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真空镀膜技术,你真的了解吗?

作者:admin    发布时间:2021-05-19 10:12     浏览次数 :


       真空镀膜技术是气相物理沉积的方法之一,也叫真空电镀。是在真空条件下,用蒸发器加热镀膜材料使之升华,蒸发粒子流直接射向基体,在基体表面沉积形成固体薄膜。
 
      真空镀膜的应用广泛,如真空镀铝,在塑料等基体上进行真空镀,再经过不同颜色的染色处理,可以应用于家具、工艺品、灯饰、钟表、玩具、汽车灯具、反光镜及柔软包装材料等产品制造中,装饰效果十分出色。
 
       真空镀膜产品其膜面不仅亮度高,质感细腻逼真,同时制作成本较低,有利于环境保护,较少受到基材材质限制的优点,被越来越多的应用在化妆品外壳的表面处理。

一,真空镀膜技术基本原理
       真空镀膜过程简单来说就是电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞,电离出大量的氩离子和电子,电子飞向基片。氩离子在电场的作用下加速轰击靶材,溅射出大量的靶材原子,呈中性的靶原子(或分子)沉积在基片上成膜。
 
       但在实际辉光放电直流溅射系统中,自持放电很难在低于1.3Pa的条件下维持,这是因为在这种条件下没有足够的离化碰撞。因此在低于1.3~2.7Pa压强下运行的溅射系统提高离化碰撞就显得尤为重要。提高离化碰撞的方法要么靠额外的电子源来提供,而不是靠阴极发射出来的二次电子;要么就是利用高频放电装置或者施加磁场的方式提高已有电子的离化效率。
 
       事实上,真空镀膜中二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛仑磁力的影响,被束缚在靠近靶面的等离子体区域内,该区域内等离子体密度很高,二次电子在磁场的作用下围绕靶面作圆周运动,该电子的运动路径很长,在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材,经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低,摆脱磁力线的束缚,远离靶材,Z终沉积在基片上。
 
       真空镀膜就是以磁场束缚而延长电子的运动路径,改变电子的运动方向,提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量。电子的归宿不仅仅是基片,真空室内壁及靶源阳极也是电子归宿,因为一般基片与真空室及阳极在同一电势。磁场与电场的交互作用(EXB drift)使单个电子轨迹呈三维螺旋状,而不是仅仅在靶面圆周运动。
 
二,真空镀膜技术的特点
       镀覆材料广泛:可作为真空镀蒸发材料有几十种,包括金属、合金和非金属。真空镀膜加工还可以像多层电镀一样,加工出多层结构的复合膜,满足对涂层各种不同性能的需求。
 
       真空镀膜技术可以实现不能通过电沉积方法形成镀层的涂覆:如铝、钛、锆等镀层,甚至陶瓷和金刚石涂层,这是十分难能可贵的。
 
       真空镀膜性能优良:真空镀膜厚度远小于电镀层,但涂层的耐摩擦和耐腐蚀性能良好,孔隙率低,而且无氢脆现象,相对电镀加工而言可以节约大量金属材料。
 
       环境效益优异:真空镀膜加工设备简单、占地面积小、生产环境优雅洁净,无污水排放,不会对环境和操作者造成危害。在注重环境保护和大力推行清洁生产的形势下,真空镀膜技术在许多方面可以取代电镀加工。
 
三,真空镀膜技术种类
1.真空蒸镀法
       真空蒸镀是将装有基片的真空室抽成真空,然后加热被蒸发的镀料,使其原子或分子从表面气化逸出,形成蒸气流,入射到基片表面,凝结形成固体薄膜的技术。
 
       (补充:真空蒸镀是将待成膜的物质置于真空中进行蒸发或升华,使之在工件或基材表面析出的过程。(真空蒸镀中的金属镀层通常为铝膜,但其他金属如铬也可通过蒸发沉淀;厚度在30um左右。))
 
       是在真空室中加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料使其原子或分子从表面气化逸出,形成蒸气流入射到固体(称为衬底或基片)表面凝结形成固态薄膜。
 
根据蒸发源的不同可以将真空蒸镀分为电阻加热蒸发源、电子束蒸发源、高频感应蒸发源及激光束蒸发源蒸镀法。
 
(1)电阻蒸发源是用低电压大电流加热灯丝和蒸发舟,利用电流的焦耳热是镀料熔化、蒸发或升华。这种方式结构简单,造价低廉,使用相当普遍。采用真空蒸镀法在纯棉织物表面制备负载TiO2织物,紫外线透过率都比未负载的纯棉织物的低,具有好的抗紫外线性能,制备TiO2薄膜时,膜层较均匀,当在玻璃表面蒸镀一层铬钛、镍钛合金等装饰薄膜,装饰效果,光学、耐磨、耐蚀性能良好。
 
(2)电子束蒸发源利用灯丝发射的热电子,经加速阳极加速,获得动能轰击处于阳极的蒸发材料,是蒸发材料加热气化,实现蒸发镀膜。这种技术相对于蒸发镀膜,可以制作高熔点和高纯的薄膜,是高真空镀钛膜技术中是一种新颖的蒸镀材料的热源。
 
(3)高频感应蒸发源是利用蒸发材料在高频电磁场的感应下产生强大的涡流损失和磁滞损失,从而将镀料金属蒸发的蒸镀技术。这种技术比电子束蒸发源蒸发速率更大,且蒸发源的温度均匀稳定。
 
(4)激光束蒸发源蒸镀技术是一种比较理想的薄膜制备方法,利用激光器发出高能量的激光束,经聚焦照射到镀料上,使之受热气化。激光器可置于真空室外,避免了蒸发器对镀材的污染,使膜层更纯洁。同时聚焦后的激光束功率很高,可使镀料达到极高的温度,从而蒸发任何高熔点的材料,甚至可以使某些合金和化合物瞬时蒸发,从而获得成分均匀的薄膜。
 

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