電子束物理氣相沉積技術(shù)被采用制備大尺寸高溫合金薄板，靶基距和不同坩堝中錠料蒸發(fā)速率對(duì)厚度均勻性的影響規(guī)律被研究。研究結(jié)果表明，靶基距對(duì)錠料的有效蒸發(fā)效率和厚度均勻性具有重要影響。靶基距低，有效蒸發(fā)效率高，反之，靶基距高，有效蒸發(fā)效率低。靶基距與錠料的有效蒸發(fā)效率成反比關(guān)系。調(diào)整不同坩堝中錠料蒸發(fā)速率，可獲得不同的薄板厚度分布。當(dāng)靶基距為h = 50 cm，2 號(hào)坩堝蒸發(fā)量為83%，4 號(hào)坩堝蒸發(fā)量為17% 時(shí)，沉積薄板厚度分布均勻性最好，在r≤450 mm 范圍內(nèi)薄板厚度分布滿足國(guó)家薄板厚度公差標(biāo)準(zhǔn)。理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合表明模型合理。

　　電子束物理氣相沉積(EBPVD)是真空沉積技術(shù)的一種，是利用高能電子束加熱目標(biāo)靶材料熔化蒸發(fā)，蒸氣以原子或原子團(tuán)形式凝結(jié)到目標(biāo)基體上形成薄膜，具有蒸發(fā)速率高、無(wú)污染和成分易于控制等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于薄膜與涂層的制備。采用該方法制備的陶瓷熱脹涂層，可獲得平行于生長(zhǎng)方向的柱狀晶組織，具有良好的抗熱震性能，可大幅提高涂層的熱疲勞抗力和高溫條件下的使用壽命，近些年來(lái)采用該項(xiàng)技術(shù)制備熱障涂層一直是各國(guó)研究熱點(diǎn)。隨著EBPVD 技術(shù)的進(jìn)步和某些功能材料發(fā)展的需要，EBPVD 作為一種氣相凝鑄凈成型技術(shù)，在一些大尺寸難軋制極薄板材料和精密零件制備等方面取得了很大進(jìn)展。

　　大尺寸薄板材料的厚度分布均勻性是其應(yīng)用的一個(gè)重要指標(biāo)，均勻性的好壞決定了其應(yīng)用前景。同時(shí)，由于沉積的是大尺寸體材料，靶材的消耗量巨大，因而靶材有效蒸發(fā)效率作為生產(chǎn)成本的一個(gè)重要考量參數(shù)，對(duì)沉積過(guò)程經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。有效蒸發(fā)效率是指錠料凝結(jié)在基板上的質(zhì)量與錠料蒸發(fā)出來(lái)的質(zhì)量比值。因此有必要從理論上對(duì)其厚度分布進(jìn)行分析與計(jì)算，并對(duì)沉積薄板的板形和有效蒸發(fā)效率進(jìn)行預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)。

　　本工作根據(jù)真空蒸鍍中小面源具有方向性的發(fā)射特性，即余弦角度分布(Knudsen) 規(guī)律，同時(shí)結(jié)合EBPVD 自身發(fā)射特點(diǎn)，建立了一個(gè)多錠料蒸發(fā)理論模型，討論了靶基距和不同坩堝蒸發(fā)速率對(duì)厚度均勻性和有效蒸發(fā)效率的影響，并對(duì)實(shí)際沉積薄板厚度分布進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

　　1、理論模擬

　　為了方便厚度分布理論模型計(jì)算，三個(gè)假設(shè)被設(shè)定，如下：

　　(1) 因真空室氣壓較低，分子平均自由程遠(yuǎn)大于坩堝到基板表面的距離，因而忽略蒸發(fā)粒子與殘余氣體粒子碰撞引起的散射，蒸發(fā)粒子運(yùn)動(dòng)遵循直線方式；

　　(2) 忽略蒸發(fā)粒子間發(fā)生碰撞；

　　(3) 當(dāng)蒸發(fā)粒子與基板發(fā)生碰撞，蒸發(fā)粒子瞬間凝結(jié)在基板表面。

　　4、結(jié)論

　　(1) EBPVD 凈成型技術(shù)制備大尺寸高溫合金薄板，坩堝位置、靶基距和不同錠料蒸發(fā)速率對(duì)薄板厚度均勻性和有效蒸發(fā)效率具有重要影響。

　　(2) 坩堝位置距離基板中心投影位置近，有效蒸發(fā)效率高，反之，有效蒸發(fā)效率低。

　　(3) 靶基距低，有效蒸發(fā)效率高，反之，靶基距高，有效蒸發(fā)效率低。靶基距與錠料的有效蒸發(fā)效率成反比關(guān)系。

　　(4) 調(diào)整不同錠料蒸發(fā)速率，可獲得不同薄板厚度分布。當(dāng)靶基距為h = 50 cm，2 號(hào)坩堝蒸發(fā)量為83%，4 號(hào)坩堝蒸發(fā)量為17% 時(shí)，沉積薄板厚度分布均勻性最好，在r≤450 mm 范圍內(nèi)薄板厚度分布滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。