История развития технологии вакуумного покрытия

В 1852 году В.Р. Гроув открыл явление распыления в ходе экспериментов с вакуумным разрядом, заложив теоретическую основу напыления покрытий. В 1857 году Майкл Фарадей осуществил самое раннее преднамеренное вакуумное осаждение тонких пленок путем испарения материалов в условиях вакуума. В 1884 году Томас Эдисон подал патент на вакуумное испарение для производства компонентов фонографа, что стало первой попыткой промышленного вакуумного покрытия.

В течение почти 80 лет после этого соответствующие технологии оставались в лабораторных исследованиях из-за незрелого вакуумного насосного оборудования и нестабильной среды высокого вакуума. До 1930-х годов изобретение масляных диффузионных насосов радикально повысило возможности получения вакуума и вывело вакуумное покрытие из теории в область практического использования.

С середины 1930-х годов впервые было коммерциализировано термическое вакуумное испарение: в серийное производство были запущены антибликовые покрытия для оптических линз, алюминиевые отражающие пленки для корпусов ламп и металлизация зеркал. Вторая мировая война резко стимулировала развитие отрасли: огромный спрос на прецизионные оптические детали для военной техники ускорил популяризацию технологии вакуумного испарения во всем мире, а в Европе и США постепенно сформировались полноценные производственные линии вакуумного испарения. К 1950-м годам испарение покрытий стало доминировать в области оптической и упаковочной металлизации, в то время как традиционное химическое мокрое покрытие постепенно вытеснялось в высокоточных сценариях.

В 1966 году в монографии «Осаждение из паровой фазы» было дано официальное определение PVD (физическое осаждение из паровой фазы) и CVD (химическое осаждение из паровой фазы), официально классифицировавших основные категории вакуумных покрытий. В 1967 году компании Mattox был выдан патент на ядро для ионного покрытия, что обогатило систему процесса PVD.

Магнетронное распыление, важнейшая инновация, разрабатывалось и широко коммерциализировалось с 1970-х по 1980-е годы. По сравнению с ранним триодным распылением магнетронное распыление отличается более высокой скоростью осаждения, более плотным покрытием и более низкой температурой подложки, что делает его применимым к пластмассам, алюминиевым сплавам и хрупким основным материалам. Несбалансированное магнетронное распыление появилось в 1986 году для дальнейшего улучшения адгезии и однородности покрытия. Тем временем технология CVD нашла применение в высокотемпературных твердых покрытиях и покрытиях полупроводниковых пластин.

Вакуумное покрытие вошло в индустрию бытовой электроники, отделки оборудования, автомобильных деталей и оптических пленок. Дуговое PVD-покрытие для декоративного покрытия металла (золотое, черное, розово-золотое покрытие) и антиотпечаточное покрытие AF стали стандартными процессами для корпусов мобильных телефонов, компонентов из нержавеющей стали и цифровых продуктов. Для массового производства гибких пленок, сенсорных панелей и экранирующих электромагнитные помехи пленок методом рулонного непрерывного вакуумного распыления было применено это решение, что значительно повысило эффективность производства. В Китае быстро развивалось отечественное производство вакуумных покрытий для поддержки бурно развивающейся цепочки поставок электроники.

Современное вакуумное покрытие развивается в сторону интеллектуальной автоматизации, низкоуглеродного и многофункционального композитного покрытия: на заводах преобладает интегрированное PVD-оборудование с автоматической загрузкой/разгрузкой и контролем толщины пленки в реальном времени. Продолжают появляться новые функциональные покрытия, включая антикоррозионные, износостойкие, антибактериальные и сверхтонкие защитные пленки. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы сосредоточены на энергосберегающих процессах нанесения покрытий и нетоксичных целевых материалах для соответствия более строгим мировым стандартам защиты окружающей среды.