Auf industrieller Ebene konkurrieren mehrere Beschichtungsmethoden miteinander. Ihre Anwendung hängt von den Anforderungen an das Endprodukt unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften, der Machbarkeit und der Kosteneffizienz ab.
Vorteile von Eletkronenstrahl-PVD
Von all diesen Verfahren spielt die elektronenstrahlunterstützte physikalische Gasphasenabscheidung, kurz EBPVD, eine ganz besondere Rolle. Zum einen ermöglicht es eine wesentlich höhere Verdampfungsrate im Vergleich zu den kostengünstigeren thermischen Verdampfungsmethoden. Zum anderen können Materialien verwendet werden, die nur im Vakuum und mit der für Elektronenstrahlen charakteristischen hohen Energiedichte verdampft werden können. Auch so genannte Sublimationsverfahren, wie z. B. das von Siliziumdioxid für Barrierebeschichtungen auf Polymerfolien in der Verpackungsindustrie, können mit der Elektronenstrahltechnik durchgeführt werden.
Anwendungsgebiete
Neben Polymerfolien gibt es auch andere Substrate, die mit relativ dichten Schichten beschichtet werden können, wie Metallband, Glas oder Turbinenschaufeln. Für diese Anwendungen kann EBPVD auch mit anderen Verfahren wie der Plasmasprühbeschichtung kombiniert werden. Dies kann nützlich sein, um die komplexen Materialeigenschaften zu erfüllen, die von der Luft- und Raumfahrtindustrie gefordert werden. Im einfachsten Fall kann das zu verdampfende Material als Punktquelle dienen, bei der ein Elektronenstrahl ein Material in einem Tiegel aufschmilzt. Bei richtiger Dimensionierung ermöglicht die darüber entstehende Dampfwolke eine homogene Schichtabscheidung auf dem Zielmaterial. Diese Punktquellen können auch so kombiniert werden, dass sich die entstehenden Dampfwolken überlappen und einen homogenen Schichtauftrag über eine größere Substratbreite ermöglichen. Die Abbildung zeigt dies am Beispiel einer Turbinenschaufel.
Einstellbare Elektronenstrahlen für mehr Präzision
Wenn die Anforderungen an die Kontrolle der Schichtdicke höher sind, kann dieser statische Prozess durch einen verstellbaren Elektronenstrahl ersetzt werden. Dies ist nur möglich, weil sich Elektronenstrahlen einfach und präzise steuern lassen. Der Elektronenstrahl kann mit hoher Geschwindigkeit über die gesamte Breite des Tiegels geführt werden. Die Intensität des Elektronenstrahls wird mit Hilfe eines Schichtdickenmesssystems über die gleiche Breite gesteuert. Um die Breite der Beschichtungsfläche zu vergrößern, können mehrere Elektronenstrahlkanonen über die gesamte Breite eingesetzt werden, wie auf dem Bild zu sehen ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Einsatz von zuverlässigen Elektronenstrahlsystemen in der physikalischen Gasphasenabscheidung die Umsetzung vieler Beschichtungsverfahren und deren kostengünstige Anwendung überhaupt erst ermöglicht hat. Darüber hinaus ermöglicht die Kombination von EBPVD mit anderen Beschichtungsmethoden ein breites und vielversprechendes Spektrum an Anwendungen.
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