒸发源两部分组成，蒸发源有钨丝绕成的螺旋状和由钼片折成的舟状两种形式．蒸发源上面的挡板可通过钟罩外的控制装置转动．它能挡住一些奔向镀件的杂质蒸汽分子．把轰击棒接在负高压电极上，

7、当加上直流高压时，真空室内残余气体放电而电离，并受负高压的作用加速撞击钟罩四壁及镀件表面，轰击吸附在上面的气体分子，然后把它们抽出，从而提高了真空度和镀件的清洁度．放置镀件的支架可以转动，以便镀上均匀的膜层．通过烘烤炉对镀件加热，提供最佳的基底温度使镀膜层非常牢固．四、实验内容及步骤本实验要求在一块平面玻璃的表面镀上一层铝反射膜．1.准备工作：(1)钨丝与铝丝洗涤方法：先用清水冲净尘埃，再用浓度为20%的氢氧化钠溶液煮10余分钟(铝条煮半分钟)，除去表面氧化物和油迹，达到钨发亮为止，然后用清水冲净，浸在去离子水中刷洗，最后取出用红外灯烘干便可．(2)玻璃片

8、的洗涤方法：用去污粉擦洗去除一般油污和尘埃，清水冲洗后放在重铬酸钾