1．技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)關(guān)鍵
離子束輔助鍍膜的原理見圖。在真空室中將離子源產(chǎn)生的離子引出，并在電場中加速，形成幾十電子伏到幾十千電子伏能量的離子束。在離子束濺射沉積、離子束直接沉積或電子束蒸發(fā)沉積薄膜的同時，用上述離子束進(jìn)行轟擊（也可先鍍膜后轟擊）。利用沉積原子和轟擊離子之間一系列的物理化學(xué)作用，可在常溫下合成各種優(yōu)質(zhì)薄膜。其關(guān)鍵技術(shù)是離子源、靶室和工藝參數(shù)的控制。
離子源是產(chǎn)生所需離子的關(guān)鍵部件，它的種類與質(zhì)量決定著制備膜層的性能和質(zhì)量。離子源的種類不下二、三十種，用于離子束材料表面改性的也有十多種。目前在這方面用得較多或較好的有：①考夫曼（Kaufman）源，它能產(chǎn)生氣體元素的大面積離子束，適合用于離子束濺射鍍膜、對膜層進(jìn)行離子束轟擊以及對工件進(jìn)行離子束表面清洗。②金屬蒸氣真空電弧放電（MEVVA）離子源，這是近十年來發(fā)展起來的新型離子源。它能產(chǎn)生強(qiáng)流金屬離子大面積束，適合用于離子束直接鍍膜以及金屬離子注入。③弗里曼（Freeman）源和伯納斯（Bernas）源，它們能產(chǎn)生氣體和固體元素的離子束，具有狹長形離子發(fā)射縫，適用于帶粒子分析器的離子注入機(jī)及離子束鍍膜設(shè)備。④微波離子源，該種離子源沒有發(fā)射電子的燈絲，它依靠微波能量產(chǎn)生離子，因此壽命長，能連續(xù)工作100h以上，它既能產(chǎn)生大面積結(jié)束，又能產(chǎn)生仄長條束；既能產(chǎn)生氣體離子，又能產(chǎn)生固體離子，是一種很有發(fā)展前途的離子源。
圖 離子束輔助鍍膜裝置
a）離子束濺射沉積 b）離子束直接沉積 c）電子束沉積
靶室是裝載工件，進(jìn)行離子束表面處理的部件，它的容積大小、靶的工件夾具機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動方式，隨工件種類的不同，差異很大。目前世界上最大的靶室在英國哈威爾（Harwell）研究中心。其直徑和深度均為2.5m，可裝載1.5t的大型零件。由于離子束對工件是直射注入，因此為了使非平面零件能均勻注入，零件的夾具必須轉(zhuǎn)動。大零件的夾具還需作X、Y二維移動。為了對零件的孔或斜面進(jìn)行注入，應(yīng)采用斜靶。如果零件呈球狀，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方式將更為復(fù)雜。通常靶的運(yùn)動方式可參見圖2。
精確控制工藝參數(shù)，保證工件表面的沉積原子數(shù)與轟擊原子數(shù)達(dá)到一定的比例，對膜層的性能和質(zhì)量至關(guān)重要。其技術(shù)關(guān)鍵是要精確控制離子束的能量和束流的穩(wěn)定性。而束流大小與離子源的放電功率及供氣量有關(guān)。通常是用質(zhì)量流量計(jì)控制供氣量，并通過控制原子源的電源，穩(wěn)定放電功率，特別是穩(wěn)定放電電流。只有這樣，才能獲得高質(zhì)量的膜層。
2．技術(shù)特性及使用范圍
由于IAC技術(shù)增強(qiáng)膜層與基體的結(jié)合力，不是依靠提高基體的溫度，而是依靠離子轟擊膜層的能量，因此它能在基體接近室溫的條件下，獲得致密的、結(jié)合力很強(qiáng)的、應(yīng)力極小的高質(zhì)量膜層。也就是說，IAC技術(shù)兼有離子注入和一般鍍膜技術(shù)（CVD和PVD）的優(yōu)點(diǎn)，克服了二者的缺點(diǎn)。
IAC技術(shù)由于具有以上的特點(diǎn)，使得它可在溫度不允許很高的基體上，制備出結(jié)合力很強(qiáng)的具有各種特殊的膜層，如ZrN、ZrC、BN、TiO2和類金剛石碳膜等。國外已有人將它用于柴油機(jī)自動加工用的切削刀具、飛機(jī)燃料系統(tǒng)的零件和燃?xì)廨啓C(jī)葉片上。國內(nèi)亦有單位正在將它用于提高汽輪機(jī)葉片抗水蝕的性能。目前這一新技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用正在開發(fā)之中，予期會有很好的應(yīng)用前景。
