真空蒸鍍的詳細介紹
2023/01/06
真空蒸鍍即真空蒸發鍍膜。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，凝結形成固態薄膜。
（1）膜料在真空狀態下的蒸發特性。單位時間內膜料單位面積上蒸發出來的材料質量稱為蒸發速率。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為蒸發表面的熱力學溫度，單位為K，Ps為溫度T時的材料飽和蒸發壓，單位為Pa，Ar為膜料的相對原子質量或相對分子質量。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。這與蒸發源的形狀和尺寸有關。最簡單的理想蒸發源有點和小平面兩種類型。（1）電阻加熱蒸發。它是用絲狀或片狀的高熔點金屬做成適當形狀的蒸發源，將膜料放在其中，接通電源，電阻加熱膜料而使其蒸發。對蒸發源材料的基本要求是高熔點，低蒸氣壓，在蒸發溫度下不會與膜料發生化學反應或互溶，具有一定的機械強度。另外，電阻加熱方式還要求蒸發源材料與膜料容易潤濕，以保證蒸發狀態穩定。常用的蒸發源材料有鎢、鉬、鉭、石墨、氮化硼等。（2）電子束蒸發。電阻加熱方式中的膜料與蒸發源材料直接接觸，兩者容易互混，這對于半導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。它的蒸發源是e形電子槍。膜料放入水冷銅坩堝中，電子束自源發出，用磁場線圈使電子束聚焦和偏轉，電子軌跡磁偏轉270°，對膜料進行轟擊和加熱。
（3）高頻加熱。它是在高頻感應線圈中放入氧化鋁或石墨坩堝對膜材料進行高頻感應加熱。感應線圈通常用水冷銅管制造。此法主要用于鋁的大量蒸發。（4）激光加熱。它是用激光照射在膜料表面，使其加熱蒸發。由于不同材料吸收激光的波段范圍不同，因而需要選用相應的激光器。這種方式經聚焦后功率密度可達106W/cm2，可蒸發任何能吸收激光光能的高熔點材料，蒸發速率極高，制得的膜成分幾乎與材料成分一樣。真空蒸鍍工藝是根據產品要求確定的，一般非連續鍍膜的工藝流程是∶鍍前準備一抽真空—離子轟擊一烘烤—預熱—蒸發一取件-鍍后處理—檢測—成品。鍍前準備包括工件清洗、蒸發源制作和清洗、真空室和工件架清洗、安裝蒸發源、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，會使膜產生針孔和降低膜的結合力，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，即對真空室內鋁棒加一定的高壓電，產生輝光放電，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生化學反應，使工件表面得到進一步的清洗。離子轟擊一定時間后，關掉高壓電，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，先對蒸發源通以較低功率電流，進行膜料的預熱或預熔，然后再通以規定功率的電流，使膜料迅速蒸發。蒸發結束后，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。真空蒸鍍廣泛用于鍍制各種金屬、合金和化合物薄膜，應用于光學、電子、輕工和裝飾等工業領域。①真空蒸鍍鋁膜制鏡：真空蒸鍍鋁膜制鏡比傳統的化學方法鍍制銀鏡有許多優點，它可以節省大量的貴金屬白銀，每平方米鏡片可節省白銀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，產品質量好，真空蒸鍍鋁膜工藝簡單，質量容易控制，沒有環境污染，成本低廉。真空鍍鋁制鏡工藝，通常采用鎢絲蒸發源，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，鍍制一層金屬薄膜的塑料金屬化技術，已經實用化并得到廣泛的應用。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，早已得到廣泛的應用，塑料膜的金屬化處理通常使用半連續卷繞鍍膜機，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，再經切絲就可以制成單層結構的銀絲。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成雙層結構的金、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。熱壓印應用面很廣，圖書；煙盒、標簽、產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、遮光、保香以及裝飾效果。電介質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功能，得到了廣泛的應用。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。真空蒸鍍的應用，除上述幾個方面外，還廣泛應用光學、電子、半導體、自動化、太陽能利用等眾多的科技和工業領域。
