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化學(xué)氣相沉積（CVD）是用化學(xué)方法使反應(yīng)氣體在零件基材表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成覆蓋層的方法。通常CVD是在高溫（800～1000℃）和常壓或低壓下進(jìn)行的，沉積裝置如圖3-13所示。

圖 13.jpg

a. 反應(yīng)氣體向工件表面擴(kuò)散并被吸附。

b. 吸收工件表面的各種物質(zhì)發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng)。

c. 生成的物質(zhì)點(diǎn)聚集成晶核并長(zhǎng)大。

d. 表面化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物脫離工件表面返回氣相。

e. 沉積層與基體的界面發(fā)生元素的互擴(kuò)散形成鍍層。

CVD裝置中，反應(yīng)器是最基本的部件。處理的工件應(yīng)放入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器裝夾在加熱爐體內(nèi)，然后加熱至沉積反應(yīng)所要求的工作溫度，并保溫一定時(shí)間。送入反應(yīng)器的氣體根據(jù)工藝要求而不同，以一定的流量比分別供給N2、H_2、TiCl₄CH₄、Ar氣，其中TiCl₄是通過(guò)加熱液態(tài)的氯化鈦得到的。反應(yīng)后的廢氣經(jīng)機(jī)械泵排出。為了防止發(fā)生爆炸事故，反應(yīng)器在沉積過(guò)程結(jié)束后至開(kāi)啟前要充入氬氣。為了去除氣體中的有害成分，如氧、水分等，管路還應(yīng)配備必要的干燥凈化裝置。

工藝要求：

a. 沉積溫度一般在950～1050℃，溫度過(guò)高，可使TiC層厚度增加，但晶粒變粗，性能較差；溫度過(guò)低，TiCl4還原出鈦的沉積速度大于碳化物的形成速度，沉積物是多孔性的，而且與基體結(jié)合不牢。

b. 氣體流量必須很好控制，Ti和C的比例最好在1：0.85～0.97之間，以防游離鈦沉積，使TiC覆蓋層無(wú)法形成。

c. 沉積速率通常為每小時(shí)幾微米（包括加熱時(shí)間和冷卻時(shí)間），總的沉積時(shí)間為8～13h。沉積時(shí)間由所需鍍層厚度決定，沉積時(shí)間越長(zhǎng)，所得TiC層越厚；反之鍍層越薄。沉積TiC的最佳厚度為3～10μm，沉積TiN的最佳厚度為5～15μm，太薄不耐磨，太厚結(jié)合力差。

化學(xué)氣相沉積涂層的反應(yīng)溫度高，在基體與涂層之間易形成擴(kuò)散層，因此結(jié)合力好，而且容易實(shí)現(xiàn)設(shè)備的大型化，可以大量處理。但在高溫下進(jìn)行處理，零件變形較大，高溫時(shí)組織變化必然導(dǎo)致基體力學(xué)性能降低，所以化學(xué)氣相沉積處理后必須重新進(jìn)行熱處理。

為了擴(kuò)大氣相沉積的應(yīng)用范圍，減小零件變形，簡(jiǎn)化后續(xù)熱處理工藝，通常采取降低沉積溫度的方法，如等離子體激發(fā)化學(xué)氣相沉積（PCVD）、中溫化學(xué)氣相沉積等，這些方法可使反應(yīng)溫度降到500℃以下。

沉積不同的涂層，將選擇不同的化學(xué)反應(yīng)。三種超硬涂層沉積時(shí)的化學(xué)反應(yīng)如下：

式 2.jpg