【康沃真空網(wǎng)】真空蒸鍍即真空蒸發(fā)鍍膜。
這種方法是把裝有基片的真空室抽成真空,氣體壓強達到10-2Pa以下加熱鍍料,使其原子或分子從表面氣化逸出形成蒸氣流,入射到基片表面,凝結(jié)形成固態(tài)薄膜。
1.真空蒸鍍原理
(1)膜料在真空狀態(tài)下的蒸發(fā)特性。單位時間內(nèi)膜料單位面積上蒸發(fā)出來的材料質(zhì)量稱為蒸發(fā)速率。理想的最高速率Gm(單位為kg/(m2·s))∶Gm=4.38×10-3Ps(Ar/T)1/2,式中,T為蒸發(fā)表面的熱力學(xué)溫度,單位為K,Ps為溫度T時的材料飽和蒸發(fā)壓,單位為Pa,Ar為膜料的相對原子質(zhì)量或相對分子質(zhì)量。蒸鍍時一般要求膜料的蒸氣壓在10-2~10-1Pa。材料的Cm通常處在10-4~10-1Pa,因此可以估算出已知蒸發(fā)材料的所需加熱溫度。
(2)蒸氣粒子的空間分布。蒸氣粒子的空間分布顯著地影響了蒸發(fā)粒子在基體上的沉積速率以及基體上的膜厚分布。這與蒸發(fā)源的形狀和尺寸有關(guān)。最簡單的理想蒸發(fā)源有點和小平面兩種類型。
2.真空蒸鍍方式
(1)電阻加熱蒸發(fā)。它是用絲狀或片狀的高熔點金屬做成適當形狀的蒸發(fā)源,將膜料放在其中,接通電源,電阻加熱膜料而使其蒸發(fā)。對蒸發(fā)源材料的基本要求是高熔點,低蒸氣壓,在蒸發(fā)溫度下不會與膜料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或互溶,具有一定的機械強度。另外,電阻加熱方式還要求蒸發(fā)源材料與膜料容易潤濕,以保證蒸發(fā)狀態(tài)穩(wěn)定。常用的蒸發(fā)源材料有鎢、鉬、鉭、石墨、氮化硼等。
(2)電子束蒸發(fā)。電阻加熱方式中的膜料與蒸發(fā)源材料直接接觸,兩者容易互混,這對于半導(dǎo)基體元件等鍍膜來說是需要避免的。電子束加熱方式能解決這個問題。它的蒸發(fā)源是e形電子槍。膜料放入水冷銅坩堝中,電子束自源發(fā)出,用磁場線圈使電子束聚焦和偏轉(zhuǎn),電子軌跡磁偏轉(zhuǎn)270°,對膜料進行轟擊和加熱。
(3)高頻加熱。它是在高頻感應(yīng)線圈中放入氧化鋁或石墨坩堝對膜材料進行高頻感應(yīng)加熱。感應(yīng)線圈通常用水冷銅管制造。此法主要用于鋁的大量蒸發(fā)。
(4)激光加熱。它是用激光照射在膜料表面,使其加熱蒸發(fā)。由于不同材料吸收激光的波段范圍不同,因而需要選用相應(yīng)的激光器。這種方式經(jīng)聚焦后功率密度可達106W/cm2,可蒸發(fā)任何能吸收激光光能的高熔點材料,蒸發(fā)速率極高,制得的膜成分幾乎與材料成分一樣。
3、真空蒸鍍的工藝
真空蒸鍍工藝是根據(jù)產(chǎn)品要求確定的,一般非連續(xù)鍍膜的工藝流程是∶鍍前準備一抽真空—離子轟擊一烘烤—預(yù)熱—蒸發(fā)一取件-鍍后處理—檢測—成品。
鍍前準備包括工件清洗、蒸發(fā)源制作和清洗、真空室和工件架清洗、安裝蒸發(fā)源、膜料清洗和放置、裝工件等。這些工作是重要的,它們直接影響了鍍膜質(zhì)量。對于不同基材或部件有不同的清洗方法。例如∶玻璃在除去表面臟物、油污后用水沖洗或刷洗,再用純水沖洗,最后要烘干或用無水酒精擦干;金屬經(jīng)水沖刷后用酸或堿洗.再用水洗和烘干;對于較粗糙的表面和有孔的基板。宜在水、酒精等清洗的同時進行超聲波洗凈。塑料等工件在成型時易帶靜電,如不消除,會使膜產(chǎn)生針孔和降低膜的結(jié)合力,因此常需要先除去靜電。
工件放入真空室后,先抽真空至1~0.1Pa進行離子轟擊,即對真空室內(nèi)鋁棒加一定的高壓電,產(chǎn)生輝光放電,使電子獲得很高的速度,工件表面迅速帶有負電荷,在此吸引下正離子轟擊工件表面,工件吸附層與活性氣體之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng),使工件表面得到進一步的清洗。離子轟擊一定時間后,關(guān)掉高壓電,再提高真空度,同時進行加熱烘烤,控制在一定溫度,使工件及工件架吸附的氣體迅速逸出。達到一定真空度后,先對蒸發(fā)源通以較低功率電流,進行膜料的預(yù)熱或預(yù)熔,然后再通以規(guī)定功率的電流,使膜料迅速蒸發(fā)。蒸發(fā)結(jié)束后,停止抽氣,再充氣,打開真空室取出工件。有的膜層如鍍鋁等,質(zhì)軟和易氧化變色,需要施涂面漆加以保護。
上述為真空蒸鍍的一般工藝,針對具體膜層成分組成,有合金蒸鍍、化合物蒸鍍和高熔點化合物蒸鍍;根據(jù)工藝過程,還有離子束輔助蒸鍍、激光束輔助蒸鍍、單晶蒸鍍和非晶蒸鍍法等。
4、真空蒸鍍應(yīng)該范圍
真空蒸鍍廣泛用于鍍制各種金屬、合金和化合物薄膜,應(yīng)用于光學(xué)、電子、輕工和裝飾等工業(yè)領(lǐng)域。
①真空蒸鍍鋁膜制鏡:真空蒸鍍鋁膜制鏡比傳統(tǒng)的化學(xué)方法鍍制銀鏡有許多優(yōu)點,它可以節(jié)省大量的貴金屬白銀,每平方米鏡片可節(jié)省白銀7g左右,鋁鏡的反射率與銀鏡差不多,但它比銀鏡抗蝕性能好,影像清晰,耐用,產(chǎn)品質(zhì)量好,真空蒸鍍鋁膜工藝簡單,質(zhì)量容易控制,沒有環(huán)境污染,成本低廉。
真空鍍鋁制鏡工藝,通常采用鎢絲蒸發(fā)源,鎢絲長期加熱晶粒長大變脆,被鋁侵蝕變細,極易損壞.因此,鍍膜工藝中鋁料的用量、蒸發(fā)源加熱的溫度(加熱電流)需要嚴格控制,以延長鎢絲壽命,這是此工藝中應(yīng)注意的問題。
②塑料制品金屬化:塑料制品旋鈕、手柄、框架、化妝品容器、燈飾、工藝品等的表面,用真空蒸鍍技術(shù),鍍制一層金屬薄膜的塑料金屬化技術(shù),已經(jīng)實用化并得到廣泛的應(yīng)用。
塑料金屬化最常用的鍍膜材料是鋁、鎳、鉻等,其中鋁價格低廉,金屬反光性好,而且可以著色成多種顏色,使用得最多。
塑料金屬化工藝通常在鍍膜前處理中需要涂底漆,鍍后處理需要涂面漆以保護鍍膜。
③塑料膜的金屬化處理:在聚酯塑料或聚丙烯塑料膜上蒸鍍鋁膜等,用于裝飾膜、壓光膜、電容器膜、包裝膜等,早已得到廣泛的應(yīng)用,
塑料膜的金屬化處理通常使用半連續(xù)卷繞鍍膜機,目前國外鍍膜機卷繞速度可達200~400m/min,幅寬1~2m,卷長6000~30000m。
塑料膜的基片材料有聚酯、聚氯乙烯、尼龍6、聚碳酸酯、乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、玻璃紙、苯乙烯等。
塑料膜的金屬化處理用于裝飾膜的典型應(yīng)用是制作金銀絲,基片最常用的是聚酯膜,鍍膜材料多用鋁,在高級裝飾的應(yīng)用中也使用金、銀,在聚酯基片上鍍鋁并在表面涂透明保護膜,再經(jīng)切絲就可以制成單層結(jié)構(gòu)的銀絲。若在膜層或膜片上染上透明油熔性染料,就可以做成金色或其他顏色的絲,把兩張鍍鋁的聚酯膜片的鋁膜層黏合在一起就構(gòu)成雙層結(jié)構(gòu)的金、銀絲。
金銀絲用于制造布料、臺布、手工藝品、簾布面料等裝飾用材料。
塑料膜的金屬化處理還用于壓光膜,它用于塑料制品、紙、人造革等表面熱壓印上,可以得到具有金屬光澤的圖案,鍍膜材料主要是鋁,要求耐蝕性高時則用鎳或鉻,壓光膜的底層涂料要求使用脫膜的石蠟類材料,然后再涂覆透明樹脂層,鍍膜的表層涂料應(yīng)采用適用性廣的感熱性黏接劑,以便熱壓時適用多種材料表面的熱壓印。熱壓印應(yīng)用面很廣,圖書;煙盒、標簽、產(chǎn)品的裝飾圖案等均可采用。
塑料膜金屬化處理后還可用于包裝膜,具有防潮、防氧化變質(zhì)、遮光、保香以及裝飾效果。
電介質(zhì)薄膜材料鍍金屬膜后可以制造電容器,金屬膜層電容器制造工序簡單,局部擊穿后有自恢復(fù)功能,得到了廣泛的應(yīng)用。常用的鍍膜材料為鋅、鋁,鋅與基片材料附著性能較差,一般添加少量的銀、錫、銅等可提高附著性能。
真空蒸鍍的應(yīng)用,除上述幾個方面外,還廣泛應(yīng)用光學(xué)、電子、半導(dǎo)體、自動化、太陽能利用等眾多的科技和工業(yè)領(lǐng)域。