Vacuümcoaten van keramische mokken is een proces waarbij metalen of samengestelde doelen op het oppervlak van de mok worden afgezet door middel van fysieke dampafzetting (PVD)-technologie in een vacuümomgeving, waardoor decoratieve (zoals metallic glans, gradiëntkleur) of functionele (zoals slijtvast, hydrofoob) filmlagen ontstaan. Het wordt voornamelijk gebruikt om de uiterlijke textuur en duurzaamheid van mokken te verbeteren. Veelvoorkomende processen zijn onder meer magnetronsputteren en vacuümverdampingscoaten.
I. Kernvoorwaarde: Voorbehandeling van keramische substraten
Keramiek is een niet-metallisch materiaal met gladde oppervlakken en sterke chemische stabiliteit. Direct coaten is gevoelig voor het loslaten van de film, dus voorbehandeling is een cruciale stap.
Reinig en verwijder onzuiverheden
Gebruik eerst ultrasoon reinigen om olievlekken, stof en restanten keramisch poeder op het oppervlak van de mok te verwijderen. Spoel opnieuw met gedeïoniseerd water, droog en plaats vervolgens in de vacuümkamer om te voorkomen dat onzuiverheden de hechting van de filmlaag beïnvloeden.
Plasma-activering
Breng argongas in de vacuümkamer en zet de ionenbron aan om plasma te genereren. Hoogenergetische argonionen bombarderen het keramische oppervlak, etsen kleine putjes, vergroten de oppervlakte ruwheid (waardoor een "verankeringseffect" ontstaat) en verwijderen tegelijkertijd de oppervlakte-oxidelaag, waardoor het substraatoppervlak wordt geactiveerd en de basis wordt gelegd voor de daaropvolgende coating.
Overgangslaagafzetting (optioneel)
Voor scenario's die een hoge hechting vereisen, wordt eerst een metalen overgangslaag (zoals titanium of chroom) afgezet. Door gebruik te maken van de chemische binding tussen de overgangslaag en de keramiek, wordt een "brug" gebouwd tussen het keramische substraat en de functionele filmlaag om te voorkomen dat de filmlaag loslaat.
II. Werkingsprincipes van de twee belangrijkste coatingprocessen
Vacuümverdampingsplating (geschikt voor decoratieve metalen films, met relatief lage kosten)
Dit proces omvat het verwarmen van het doelmateriaal om het te verdampen tot gasvormige atomen, die vervolgens condenseren tot een film op het oppervlak van keramiek met lage temperatuur. Het wordt vaak gebruikt om metallic glans filmlagen zoals goud en zilver te bereiden.
- Vacuüm maken: Start het vacuümsysteem en evacueer de vacuümgraad van de holte tot het vereiste niveau 10 −3 tot 10 −4 Pa, waardoor de botsingsinterferentie van gasmoleculen op verdampte atomen wordt verminderd en een uniforme en dichte filmlaag wordt gewaarborgd.
- Verwarming en verdamping van doelmateriaal: Metalen doelen zoals aluminium, goud en koper worden in een verdampingsbron (weerstandsverdampingsbron of elektronenbundelverdampingsbron) geplaatst. De elektronenbundelverdampingsbron kan warmte nauwkeurig focussen, waardoor de temperatuur van het doelmateriaal snel wordt verhoogd tot het kookpunt en het wordt verdampt tot metaalatomen met hoge zuiverheid.
- Filmafzetting: Keramische mokken worden vastgeklemd op een werkstukhouder die zowel op als rond de zon draait. Metaalatomen in gasvorm bewegen in een rechte lijn in een vacuümomgeving en condenseren, bij het raken van het oppervlak van de mok met lage temperatuur, en hopen zich geleidelijk op om een continue metalen filmlaag te vormen. De dikte van de filmlaag kan worden aangepast (meestal 0,1 tot 1μm) door de afzettingstijd te regelen.
Nadat de coating is voltooid, zet u de verdampingsbron uit en handhaaft u een vacuümomgeving om af te koelen tot kamertemperatuur om spanningsscheuren van de coatinglaag als gevolg van een overmatig temperatuurverschil te voorkomen. Breng ten slotte inert gas in de holte om de druk te verlichten en het werkstuk te verwijderen.
2. Magnetronsputterplating (geschikt voor zeer slijtvaste en composiet functionele films, met superieure prestaties)
Dit proces gebruikt plasma om het doelmateriaal te bombarderen, waardoor de atomen van het doelmateriaal worden uitgesputterd en op het oppervlak van de mok worden afgezet. De hechting en slijtvastheid van de filmlaag overtreffen die van verdampingsplating veruit, en het kan composiet filmlagen zoals titaniumnitride (goud) en titaniumcarbide (zwart) bereiden.
- Vacuüm en plasmavorming: Evacueer tot een druk van 10 −2 tot 10 −3 Pa, er wordt argongas ingebracht en een hoogspannings elektrisch veld wordt aangelegd. Het argongas ioniseert in argonionen en elektronen, waardoor plasma ontstaat.
- Magnetisch veldconfinement verbeterde sputtering: Er wordt een magneet geïnstalleerd op de achterkant van het doelmateriaal om een magnetisch veld te vormen. Het magnetische veld zal elektronen beperken tot spiraalvormige beweging, waardoor hun verblijftijd in de buurt van het doelmateriaal wordt verlengd, de kans op botsing met argonmoleculen wordt vergroot, meer argonionen worden gegenereerd en de sputtering-efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd.
- Atomen van doelmateriaal sputteren en afzetten: Hoogenergetische argonionen bombarderen het oppervlak van het doelmateriaal en de atomen van het doelmateriaal worden "uitgeslagen" door impuls overdracht (sputterproces). Gesputterde atomen vliegen in een vacuümomgeving naar het oppervlak van keramische mokken en zetten zich af om een dichte filmlaag te vormen. Als reactieve gassen zoals stikstof en methaan worden ingebracht, kunnen ze ook reageren met gesputterde atomen om functionele filmlagen van verbindingen zoals titaniumnitride en titaniumcarbide te vormen.
- Nabehandeling (optioneel): Sommige processen ondergaan na het coaten gloeien bij lage temperatuur om de hechting tussen de filmlaag en het substraat verder te verbeteren en de hardheid van de filmlaag te vergroten.
III. Proceskenmerken en toepassingsvoordelen
- De filmlaag heeft uitstekende prestaties: De filmlaag die wordt gevormd door vacuümcoaten is uniform en dicht, zonder defecten zoals doorzakken en sinaasappelschil. De slijtvastheid kan meer dan 4H (potloodhardheid) bereiken en is bestand tegen alcohol-, zuur- en alkalicorrosie, waardoor het geschikt is voor dagelijks gebruik.
- Milieuvriendelijk en vrij van vervuiling: Er is geen uitstoot van organische oplosmiddelen of zware metalen gedurende het hele proces. Vergeleken met traditionele spuitprocessen voldoet het meer aan de groene productienormen.
- Sterk decoratief effect: Het kan verschillende uiterlijke effecten bereiken, zoals metallic glans, gradiëntkleur en mat, en voldoen aan gepersonaliseerde aanpassingsbehoeften. Het wordt veel gebruikt bij de oppervlaktebehandeling van hoogwaardige keramische mokken en culturele en creatieve cadeau-mokken.
Veelvoorkomende defecten en oplossingen van vacuümcoaten op keramische mokken
1. Loslaten/afschilferen van de filmlaag
Typische manifestaties: De filmlaag valt in grote stukken af tijdens de tapetest na het coaten, of grote delen schilferen af na dagelijkse stoten en klappen. Belangrijkste oorzaken
- Het keramische oppervlak is niet grondig gereinigd, waardoor onzuiverheden zoals olievlekken en stof achterblijven.
- Zonder plasma-activeringsbehandeling is de oppervlakte-energie van het substraat laag, waardoor de filmlaag moeilijk hecht.
- Er is geen overgangslaag afgezet en er is een gebrek aan een verbindings "brug" tussen de keramiek en de functionele filmlaag.
- Als de afkoelsnelheid na het coaten te hoog is, wordt er aanzienlijke spanning gegenereerd in de coatinglaag, wat leidt tot scheuren en afschilferen.
Gerichte oplossingen
- Verleng de ultrasone reinigingstijd tot 15 tot 20 minuten. Spoel na het reinigen af met gedeïoniseerd water en droog de mok vervolgens in een oven bij 80 tot 100 graden Celsius om oppervlakte-onzuiverheden grondig te verwijderen.
- Verleng de plasma-activeringsduur tot 5 tot 10 minuten, verhoog de ionenbombardementkracht op passende wijze en vergroot de oppervlakte ruwheid van de keramiek door middel van hoogenergetisch ionenetsen om de oppervlakteactiviteit te verbeteren.
- Voeg het afzettingsproces van metalen overgangslagen zoals titanium en chroom toe en controleer de dikte van de overgangslaag op 50 tot 100 nm. Gebruik chemische binding om de hechting tussen de film en het substraat te verbeteren.
- Het stapsgewijze afkoelproces wordt toegepast. Nadat de coating is voltooid, wordt deze op natuurlijke wijze afgekoeld tot kamertemperatuur in een vacuümomgeving, en vervolgens wordt inert gas in de holte gebracht om de druk te verlichten en deze uit de oven te verwijderen, waardoor temperatuurverschilspanning wordt vermeden.
2. Kleurverschil/ongelijke glans van de filmlaag
Typische manifestaties: De kleurdiepte van mokken in dezelfde batch varieert, of er zijn lichte vlekken of strepen op het oppervlak van individuele mokken, met aanzienlijke verschillen in glans. Belangrijkste oorzaken
- De ongelijke zelfrotatie- en omwentelingssnelheden van het werkstukframe resulteren in aanzienlijke verschillen in de afzettingssnelheden van de filmlaag op verschillende delen van de mok.
- De vacuümgraad in de vacuümkamer fluctueert en gasmoleculen interfereren met het afzettingsproces van atomen van het doelmateriaal, wat de uniformiteit van de filmlaag beïnvloedt.
- Oxidatie of het verschijnen van "knobbeltjes" op het oppervlak van het doelmateriaal leidt tot onstabiele sputter-/verdampingssnelheden en een ongelijke samenstelling en dikte van de filmlaag.
- De klempositie van de mok is onjuist en er zijn obstakels op de mond, het handvat en andere delen van de mok, waardoor schaduwgebieden van de coating ontstaan.
Gerichte oplossingen
- Kalibreer de rotatiesnelheidparameters van het werkstukrek en regel de zelfrotatiesnelheid op 10 tot 20 tpm en de omwentelingssnelheid op 5 tot 10 tpm om ervoor te zorgen dat alle delen van de mok gelijkmatig worden geplateerd.
- Controleer de afdichtingsprestaties van het vacuümsysteem en vervang de verouderde afdichtingsringen. Evacueer de lucht grondig voordat u gaat coaten. Start het coatingproces pas nadat de vacuümgraad is gestabiliseerd om fluctuaties in de vacuümgraad tijdens het proces te voorkomen.
- Pre-sputter het doelmateriaal gedurende 3 tot 5 minuten voor gebruik om de oppervlakte-oxidelaag te verwijderen. Reinig regelmatig de "klonten" op het oppervlak van het doelmateriaal en vervang het sterk versleten doelmateriaal tijdig.
- Optimaliseer de klem methode van de mok, pas de hoek van de armatuur aan, vermijd dat de mond en het handvat van de mok het coatingpad blokkeren en zorg ervoor dat de mok zonder dode hoeken wordt gecoat.
III. Speldenprikken/putjes in de filmlaag
Typische manifestaties: Fijne putjes of gaten zijn verdeeld over het oppervlak van de filmlaag en de defecten zijn bijzonder duidelijk bij observatie onder licht. Belangrijkste oorzaken
- Resterende onzuiverheidsdeeltjes in de vacuümkamer vallen tijdens het coatingproces op het oppervlak van de mok en vormen speldenprikken.
- Het keramische substraat zelf heeft defecten zoals poriën en scheuren, en na het coaten manifesteren deze defecten zich direct als putjes.
- De olie van de vacuümoliepomp ondergaat omgekeerde verdamping en de olienevel komt de holte binnen, waardoor de filmlaag wordt verontreinigd en putjes ontstaan.
Gerichte oplossingen
- Veeg de binnenwanden van de vacuümkamer regelmatig af met een pluisvrije doek. Start vóór het coaten het kamerbakprogramma om de waterdamp en onzuiverheden die op de binnenwanden zijn geadsorbeerd te verwijderen. Installeer indien nodig stoffilters in de holte.
- Controleer strikt de kwaliteit van keramische basismaterialen en selecteer mokken zonder poriën en scheuren. Voor substraten met kleine defecten kan eerst een glazuurbehandeling worden uitgevoerd om de oppervlakteporiën op te vullen, waarna het coaten kan worden toegepast.
- Vervang de vacuümolie die speciaal is ontworpen voor moleculaire pompen en controleer of de terugslagklep van de oliepomp normaal is. Installeer een olienevelvanger om te voorkomen dat vacuümolie omgekeerd verdampt in de holte en de filmlaag verontreinigt.
Vier. Slechte slijtvastheid van de filmlaag
Typische manifestaties: Het potloodhardheidstestresultaat is minder dan 3H, of er verschijnen duidelijke krassen op het oppervlak van de filmlaag na dagelijks afvegen. Belangrijkste oorzaken
- De filmlaag is te dun, meestal minder dan 0,3μm, waardoor het moeilijk is om externe wrijving te weerstaan.
- Het magnetronsputtervermogen is te laag, de sputterenergie van de atomen van het doelmateriaal is onvoldoende en de dichtheid van de filmlaag is slecht.
- Onjuiste verhouding van het reactiegas leidt tot een lage kristalliniteit van de samengestelde filmlaag (zoals titaniumnitride) en een afname van de slijtvastheid.
Gerichte oplossingen
- Verleng de afzettingstijd van de coating en controleer de dikte van de filmlaag binnen 0,5 tot 1μm om ervoor te zorgen dat de filmlaag een voldoende slijtvast fundament heeft.
- Pas het sputtervermogen aan op 200-400W, afhankelijk van het materiaal van het doel, om de atomaire sputterenergie te verhogen en de dichtheid en hardheid van de filmlaag te verbeteren.
- Door procesexperimenten werd de stroomsnelheidverhouding van reactiegassen (zoals stikstof en zuurstof) geoptimaliseerd om de kristalliniteit van de samengestelde filmlaag te verbeteren en de slijtvastheid ervan te verbeteren.
V. Verkleuring/oxidatie van de film
Typische manifestaties: Vergeling of zwarting treedt op binnen een korte periode na het coaten, of de glans van de coatinglaag wordt donkerder en de metallic textuur gaat verloren na een bepaalde periode van opslag. Belangrijkste oorzaken
- Wanneer er te snel lucht wordt ingebracht tijdens drukverlaging na het coaten, komt de filmlaag op hoge temperatuur in contact met de lucht en ondergaat een oxidatiereactie.
- De bovenste laag van de anti-oxidatiebeschermende film is niet afgezet en de filmlaag wordt direct blootgesteld aan de lucht, wat gevoelig is voor oxidatie en corrosie.
- De opslagomgeving van het eindproduct is vochtig en er treedt elektrochemische corrosie op het oppervlak van de filmlaag op.
Gerichte oplossingen
- Bij het verlagen van de druk moeten eerst inerte gassen zoals argon en stikstof worden ingebracht om de kamer te vervangen. Zodra de temperatuur van de mok daalt tot onder de 50℃, moet er langzaam lucht worden ingebracht om oxidatie bij hoge temperaturen te voorkomen.
- Een 50-100 nm SiO₂ antioxidantlaag wordt afgezet op het oppervlak van de functionele filmlaag om de erosie van de onderliggende filmlaag door lucht en waterdamp te isoleren.
- Bewaar de afgewerkte mokken in een droge en goed geventileerde omgeving, waarbij direct contact met corrosieve stoffen zoals water, zuur- en alkalische oplossingen wordt vermeden. Bij het verpakken kunnen droogmiddelen worden toegevoegd om vocht te voorkomen.
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!
