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真空镀膜,让塑料表面金属化

发布时间:2020-05-12浏览次数:载入中...来源:http://www.grvacuum.com/
真空镀膜的运作原理:物理相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)技术表示在真空条件下,采用物理方法,将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。

真空镀膜方法

真空镀膜常用的方法有真空蒸发镀膜、磁控溅射镀膜和离子镀膜3种。图1为3种常见真空镀膜法的原理示意图。

真空蒸发镀膜在真空环境下加热镀膜材料,使它在极短时间内蒸发,蒸发了的镀膜材料分子沉积在塑料表面上形成镀膜层。此法简单便利、操作容易、成膜速度快、效率高,是薄膜真空制备中较为使用的技术,但薄膜与基体结合较差,工艺重复性不好,只能蒸发铝这样的低熔点金属。

磁控溅射镀膜是在真空中充入惰性气体,并在塑料基体和金属靶之间加上高压直流电,由辉光放电产生的电子激发惰性气体,产生等离子体,等离子体将金属靶材的原子击出,沉积在塑料基体上。由于溅射原子能量比蒸发原子能量高1~2个数量级,高能量的溅射原子沉积在基体时转换的能量多,甚至可发生部分注入现象,同时溅射成膜过程中,基体始终在等离子区中被清洗,因此溅射镀膜与塑料表面的附着力要比蒸发镀膜好,膜层致密、均匀,如配合适当的工件转动,可在复杂表面上获得较均匀的镀层离子镀膜是蒸发工艺与溅射技术的结合,它是在镀膜的同时采用荷能离子轰击工件表面和膜层,使得镀膜层和基体结合力好,不易脱落。由于金属原子的能量低于蒸镀时的能量,即使是耐热性较差的塑料,在其表面也可生成稳定性良好的金属薄膜

塑料作为镀膜基体材料的特殊性

性塑料的种类很多,并非所有的都可以进行真空镀膜,有的与金属层的结合力很差,没有实用价值,有的与金属镀层的某些物理性质如膨胀系数相差过大,在高温差环境中难以保证其使用性能,所以真空镀膜时,与金属、玻璃等无机物相比,作为基体材料的塑料具有一定的特殊性。

基体耐热性较差

使沉积温度受到制约塑料属于高分子有机物,耐热性较差,特别是光学塑料,一般要在35~45℃的温度下进行镀膜。而真空镀膜时,不论采用什么方法,基体都受到热的影响,如蒸发源的辐射热,高能量的溅射原子撞击基体的动能以及镀膜材料原子的凝聚能等,都会引起基体的温度升高。控制基体温度在允许的范围内,使真空镀膜时的沉积温度受到制约。

与金属镀层间的附着性差

塑料与金属镀层间的附着性差首先是由于塑料的表面能一般都比较低,表面极性差;其次塑料易带静电,表面容易吸附灰尘,同时塑料零件又软,化学稳定性差,不易得到真正清洁的表面,而塑料表面的清洁度是影响塑料与金属镀层间附着力的重要因素。第三,即使保持了塑料表面的清洁,由于塑料与金属的膨胀系数相差一个数量级,在成膜过程中或成膜后,温度变化会产生热应力,应力过大将会使镀层开裂甚至脱落。此外,由于沉积过程中金属膜结构受到工艺等因素的影响致使其内部产生一定的内应力,当内应力很大时,膜料沉积到塑料表面后,内应力会转移到金属镀层上来,从而降低镀层的稳定性,甚至使镀层开裂、起皱。为解决金属镀层与塑料基体的结合问题,保证镀层与塑料表面具有良好结合力,真空镀膜时,采用在塑料表面涂上与镀膜金属有亲和力的底涂层,或者对塑料表面进行电晕放电活化处理。

真空环境下易放气

塑料材料中含有空气、残留溶剂、水分、增塑剂等,在真空条件下上述一种或多种成分放出,都会使真空度下降,延长抽真空时间,影响整个镀膜效果,严重的甚至使真空镀膜操作难于进行。而且不同种类、不同生产厂家制造的塑料材料,含气量是不一致的,即使同一种塑料,其放气特性在每次蒸镀时也可能有差别,这将给塑料真空镀膜造成极大困难。为了在塑料表面获得理想的镀膜层,常用的方法是选择适当的涂料将塑料表面封闭,减少真空状态下的放气量,或者采用双室真空装置,提高抽气效率。目前,离子轰击以及真空加热烘烤这2种除气方法的应用也已经相当普遍。 

塑料镀膜的应用

装饰功能的应用

装饰薄膜的典型应用是金银丝,利用聚酯薄膜镀铝后加工而成的金银丝已成为纺织品不可缺少的装饰材料,在日常生活用品、手工艺品、舞台艺术用品等各方面的应用很受欢迎。另外,装饰性塑料镀膜还应用于仪器、机械、汽车、玩具、灯具及家用电器等领域,有很高的经济价值及实用性。

阻隔功能的应用

为了提高商品的流通周期与货架寿命,商品包装的作用日益重要,尤其对于食品、药品、化妆品、洗涤品等保质要求较高的商品,采用高阻隔性能包装材料包装往往是有效的手段。常用的高阻隔包装膜通常采用真空蒸镀或真空溅射的方法在塑料薄膜上镀一层铝。

近来人们不仅要求商品包装膜具有耐热性和高阻隔性,而且要求有良好的透明度和优良的可微波性。制取高阻隔性透明薄膜方法之一就是在塑料薄膜上真空镀SiOx,镀氧化硅膜的无机层致密,具有高阻隔性,同时耐高温、透明、微波透过性能良好,又有类似玻璃容器的保鲜保香作用。可以用于蒸镀的原料除SiOx外,还有Al2O3,MgO,TiO2,Gd2O3,Y2O3等。

电磁功能的应用

现在,电子仪器向着“轻、薄、短、小”和多功能、高性能及低成本方向发展。塑料机箱、塑料部件或面板应用于电子仪器上,外界电磁波很容易穿透外壳或面板,对仪器的正常工作产生有害的干扰;而仪器所产生的电磁波,也非常容易辐射到周围空间,影响其他电子仪器的正常工作。为了使这种电子仪器能满足电磁兼容性要求,人们在塑料表面真空镀上金属膜。经过表面金属化处理之后,完全绝缘的塑料表面具有金属那样反射、吸收、传导和衰减电磁波的特性,能够起到屏蔽电磁波干扰的作用。塑料真空镀膜层的电磁功能还用于生产电容器,电磁屏蔽包装膜,具有高导电性能的透明导电膜,磁性薄膜,镀铜的柔性印刷电路板,硒整流器等。如在电力工业中,由塑料真空镀金属薄膜卷绕成的薄膜式电容器是一种重要的元器件,经过真空镀膜处理的聚酯、双轴向拉伸聚丙烯等塑料薄膜可作为电容器的电极使用。透明导电塑料薄膜具有透明导电性,用于生产太阳能电池及电致变色器件的透明电极。磁性薄膜在磁记录和磁光存储技术方面已有着很广的应用。

光、热功能的应用

金属化镜面塑料比基体塑料不但具有精度感、重量感,表现出富丽堂皇的装饰性,而且在机械强度、耐热性、尺寸稳定性、吸水率等方面都更优越。利用塑料真空镀膜层的光、热功能可以生产民用镜、车灯、手电筒的反光罩、道路标志、眼镜、透镜、天体望远镜、干涉滤光器、太阳光的调节膜等。如在塑料镜片表面镀上一层银和铬,可以反射强光和有害光线。若在聚酯基片上镀一薄层铝制成太阳光调节膜,则可以分滤日光以及节约夏季房间制冷费用。在农业方面也可利用塑料真空镀膜层的光、热功能生产半透明的遮阳节能膜,作为果园、养殖场的保温、防寒膜,其应用已相当普遍。目前,真空镀膜法除了镀制光学膜、电学膜、磁性膜,以及各式各样新颖、艳丽的装饰膜外,正在向获得更多的附加功能的方向发展

颜色形成

在高真空并且高温的炉内,加入不同的气体,结合散发的离子就能形成不同的颜色,然后发生变化的离子沉积在产品的表层,形成致密膜层。如加入N2,镀出来的颜色是金色;加入C₂H₂,颜色就是黑色;加入O2,颜色就会是七彩和蓝色;如加入N2和C₂H₂ ,颜色就会是玫瑰金色等等,所以颜色是各种气体与离子相互交叉产生的效果。

PVD镀膜目前能够做出的膜层的颜色有深金黄色,浅金黄色,咖啡色,古铜色,灰色,黑色,灰黑色,七彩色等。通过控制镀膜过程中的相关参数,可以控制镀出的颜色;镀膜结束后可以用相关的仪器对颜色进行测量,使颜色得以量化,以确定镀出的颜色是否满足要求。
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