Влияние режимов ионно-плазменного напыления на структуру и свойства износостойких покрытий

1.3.2.3 Вакуумное напыление 
Напыление вакуумное включает нанесение покрытий или слоев на поверх-
ность деталей или изделий в условиях вакуума (1,0
-1
• 10
-7
Па). Напыление ва-
куумное используют в производстве для изготовления защитных слоев при ме-
таллизации поверхности резиновых, пластмассовых и стеклянных изделий, то-
нировании стекол автомобилей. Методом вакуумного напыления наносят ме-
таллы (Al, Au, Cu, Cr, Ni, V, Ti и др.), сплавы (напр., NiCr, CrNiSi), химические 
соединения (силициды, оксиды, бориды, карбиды и др.), стекла сложного со-
става, керметы. 
Напыление вакуумное основано на создании направленного потока частиц 
(атомов, молекул или кластеров) наносимого материала на поверхность изде-
лий и их конденсации. Процесс включает несколько стадий: переход напыляе-
мого вещества или материала из конденсированной фазы в газовую, перенос 
молекул газовой фазы к поверхности изделия, конденсацию их на поверхность, 
образование и рост зародышей, формирование покрытия. 
Вакуум обеспечивает наилучшие условия для формирования нанострукту-
ры в направлении «снизу/вверх» [22]. Тонкопленочные металлополимерные 
материалы формируются методами вакуумной технологии [116-118], характе-
ризуются высокими служебными свойствами и эффективно используются при 
решении различных технических задач. Полученные такими способами слои 
отличаются высокой адгезией, а температурное воздействие на материал осно-
вы, как правило, минимальное. Анализ литературных источников, показывает, 
что размер кристаллитов в покрытиях, полученных по технологиям вакуумного 
нанесения, может достигать от 1-3 нм до
нанесения покрытий и покрытий 
толщины не более нескольких микрометров [119]. Покрытия, как нанострук-
турные материалы, универсальны по составу, а размер кристаллитов в них мо-
жет меняться в широком интервале, включая аморфные состояния и много-
слойные структуры, что обеспечивает большие возможности для применения 
покрытий. Несмотря на малую толщину, покрытия существенно повышают ме-

---

36 
ханические свойства изделий [41], улучшают триботехнические свойства, 
уменьшают трение, изменяют химические поверхности – повышают коррозий-
ную и маслобензостойкость. Для нанесения нано-микроструктурных покрытий 
на детали машин и инструментов широко используют такие методы, как ваку-
умное магнетронное и дуговое напыление, катодное ионное распыление и т.д. 
[120]. Нанесение нано-микроструктурных покрытий на металлические 
[121,122] и композиционные материалы широко изучены и положительно за-
рекомендовали себя, при этом возможность нанесения нано-микроструктурных 
покрытий на эластомеры, в частности на РТИ, появилась лишь после модерни-
зации установок для ионно-вакуумного напыления, позволившей снизить тем-
пературу процесса до температур значительно ниже критических для эластоме-
ров и резко увеличить скорость проведения процесса. 
В ближайшее время ожидается все более широкое применение вакуумно-
плазменных методов при формировании металлополимерных материалов, что 
связано в первую очередь с возможностью осаждения нано-микроразмерных 
частиц металла на поверхность матрицы и формирования нано-
микроструктурных покрытий [123,124], в том числе многослойных и комбини-
рованных, обеспечивающих высокие, а зачастую и сверхвысокие служебные 
характеристики. 
В случае магнетронного распыления (рис. 1.1) для повышения производи-
тельности процесса на область разряда накладывают магнитное поле, которое 
концентрирует плазму на мишени-катоде. 
1- вакуумная камера, 2- держатель под-
ложки (в двухэлектродном методе так-
же является анодом), 3- подложка, 4- 
зона концентрации плазмы тлеющего 
разряда, 5- распыляемый материал, 6- 
катод, 7- анод кольцевой или 
рамочной формы, 8- магнит, 9- силовые 
линии магнитного поля. 
Рис. 1.1 - Схема магнетронного распыления 

---

37 
Силовые линии магнитного поля направлены от одного полюса постоян-
ного магнита к другому. Траектории движения электронов располагаются меж-
ду местами входа и выхода силовых линий магнитного поля. В этих местах и 
локализуется интенсивное образование плазмы и протекание процессов распы-
ления. За счет такой локализации появляется возможность распыления не толь-
ко металлических, но и диэлектрических и полупроводниковых материалов. 
Метод магнетронного распыления позволяет снизить нагрев подложки до 100-
250 
о
С [79] и обеспечить скорость осаждения до 1-2 мкм/мин.