Comment utiliser un équipement de revêtement par vide pour revêtir des carreaux de céramique

En tant que matériau fondamental pour la décoration des bâtiments, les carreaux de céramique ont une qualité de surface qui affecte directement l'attrait esthétique et la durée de vie d'un espace. La décoration de surface traditionnelle des carreaux repose principalement sur les glaçures, la sérigraphie et les techniques de cuisson tridimensionnelle. Bien que celles-ci puissent créer certaines couleurs et certains motifs, elles présentent des limites lorsqu'il s'agit de présenter un aspect métallique, d'améliorer la dureté de la surface et de résister à la corrosion. Avec l'amélioration des attentes des consommateurs, la demande du marché pour des carreaux combinant brillance métallique et excellente durabilité continue de croître.

  L'introduction de la technologie de revêtement sous vide a ouvert de nouvelles possibilités pour le traitement de surface des carreaux de céramique. En empruntant les principes de revêtement utilisés pour les surfaces de verre optique et en modifiant l'équipement connexe, comme l'ajout de systèmes de nettoyage par bombardement ionique et le dépôt de couches de transition, les matériaux céramiques et autres matériaux non métalliques peuvent être étroitement liés à des métaux comme le titane et le zirconium, formant des revêtements résistants à la corrosion ou à l'usure. Cette technique est largement utilisée dans le traitement en profondeur des surfaces de carreaux de céramique, produisant des effets éblouissants dans des finitions dorées, platine et multicolores, remplaçant complètement les produits fabriqués à partir d'or ou de platine purs.

1.Principes techniques et configuration de l'équipement de revêtement de carreaux de céramique

1.1.Principe technique

  Le revêtement sous vide pour carreaux de céramique utilise principalement la technologie de pulvérisation sous vide multi-arcs à plasma magnétron. Le principe de base est le suivant : dans des conditions de vide, une décharge d'arc à basse tension et à courant élevé est utilisée pour évaporer le matériau cible par décharge gazeuse, ionisant à la fois le matériau évaporé et le gaz. Ensuite, en utilisant l'effet d'accélération du champ électrique, le matériau évaporé et ses produits de réaction sont déposés sur la surface de la pièce.  

  Le revêtement de surfaces non métalliques comme la céramique est beaucoup plus délicat que le revêtement de matériaux conducteurs comme les métaux. Comme la céramique ne conduit pas l'électricité, les ions métalliques ne peuvent pas se déposer et se lier comme ils le font sur des substrats métalliques. La solution consiste à ajouter un système de nettoyage ionique et une couche de transition intermédiaire avant le revêtement réel. En déposant d'abord une couche de transition métallique, comme le titane ou le chrome, le revêtement fonctionnel qui suit peut adhérer fermement.

1.2.Configuration typique de l'appareil

En prenant comme exemple la machine de revêtement magnétron multi-arcs de type 1400 utilisée pour le revêtement de carreaux de céramique, l'équipement comprend principalement les parties suivantes :

Chambre à vide : diamètre de 1400 mm, hauteur de 1600 mm, en acier inoxydable 304 avec une structure à double enveloppe de refroidissement par eau.

Système de vide : composé d'une pompe à diffusion (débit de pompage 9400 L/s), d'une pompe Roots (300 L/s), de pompes mécaniques , et d'une pompe de maintien. Il faut moins de 30 minutes pour passer de la pression atmosphérique au vide de travail à vide, avec un vide ultime allant jusqu'à 5×10⁻⁴ Pa.

Cibles multi-arcs : 12 au total, cathodes en titane de taille φ90mm×40mm, alimentées individuellement et allumées indépendamment.Cible de revêtement par pulvérisation magnétron 

, 1, avec une intensité de champ magnétique interne supérieure à 5000 Gauss.Dispositif de rotation de la pièce : conception à 5 axes, supportant la révolution et la rotation pour assurer un revêtement uniforme sur la surface du carreau.Système de bombardement ionique : alimentation haute tension DC 3000V, 5kW pour le nettoyage et l'activation avant le revêtement.

Système de chauffage et de contrôle de la température : 3 tubes chauffants infrarouges en forme de U, utilisant des modules de silicium à commande PID pour le contrôle de la température.

2.Le processus complet de revêtement sous vide pour carreaux de céramique

(1) Prétraitement et séchage du substrat. Le nettoyage de la surface du carreau est fondamental pour la qualité du revêtement. Généralement, un chiffon en coton propre avec de l'eau distillée est utilisé pour essuyer la surface afin d'éliminer la poussière et la graisse. Pour améliorer l'efficacité et réduire le temps de chauffage dans la chambre à vide, les carreaux traités doivent être cuits dans un four à environ 250°C pendant au moins 20 minutes, en veillant à ce que toute l'eau adsorbée à la surface du carreau soit complètement évaporée.

(2) Chargement et mise sous vide. Placer rapidement les carreaux séchés sur le support de pièce dans la chambre à vide. Démarrer le système de rotation pour s'assurer qu'il fonctionne correctement, puis fermer la porte du four. La mise sous vide se fait par étapes : d'abord, utiliser une pompe mécanique et une pompe Roots pour un vide grossier rapide ; lorsque le vide atteint environ 2×10⁻¹ Pa, passer à une pompe à diffusion pour un vide fin, atteignant finalement un niveau de vide d'environ 3×10⁻³ Pa.

(3) Chauffage et dégazage de la pièce. Une fois le niveau de vide atteint, commencer à faire tourner les pièces et allumer l'alimentation de chauffage. La température du carreau augmente progressivement (ne dépassant généralement pas 400°C). Cette étape de chauffage aide à éliminer tout gaz résiduel à l'intérieur du substrat, empêchant le dégazage d'affecter la qualité du revêtement ultérieurement.

(4) Nettoyage ionique et dépôt de la couche de base en titane. L'argon est introduit et le système de bombardement haute tension est activé pour effectuer un nettoyage ionique sur la surface des carreaux. La tension de bombardement est généralement de 400 à 500 V, et vous pouvez observer le phénomène de décharge à travers la fenêtre de visualisation pour juger de l'effet de nettoyage. Une fois le nettoyage terminé, régler le courant à 10-12A et la tension à 600-800V pour déposer une couche de base en titane sur la surface du carreau, pendant environ 2-3 minutes.

(5) Dépôt multi-arcs de nitrure de titane (or) ou de titane (argent). Après le dépôt de la couche de base en titane, réduire l'argon et remplir avec de l'azote de haute pureté. Sous un vide d'environ 3×10⁻¹Pa à 6×10⁻¹Pa, démarrer la cible multi-arcs pour le dépôt de nitrure de titane pendant environ 3-5 minutes pour obtenir un revêtement de type or. Si un effet argenté est nécessaire, il suffit de continuer à déposer la couche de titane dans une atmosphère d'argon.

(6) Refroidissement et retrait. Une fois le revêtement terminé, éteindre la source d'arc et les gaz dans l'ordre, laisser la pièce refroidir légèrement, puis remplir d'air jusqu'à la pression atmosphérique, ouvrir le four et retirer le produit. Un cycle de production complet prend environ 15 à 20 minutes.

3.Points forts et valeur d'application

Effet décoratif exceptionnel. Le revêtement sous vide peut créer des couleurs or pur, argent ou arc-en-ciel sur la surface des carreaux, avec une couleur uniforme et une brillance éclatante. La forme de la surface peut également être prédéfinie selon les besoins de conception, et après le revêtement, les parties indésirables peuvent être retirées par polissage pour produire des produits artistiques aux textures vives et aux couleurs éclatantes. Les carreaux Christoc de Gardenia en Italie utilisent la technologie PVD pour le revêtement or et argent, reproduisant efficacement l'aspect des matériaux précieux.

Durabilité considérablement améliorée. Les revêtements de nitrure de titane (TiN) et de nitrure de zirconium (ZrN) peuvent atteindre des épaisseurs de 0,7 à 1,6 μm, et les tests montrent qu'ils ont une bonne résistance aux rayures et une bonne stabilité à la corrosion, ce qui les rend adaptés aux environnements à forte humidité, aux lavages quotidiens et aux nettoyants chimiques ménagers. Le revêtement adhère bien, a une structure dense et conserve une brillance durable.

Avantages environnementaux et économiques. Comparé à la dorure à la feuille traditionnelle ou à l'impression à l'eau dorée, le revêtement sous vide n'utilise pas de matériaux précieux, ne produit pas de pollution, a un temps de traitement court et est peu coûteux, ce qui le rend adapté à la production industrielle à grande échelle. Le processus de revêtement a lieu dans une chambre à vide, il n'y a donc pas de pollution ni de bruit.

Large potentiel de fonctionnalité. Outre les usages décoratifs, en dopant des éléments antibactériens comme l'argent ou le cuivre dans le revêtement PVD, les surfaces des carreaux peuvent acquérir des propriétés stérilisantes significatives, les rendant adaptées aux espaces médicaux aux exigences d'hygiène strictes, tels que les salles d'opération et les chambres de patients.

4.Défis techniques et tendances de développement

Le revêtement sous vide pour carreaux de céramique fait encore face à certains défis. La différence de dilatation thermique entre le substrat céramique et le revêtement métallique peut affecter la stabilité à long terme du revêtement. De plus, l'équipement est assez coûteux et nécessite que les opérateurs aient de bonnes compétences en contrôle de processus.

À mesure que les technologies de pulvérisation à haute ionisation comme HiPIMS deviennent plus matures et que les équipements nationaux s'améliorent, le revêtement sous vide pour carreaux de céramique se développera davantage. Il évoluera des simples revêtements décoratifs vers des 'revêtements fonctionnels' qui offriront également des propriétés antibactériennes, autonettoyantes et résistantes à l'usure, donnant un coup de pouce important à la transformation et à la modernisation de l'industrie de la céramique de construction.