หลักการสำคัญที่ต้องรู้! การเคลือบ PVD และ CVD มีความแตกต่างกันอย่างไร?

การเคลือบ PVD คืออะไร?

การเคลือบ PVD (Physical Vapor Deposition) หรือ PVD coating คือการสะสมไอทางกายภาพ เป็นเทคนิคการสร้างฟิล์มบางที่ใช้กลไกทางกายภาพ เช่น สปัตเตอริง (sputtering) และการระเหย (evaporation) เพื่อทำให้สารตั้งต้นกลายเป็นไอ จากนั้นไอ (ซึ่งเป็นได้ทั้งอะตอมหรือไอออน) ที่เกิดขึ้นจะตกเคลือบบนสับสเตรท (substrate) หรือชิ้นงาน ซึ่งกระบวนการ  PVD นี้จะต้องทำในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูงประมาณ 250 ถึง 750 องศาเซลเซียส โดยผิวที่เคลือบจะมีความแข็งแรงทนทานสูง ทนต่อการสึกหรอ และการตัดที่มีอุณหภูมิสูงมาก อีกทั้งตัวฟิล์มที่เคลือบลงบนพื้นผิวของเครื่องมือและวัสดุยังทนต่อการระเหยได้ดี ซึ่งกระบวนการเคลือบ PVD ถือเป็นวิธีที่ค่อนข้างเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม รวมถึงการใช้อุณหภูมิในการเคลือบผิวต่ำจะส่งผลกระทบกับตัวชิ้นงานน้อย โดยชิ้นงานจะไม่เสียรูป และมีความเครียดสะสมน้อย ทนต่อการแตกหักได้ดีกว่าการเคลือบ CVD จึงทำให้การชุบ PVD มีค่าใช้จ่ายที่ค่อนข้างสูง และใช้เวลาในกระบวนการค่อนข้างนานหากเปรียบเทียบกับการเคลือบ CVD แต่กระบวนการนี้ก็มีข้อบกพร่องตรงที่การเคลือบ PVD จะเป็นกระบวนการเคลือบเป็นแบบแนวสายตา จึงอาจจะไม่เหมาะกับการเคลือบผิวชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนหรือซอกหลืบมาก

การเคลือบ CVD คืออะไร?

การเคลือบ CVD (Chemical Vapor Deposition) หรือ CVD coating คือวิธีการเคลือบที่ใช้กระบวนการทางเคมีในการสร้างชั้นเคลือบผิวที่มีความบริสุทธิ์สูง อาศัยปฏิกิริยาเคมีในการสังเคราะห์สารเคลือบที่อยู่ในสถานะของแข็งจากสารตั้งต้นที่อยู่ในสถานะไอ ทั้งนี้สารเคลือบที่ได้เป็นผลลัพธ์จากการทำปฏิกิริยากันระหว่างไอเคมีตั้งต้นกับพื้นผิวที่ต้องการเคลือบโดยตรง หรืออาจเป็นการทำปฏิกิริยาระหว่างไอเคมีมากกว่าหนึ่งชนิดที่อยู่เหนือพื้นผิวแล้วเกิดเป็นสารเคลือบบนพื้นผิวที่ต้องการก็ได้ ซึ่งกระบวนทั้งหมดนี้จะต้องทำในห้องปฏิบัติการโดยเฉพาะ เนื่องจากกระบวนการเคลือบจำเป็นต้องมีการใช้งานสารเคมีที่มักมีความอันตรายและเป็นพิษ และปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่ต้องใช้อุณหภูมิสูงถึง 700-1,000 องศาเซลเซียส เพื่อป้องกันอันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากการระเหยของสารเคมีในกระบวนการดังกล่าวได้ สำหรับชิ้นงานที่ทำการเคลือบ CVD นั้นถือว่ามีคุณภาพ ทนต่อการขัดสี และทนต่อการสึกหรอได้ดีกว่าการเคลือบ PVD อีกทั้งยังเหมาะกับการเคลือบพื้นผิววัสดุอุปกรณ์ที่มีรูปทรงแปลก ๆ อย่าง ดอกเจาะ และอุปกรณ์ที่เป็นเกลียวต่าง ๆ หรือชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนได้ดี และยังสามารถใช้เคลือบผิว เพื่อสร้างเซมิคอนดักเตอร์ หรือสารกึ่งตัวนำสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าได้อีกด้วย

สรุป

การเคลือบผิวแบบ PVD และการเคลือบผิวแบบ CVD เป็นวิธีการเคลือบพื้นผิวของวัสดุ อุปกรณ์และชิ้นส่วนเครื่องจักรในโรงงานอุตสาหกรรมที่มีประสิทธิภาพสูง ช่วยให้มีความทนทานต่อการใช้งาน ทนต่อการขัดสี ทนต่อแรงเสียดทาน และทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมีจากกระบวนการผลิต ถึงแม้ว่าทั้งสองจะมีวัตถุประสงค์ในการใช้งานที่เหมือนกัน แต่ก็มีความเหมาะสมในการใช้งานที่แตกต่างกันจากหลักการเคลือบ โดยวัสดุเคลือบใน PVD จะอยู่ในรูปของแข็ง ในขณะที่การเคลือบ CVD จะอยู่ในสถานะก๊าซนั่นเอง

การเคลือบ CVD ให้ชั้นเคลือบที่มีความสม่ำเสมอและปกคลุมอย่างทั่วถึงบนชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อน มีการใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์สารกึ่งตัวนำ แต่ในกระบวนการเคลือบมักใช้อุณหภูมิสูง รวมถึงสารเคมีที่เกี่ยวข้องมีความอันตราย และต้องอาศัยการจัดการที่ดีเพื่อไม่ให้เป็นภัยต่อผู้ปฏิบัติงานและสิ่งแวดล้อม ขณะที่ PVD จะเหมาะกับชิ้นงานที่มีรูปร่างไม่ซับซ้อนมากนัก ไม่ต้องใช้สารเคมีอันตรายและทำที่อุณหภูมิต่ำกว่า CVD จึงสามารถเคลือบบนวัสดุได้หลากกลายชนิด ฉะนั้นก่อนที่จะตัดสินใจเลือกวิธีการเคลือบ ควรศึกษาและพิจารณาถึงปัจจัยสำคัญเหล่านี้ให้ดี เพื่อที่คุณจะได้เลือกวิธีการเคลือบผิววัสดุอุปกรณ์ให้มีความเหมาะสมและมีประสิทธิภาพต่อโรงงานของคุณที่สุด