طلاء أكواب السيراميك بالفراغ هو عملية يتم فيها ترسيب أهداف معدنية أو مركبة على سطح جسم الكوب من خلال تقنية الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD) في بيئة فراغ، مما يشكل طبقات زخرفية (مثل اللمعان المعدني، اللون المتدرج) أو وظيفية (مثل مقاومة التآكل، طاردة للماء). يستخدم بشكل أساسي لتعزيز مظهر وملمس ومتانة الأكواب. تشمل العمليات الشائعة الرش المغنطروني والطلاء بالتبخير الفراغي.
أولاً: المتطلب الأساسي: المعالجة المسبقة للركائز الخزفية
السيراميك عبارة عن مواد غير معدنية ذات أسطح ناعمة وثبات كيميائي قوي. الطلاء المباشر عرضة لتقشر الفيلم، لذا فإن المعالجة المسبقة هي خطوة أساسية.
التنظيف وإزالة الشوائب
أولاً، استخدم التنظيف بالموجات فوق الصوتية لإزالة بقع الزيت والغبار وبقايا مسحوق السيراميك على سطح جسم الكوب. اشطفه بالماء منزوع الأيونات مرة أخرى، وجففه ثم ضعه في غرفة التفريغ لتجنب الشوائب التي تؤثر على التصاق طبقة الفيلم.
تنشيط البلازما
أدخل غاز الأرجون في غرفة التفريغ وقم بتشغيل مصدر الأيونات لتوليد البلازما. تقوم أيونات الأرجون عالية الطاقة بقصف سطح السيراميك، مما يؤدي إلى حفر حفر صغيرة، وزيادة خشونة السطح (تشكيل "تأثير التثبيت")، وفي نفس الوقت إزالة طبقة الأكسيد السطحية، وتنشيط سطح الركيزة ووضع الأساس للطلاء اللاحق.
ترسيب الطبقة الانتقالية (اختياري)
بالنسبة للسيناريوهات التي تتطلب التصاقًا عاليًا، يتم أولاً ترسيب طبقة انتقالية معدنية (مثل التيتانيوم أو الكروم). من خلال الاستفادة من الرابطة الكيميائية بين الطبقة الانتقالية والسيراميك، يتم بناء "جسر" بين الركيزة الخزفية وطبقة الفيلم الوظيفية لمنع سقوط طبقة الفيلم.
ثانياً: المبادئ العاملة لعمليتي الطلاء الرئيسيتين
طلاء التبخير الفراغي (مناسب للأفلام المعدنية الزخرفية، بتكلفة منخفضة نسبيًا)
تتضمن هذه العملية تسخين المادة المستهدفة لتبخيرها إلى ذرات غازية، والتي تتكثف بعد ذلك في فيلم على سطح السيراميك منخفض الحرارة. غالبًا ما يستخدم لإعداد طبقات أفلام ذات لمعان معدني مثل الذهب والفضة.
- التفريغ: ابدأ نظام التفريغ وقم بإخلاء درجة التفريغ للتجويف إلى المستوى المطلوب 10 −3 إلى 10 −4 باسكال، مما يقلل من تداخل تصادم جزيئات الغاز على الذرات المتبخرة ويضمن طبقة فيلم موحدة وكثيفة.
- تسخين المادة المستهدفة بالتبخير: يتم وضع أهداف معدنية مثل الألومنيوم والذهب والنحاس في مصدر تبخير (مصدر تبخير مقاوم أو مصدر تبخير شعاع الإلكترون). يمكن لمصدر تبخير شعاع الإلكترون أن يركز الحرارة بدقة، مما يؤدي إلى رفع درجة حرارة المادة المستهدفة بسرعة إلى نقطة الغليان وتبخيرها إلى بخار ذرات معدنية عالية النقاء.
- ترسيب الفيلم: يتم تثبيت أكواب السيراميك على حامل قطعة العمل الذي يدور حول الشمس وحولها. يتحرك البخار الذري المعدني في خط مستقيم في بيئة فراغ، وعندما يضرب سطح الكوب منخفض الحرارة، يتكثف ويتراكم تدريجياً لتكوين طبقة فيلم معدنية مستمرة. يمكن تعديل سمك طبقة الفيلم (عادةً 0.1 إلى 1 ميكرومتر) عن طريق التحكم في وقت الترسيب.
بعد اكتمال الطلاء، قم بإيقاف تشغيل مصدر التبخير والحفاظ على بيئة فراغ للتبريد إلى درجة حرارة الغرفة لمنع تشقق الإجهاد في طبقة الطلاء بسبب اختلاف درجة الحرارة المفرط. أخيرًا، أدخل غازًا خاملًا في التجويف لتخفيف الضغط وإزالة قطعة العمل.
2. طلاء الرش المغنطروني (مناسب للأفلام الوظيفية المركبة شديدة المقاومة للتآكل، ذات الأداء الفائق)
تستخدم هذه العملية البلازما لقصف المادة المستهدفة، مما يتسبب في تناثر ذرات المادة المستهدفة وترسيبها على سطح الكوب. إن التصاق ومقاومة التآكل لطبقة الفيلم تتجاوزان بكثير تلك الخاصة بطلاء التبخير، ويمكنها إعداد طبقات أفلام مركبة مثل نتريد التيتانيوم (الذهب) وكربيد التيتانيوم (الأسود).
- توليد الفراغ والبلازما: قم بالإخلاء إلى ضغط 10 −2 إلى 10 −3 باسكال، ويتم إدخال غاز الأرجون ويتم تطبيق مجال كهربائي عالي الجهد. يتأين غاز الأرجون إلى أيونات الأرجون والإلكترونات، مما يشكل البلازما.
- تعزيز الحصر المغناطيسي للرش: يتم تثبيت مغناطيس على الجزء الخلفي من المادة المستهدفة لتشكيل مجال مغناطيسي. سيؤدي المجال المغناطيسي إلى حصر الإلكترونات في حركة حلزونية، وإطالة وقت بقائها بالقرب من المادة المستهدفة، وزيادة احتمالية الاصطدام بجزيئات الأرجون، وتوليد المزيد من أيونات الأرجون، وتعزيز كفاءة الرش بشكل كبير.
- تناثر ذرات المادة المستهدفة والترسيب: تقوم أيونات الأرجون عالية الطاقة بقصف سطح المادة المستهدفة، ويتم "ضرب" ذرات المادة المستهدفة للخارج من خلال نقل الزخم (عملية الرش). تطير الذرات المتناثرة نحو سطح أكواب السيراميك في بيئة فراغ وتترسب لتكوين طبقة فيلم كثيفة. إذا تم إدخال غازات تفاعلية مثل النيتروجين والميثان، فيمكنها أيضًا التفاعل مع الذرات المتناثرة لتكوين طبقات أفلام وظيفية من مركبات مثل نتريد التيتانيوم وكربيد التيتانيوم.
- المعالجة اللاحقة (اختياري) : ستخضع بعض العمليات للتلدين بدرجة حرارة منخفضة بعد الطلاء لزيادة تعزيز الالتصاق بين طبقة الفيلم والركيزة وزيادة صلابة طبقة الفيلم.
ثالثًا: خصائص العملية ومزايا التطبيق
- طبقة الفيلم لها أداء ممتاز: طبقة الفيلم المتكونة عن طريق الطلاء بالفراغ موحدة وكثيفة، بدون عيوب مثل الترهل وقشر البرتقال. يمكن أن تصل مقاومة التآكل إلى أكثر من 4H (صلابة القلم الرصاص)، وهي مقاومة لتآكل الكحول والأحماض والقلويات، مما يجعلها مناسبة للاستخدام اليومي.
- صديقة للبيئة وخالية من التلوث: لا يوجد انبعاث للمذيبات العضوية أو المعادن الثقيلة طوال العملية. بالمقارنة مع عمليات الرش التقليدية، فهي أكثر توافقًا مع معايير الإنتاج الأخضر.
- تأثير زخرفي قوي: يمكنها تحقيق تأثيرات مظهرية مختلفة مثل اللمعان المعدني واللون المتدرج وغير اللامع، وتلبية احتياجات التخصيص الشخصية. يستخدم على نطاق واسع في المعالجة السطحية لأكواب السيراميك المتطورة وأكواب الهدايا الثقافية والإبداعية.
العيوب الشائعة والحلول لطلاء الفراغ على أكواب السيراميك
1. تقشر/تقشر طبقة الفيلم
المظاهر النموذجية: تسقط طبقة الفيلم في قطع كبيرة أثناء اختبار الشريط بعد الطلاء، أو تتقشر مناطق كبيرة بعد الاصطدامات والضربات اليومية. الأسباب الرئيسية
- لم يتم تنظيف سطح السيراميك جيدًا، مما ترك وراءه شوائب مثل بقع الزيت والغبار.
- بدون معالجة تنشيط البلازما، تكون طاقة سطح الركيزة منخفضة، مما يجعل من الصعب على طبقة الفيلم الالتصاق.
- لا توجد طبقة انتقالية مترسبة، وهناك نقص في "جسر" رابط بين السيراميك وطبقة الفيلم الوظيفية.
- إذا كانت معدل التبريد بعد الطلاء سريعًا جدًا، فسيتم توليد إجهاد كبير داخل طبقة الطلاء، مما يؤدي إلى التشقق والتقشر.
الحلول المستهدفة
- قم بإطالة وقت التنظيف بالموجات فوق الصوتية إلى 15 إلى 20 دقيقة. بعد التنظيف، اشطفه بالماء منزوع الأيونات ثم جفف الكوب في الفرن على درجة حرارة 80 إلى 100 درجة مئوية لإزالة الشوائب السطحية تمامًا.
- قم بإطالة وقت تنشيط البلازما إلى 5 إلى 10 دقائق، وزد بشكل مناسب قوة القصف الأيوني، وزد خشونة سطح السيراميك من خلال الحفر الأيوني عالي الطاقة لتعزيز نشاط السطح.
- أضف عملية ترسيب طبقات انتقالية معدنية مثل التيتانيوم والكروم، وتحكم في سمك الطبقة الانتقالية عند 50 إلى 100 نانومتر. استخدم الروابط الكيميائية لتعزيز الالتصاق بين الفيلم والركيزة.
- يتم اعتماد عملية التبريد المتدرجة. بعد اكتمال الطلاء، يتم تبريده بشكل طبيعي إلى درجة حرارة الغرفة في بيئة فراغ، ثم يتم إدخال غاز خامل في التجويف لتخفيف الضغط وإزالته من الفرن، وتجنب إجهاد اختلاف درجة الحرارة.
2. اختلاف اللون/عدم انتظام لمعان طبقة الفيلم
المظاهر النموذجية: يختلف عمق لون الأكواب في نفس الدفعة، أو توجد بقع أو خطوط فاتحة على سطح الأكواب الفردية، مع اختلافات كبيرة في اللمعان. الأسباب الرئيسية
- تؤدي سرعات الدوران الذاتي والثوري غير المتساوية لإطار قطعة العمل إلى اختلافات كبيرة في معدلات ترسيب طبقة الفيلم في أجزاء مختلفة من جسم الكوب.
- تتقلب درجة التفريغ في غرفة التفريغ، وتتداخل جزيئات الغاز مع عملية ترسيب ذرات المادة المستهدفة، مما يؤثر على توحيد طبقة الفيلم.
- يؤدي الأكسدة أو ظهور "عقد" على سطح المادة المستهدفة إلى معدلات رش/تبخير غير مستقرة وتكوين وسمك غير متساويين لطبقة الفيلم.
- موضع تثبيت جسم الكوب غير صحيح، وهناك عوائق على فم الكوب والمقبض والأجزاء الأخرى، مما يشكل مناطق ظل للطلاء.
الحلول المستهدفة
- قم بمعايرة معلمات السرعة الدورانية لحامل قطعة العمل، والتحكم في سرعة الدوران الذاتي عند 10 إلى 20 دورة في الدقيقة وسرعة الدوران عند 5 إلى 10 دورة في الدقيقة لضمان طلاء جميع أجزاء جسم الكوب بالتساوي.
- تحقق من أداء إحكام نظام التفريغ واستبدل حلقات الإحكام القديمة. قبل الطلاء، قم بإخلاء الهواء تمامًا. ابدأ عملية الطلاء فقط بعد استقرار درجة التفريغ لتجنب التقلبات في درجة التفريغ أثناء العملية.
- قم بالرش المسبق للمادة المستهدفة لمدة 3 إلى 5 دقائق قبل الاستخدام لإزالة طبقة الأكسيد السطحية. قم بتنظيف "الكتل" الموجودة على سطح المادة المستهدفة بانتظام واستبدل المادة المستهدفة البالية بشدة في الوقت المناسب.
- قم بتحسين طريقة تثبيت جسم الكوب، وضبط زاوية التثبيت، وتجنب فم الكوب والمقبض الذي يعيق مسار الطلاء، والتأكد من أن جسم الكوب مطلي بدون زوايا ميتة.
ثالثًا. الثقوب/الحفر في طبقة الفيلم
المظاهر النموذجية: يتم توزيع الحفر أو الثقوب الدقيقة على سطح طبقة الفيلم، وتكون العيوب واضحة بشكل خاص عند ملاحظتها تحت الضوء. الأسباب الرئيسية
- تسقط جزيئات الشوائب المتبقية في غرفة التفريغ على سطح الكوب أثناء عملية الطلاء، مما يشكل ثقوبًا.
- الركيزة الخزفية نفسها بها عيوب مثل المسام والشقوق، وبعد الطلاء، تظهر هذه العيوب مباشرة على شكل حفر.
- يتعرض الزيت من مضخة الزيت الفراغية للتبخر العكسي، ويدخل رذاذ الزيت إلى التجويف، مما يلوث طبقة الفيلم ويشكل حفرًا.
الحلول المستهدفة
- امسح الجدران الداخلية لغرفة التفريغ بانتظام بقطعة قماش خالية من النسالة. قبل الطلاء، ابدأ برنامج خبز الغرفة لإزالة بخار الماء والشوائب الممتصة على الجدران الداخلية. قم بتركيب فلاتر مقاومة للغبار داخل التجويف عند الضرورة.
- تحكم بدقة في جودة المواد الأساسية الخزفية واختر أجسام أكواب خالية من المسام والشقوق. بالنسبة للركائز ذات العيوب الطفيفة، يمكن إجراء معالجة التزجيج أولاً لملء مسام السطح، ثم يمكن تطبيق الطلاء.
- استبدل الزيت الفراغي المصمم خصيصًا للمضخات الجزيئية وتحقق مما إذا كان صمام إرجاع مضخة الزيت طبيعيًا. قم بتركيب مجمع رذاذ الزيت لمنع الزيت الفراغي من التبخر العكسي في التجويف وتلويث طبقة الفيلم.
رابعاً. ضعف مقاومة التآكل لطبقة الفيلم
المظاهر النموذجية: تكون نتيجة اختبار صلابة القلم الرصاص أقل من 3H، أو تظهر خدوش واضحة على سطح طبقة الفيلم بعد المسح اليومي. الأسباب الرئيسية
- طبقة الفيلم رقيقة جدًا، وعادة ما تكون أقل من 0.3 ميكرومتر، مما يجعل من الصعب مقاومة الاحتكاك الخارجي.
- قوة الرش المغنطروني منخفضة جدًا، وطاقة الرش لذرات المادة المستهدفة غير كافية، وكثافة طبقة الفيلم ضعيفة.
- يؤدي عدم التناسب الصحيح لغاز التفاعل إلى انخفاض التبلور لطبقة الفيلم المركبة (مثل نتريد التيتانيوم) وانخفاض مقاومة التآكل.
الحلول المستهدفة
- قم بإطالة وقت ترسيب الطلاء والتحكم في سمك طبقة الفيلم في حدود 0.5 إلى 1 ميكرومتر لضمان أن طبقة الفيلم لديها أساس مقاوم للتآكل كافٍ.
- اضبط طاقة الرش على 200-400 واط وفقًا لمادة الهدف لزيادة طاقة الرش الذرية وتعزيز كثافة وصلابة طبقة الفيلم.
- من خلال تجارب العمليات، تم تحسين نسبة معدل تدفق غازات التفاعل (مثل النيتروجين والأكسجين) لتعزيز تبلور طبقة الفيلم المركبة وتحسين مقاومة التآكل.
خامساً. تغير لون الفيلم/الأكسدة
المظاهر النموذجية: يحدث الاصفرار أو التسويد في فترة قصيرة بعد الطلاء، أو يغمق لمعان طبقة الطلاء وتفقد الملمس المعدني بعد تخزينها لفترة من الوقت. الأسباب الرئيسية
- عندما يتم إدخال الهواء بسرعة كبيرة أثناء تخفيف الضغط بعد الطلاء، تتلامس طبقة الفيلم ذات درجة الحرارة العالية مع الهواء وتخضع لتفاعل الأكسدة.
- لم يتم ترسيب الطبقة العلوية من الفيلم الواقي المضاد للأكسدة، وتتعرض طبقة الفيلم مباشرة للهواء، وهي عرضة للأكسدة والتآكل.
- بيئة تخزين المنتج النهائي رطبة، ويحدث التآكل الكهروكيميائي على سطح طبقة الفيلم.
الحلول المستهدفة
- عند تخفيف الضغط، يجب أولاً إدخال غازات خاملة مثل الأرجون والنيتروجين لإزاحة الغرفة. بمجرد أن تنخفض درجة حرارة الكوب إلى أقل من 50 درجة مئوية، يجب إدخال الهواء ببطء لمنع الأكسدة ذات درجة الحرارة العالية.
- يتم ترسيب طبقة مضادة للأكسدة SiO2 بحجم 50-100 نانومتر على سطح طبقة الفيلم الوظيفية لعزل تآكل طبقة الفيلم الأساسية بالهواء وبخار الماء.
- قم بتخزين الأكواب النهائية في بيئة جافة وجيدة التهوية، وتجنب الاتصال المباشر بالمواد المسببة للتآكل مثل الماء والأحماض والقلويات. عند التعبئة، يمكن إضافة مواد مجففة لمنع الرطوبة.
>
>
