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1 绪论1

1.1 引言1

1.2 研究意义1

1.3 研究内容及方法2

1.3.1 建立物理及数学模型2

1.3.2 实现模拟2

1.3.3 模拟结果及分析3

1.4 研究技术路线3

2 真空镀膜技术4

2.1 真空镀膜技术概述4

2.2 真空镀膜技术分类6

2.2.1 真空蒸发镀技术7

2.2.2 真空溅射镀技术8

2.2.3 真空离子镀技术10

2.2.4 束流沉积技术12

2.2.5 化学气相沉积技术15

2.3 多弧离子镀技术概述17

2.3.1 离子镀技术发展17

2.3.2 多弧离子镀技术特点18

2.3.3 多弧离子镀技术原理20

3 多弧离子镀沉积过程的理论基础23

3.1 真空物理基础23

3.1.1 真空度和真空区域划分23

3.1.2 气体分子运动论24

3.2 等离子体物理基础25

3.2.1 低温等离子体物理概述25

3.2.2 弧光放电特性27

3.2.3 带电粒子与表面的作用29

3.3 薄膜生长29

3.3.1 薄膜生长过程概述29

3.3.2 吸附与凝结过程30

4 多弧离子镀物理过程及成分离析效应31

4.1 多弧离子镀物理过程31

4.1.1 粒子蒸发过程31

4.1.2 粒子运动过程32

4.1.3 粒子吸附过程32

4.2 主要工艺参数33

4.2.1 基体负偏压33

4.2.2 气体分压34

4.2.3 弧电流强度34

4.2.4 本底真空度35

4.2.5 试样温度35

4.2.6 试样转动速率36

4.2.7 沉积时间36

4.2.8 磁场36

4.3 离化率和成分离析效应36

4.3.1 阴极电弧产物与离化现象36

4.3.2 离化率37

4.3.3 成分离析效应38

5 计算机模拟技术39

5.1 计算机模拟技术概述39

5.1.1 计算机模拟技术特点39

5.1.2 材料加工工艺的计算机模拟技术40

5.2 多弧离子镀计算机模拟技术的研究现状及发展趋势41

5.2.1 利用多弧离子镀技术来制备涂层的研究历程41

5.2.2 模拟技术的研究历程及发展趋势42

6 数学模型的建立45

6.1 电场强度计算46

6.1.1 杆的贡献46

6.1.2 上、下底的贡献47

6.1.3 筒壁的贡献50

6.2 电场强度公式转化51

6.3 带电粒子受力分析及其速度和位移计算53

6.4 模拟带电粒子运动轨迹54

7 程序的编制55

7.1 模拟内容55

7.2 软件介绍55

7.3 程序语言介绍55

7.3.1 面向对象的程序设计55

7.3.2 Visual C语言介绍56

7.3.3 程序设计基本步骤56

7.4 系统框架图58

7.5 系统流程图59

7.6 算法流程图60

8 粒子蒸发过程模拟63

8.1 粒子蒸发宏观过程63

8.1.1 单一元素靶材63

8.1.2 二元合金靶材63

8.1.3 多元合金靶材65

8.2 粒子蒸发微观过程66

8.2.1 单一元素靶材67

8.2.2 二元合金靶材68

8.2.3 多元合金靶材69

9 偏压电场分布情况模拟71

9.1 偏压电场分布曲线71

9.2 一个粒子在偏压电场内的运动72

10 粒子运动过程模拟74

10.1 单一元素靶材74

10.2 二元合金靶材78

10.3 多元合金靶材87

11 粒子吸附过程模拟95

11.1 单一元素靶材95

11.2 二元合金靶材95

11.3 多元合金靶材96

12 模拟结果的讨论与验证99

12.1 偏压电场及其分布情况99

12.2 偏压对涂层均匀性的影响100

12.3 成分离析效应分析101

12.3.1 成分离析效应的影响因素101

12.3.2 成分离析效应的效果102

12.3.3 成分离析效应小结106

12.3.4 成分离析效应的模拟结果与实验验证107

13 主要程序代码110

13.1 蒸发宏观过程模块110

13.2 蒸发微观过程模块120

13.3 偏压电场分布曲线模块128

13.4 偏压电场内运动模块136

13.5 粒子运动模块138

13.6 粒子附着模块148

附录156

附录1 真空镀膜设备通用技术条件156

附录2 真空技术术语165

参考文献227