सिरेमिक मगों का वैक्यूम कोटिंग एक प्रक्रिया है जिसमें धातु या यौगिक लक्ष्य भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) तकनीक के माध्यम से वैक्यूम वातावरण में मग शरीर की सतह पर जमा किए जाते हैं, सजावटी (जैसे धातु चमक, ढाल रंग) या कार्यात्मक (जैसे पहनने के लिए प्रतिरोधी, हाइड्रोफोबिक) फिल्म परतों का गठन।यह मुख्य रूप से कप की बनावट और स्थायित्व को बढ़ाने के लिए प्रयोग किया जाता हैआम प्रक्रियाओं में मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग और वैक्यूम वाष्पीकरण कोटिंग शामिल हैं।
I. मुख्य शर्तः सिरेमिक सब्सट्रेट का पूर्व उपचार
चीनी मिट्टी चिकनी सतह और मजबूत रासायनिक स्थिरता वाली गैर-धातु सामग्री है। प्रत्यक्ष कोटिंग फिल्म छीलने के लिए प्रवण है, इसलिए प्रीट्रीटमेंट एक महत्वपूर्ण कदम है।
अशुद्धियों को साफ करें और निकालें
सबसे पहले, कप शरीर की सतह पर तेल के धब्बे, धूल और अवशिष्ट सिरेमिक पाउडर को हटाने के लिए अल्ट्रासोनिक सफाई का उपयोग करें।सूखा और फिर फिल्म परत के आसंजन को प्रभावित करने वाली अशुद्धियों से बचने के लिए वैक्यूम कक्ष में रखें.
प्लाज्मा सक्रियण
वैक्यूम कक्ष में आर्गन गैस का परिचय दें और प्लाज्मा उत्पन्न करने के लिए आयन स्रोत चालू करें। उच्च ऊर्जा वाले आर्गन आयन चीनी मिट्टी की सतह पर बमबारी करते हैं,सतह की कठोरता में वृद्धि (एक "अँकरिंग प्रभाव" बनाने), और साथ ही सतह ऑक्साइड परत को हटा दें, सब्सट्रेट की सतह को सक्रिय करें और बाद की कोटिंग के लिए नींव रखें।
संक्रमण परत जमाव (वैकल्पिक)
उच्च आसंजन की आवश्यकता वाले परिदृश्यों के लिए, एक धातु संक्रमण परत (जैसे टाइटेनियम या क्रोमियम) पहले जमा की जाती है।संक्रमण परत और सिरेमिक के बीच रासायनिक बंधन का लाभ उठाकर, एक "पूल" सिरेमिक सब्सट्रेट और कार्यात्मक फिल्म परत के बीच बनाया जाता है ताकि फिल्म परत गिरने से रोका जा सके।
ii. दो प्रमुख कोटिंग प्रक्रियाओं के कार्य सिद्धांत
वैक्यूम वाष्पीकरण कोटिंग (सजावटी धातु फिल्मों के लिए उपयुक्त, अपेक्षाकृत कम लागत के साथ)
इस प्रक्रिया में लक्ष्य सामग्री को गर्म करके गैस के रूप में वाष्पित किया जाता है, जो फिर कम तापमान वाले सिरेमिक की सतह पर एक फिल्म में घनत्व प्राप्त करती है।इसका उपयोग अक्सर धातु चमक फिल्म परतों जैसे सोने और चांदी को तैयार करने के लिए किया जाता है.
- वैक्यूमिंग:वैक्यूम सिस्टम चालू करें और खोखले की वैक्यूम डिग्री को आवश्यक स्तर 10-3 से 10-4 Pa तक खाली करें।वाष्पित परमाणुओं पर गैस अणुओं के टकराव हस्तक्षेप को कम करना और एक समान और घनी फिल्म परत सुनिश्चित करना.
- लक्ष्य सामग्री ताप वाष्पीकरणःधातु लक्ष्य जैसे एल्यूमीनियम, सोना और तांबा एक वाष्पीकरण स्रोत (प्रतिरोध वाष्पीकरण स्रोत या इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण स्रोत) में रखा जाता है।इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण स्रोत सटीक रूप से गर्मी केंद्रित कर सकते हैं, लक्ष्य सामग्री का तापमान तेजी से उबलने के बिंदु तक बढ़ाकर उच्च शुद्धता वाले धातु परमाणु वाष्प में वाष्पित करता है।
- फिल्म deposition:सिरेमिक कप एक वर्कपीस धारक पर क्लैंप किया जाता है जो सूर्य पर और उसके चारों ओर घूमता है। धातु परमाणु वाष्प एक निर्वात वातावरण में एक सीधी रेखा में चलता है और,कम तापमान वाले मग की सतह पर टकराने पर, संघनित होता है और धीरे-धीरे एक निरंतर धातु फिल्म परत बनाने के लिए जमा होता है। फिल्म परत की मोटाई को जमाव समय को नियंत्रित करके समायोजित किया जा सकता है (आमतौर पर 0.1 से 1μm) ।
कोटिंग पूरा होने के बाद,वाष्पीकरण स्रोत को बंद करें और अत्यधिक तापमान अंतर के कारण कोटिंग परत के तनाव क्रैकिंग को रोकने के लिए कमरे के तापमान तक ठंडा करने के लिए एक वैक्यूम वातावरण बनाए रखेंअंत में, दबाव को कम करने और वर्कपीस को हटाने के लिए इनर्ट गैस को गुहा में लाया जाता है।
2. मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग कोटिंग (उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ अत्यधिक पहनने के प्रतिरोधी और समग्र कार्यात्मक फिल्मों के लिए उपयुक्त)
इस प्रक्रिया में प्लाज्मा का उपयोग करके लक्ष्य सामग्री पर बमबारी की जाती है, जिससे लक्ष्य सामग्री के परमाणु बाहर निकलते हैं और कप की सतह पर जमा हो जाते हैं।फिल्म परत का आसंजन और पहनने का प्रतिरोध वाष्पीकरण कोटिंग से बहुत अधिक है, और यह टाइटेनियम नाइट्राइड (स्वर्ण) और टाइटेनियम कार्बाइड (काला) जैसी मिश्रित फिल्म परतें तैयार कर सकता है।
- वैक्यूम और प्लाज्मा उत्पादन:10−2 से 10−3 पा के दबाव पर, आर्गन गैस को पेश किया जाता है और एक उच्च वोल्टेज विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है। आर्गन गैस आर्गन आयनों और इलेक्ट्रॉनों में आयनित होती है, एक प्लाज्मा का गठन करती है।
- चुंबकीय क्षेत्र को बंद करके बढ़ाया गया स्पटरिंग:एक चुंबक एक चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए लक्ष्य सामग्री के पीछे पर स्थापित किया जाता है। चुंबकीय क्षेत्र सर्पिल गति के लिए इलेक्ट्रॉनों को सीमित करेगा, लक्ष्य सामग्री के पास उनके निवास समय को बढ़ाएगा,आर्गन अणुओं के साथ टकराव की संभावना को बढ़ाना, अधिक आर्गन आयन उत्पन्न करते हैं, और स्पटरिंग दक्षता में काफी वृद्धि करते हैं।
- लक्ष्य सामग्री के परमाणु स्पटरिंग और जमाव:उच्च ऊर्जा वाले आर्गन आयन लक्ष्य सामग्री की सतह पर बमबारी करते हैं, और लक्ष्य सामग्री के परमाणुओं को गति हस्तांतरण (स्पटरिंग प्रक्रिया) के माध्यम से "स्ट्राइक" किया जाता है।छिद्रित परमाणु एक वैक्यूम वातावरण में सिरेमिक कप की सतह की ओर उड़ते हैं और एक घनी फिल्म परत बनाने के लिए जमा करते हैंयदि नाइट्रोजन और मीथेन जैसी प्रतिक्रियाशील गैसें पेश की जाती हैं, तो वे टाइटेनियम नाइट्राइड और टाइटेनियम कार्बाइड जैसे यौगिकों की कार्यात्मक फिल्म परतें बनाने के लिए स्पटर किए गए परमाणुओं के साथ भी प्रतिक्रिया कर सकती हैं।
- पोस्ट-ट्रीटमेंट (वैकल्पिक):कुछ प्रक्रियाओं में कोटिंग के बाद फिल्म परत और सब्सट्रेट के बीच आसंजन को और बढ़ाने और फिल्म परत की कठोरता बढ़ाने के लिए कम तापमान पर एनीलिंग की जाती है।
प्रक्रिया विशेषताएं और अनुप्रयोग लाभ
- फिल्म परत में उत्कृष्ट प्रदर्शन होता हैःवैक्यूम कोटिंग द्वारा बनाई गई फिल्म परत समान और घनी होती है, जिसमें ढीली और नारंगी छील जैसे दोष नहीं होते हैं। पहनने का प्रतिरोध 4H (पेन्सिल कठोरता) से अधिक तक पहुंच सकता है, और यह शराब प्रतिरोधी है,एसिड और क्षार क्षरण, जिससे यह रोजमर्रा के उपयोग के लिए उपयुक्त है।
- पर्यावरण के अनुकूल और प्रदूषण मुक्त:इस प्रक्रिया के दौरान कोई कार्बनिक विलायक या भारी धातुओं का उत्सर्जन नहीं होता है। पारंपरिक छिड़काव प्रक्रियाओं की तुलना में यह हरित उत्पादन मानकों के अनुरूप है।
- मजबूत सजावटी प्रभाव:यह व्यक्तिगत अनुकूलन आवश्यकताओं को पूरा करते हुए धातु चमक, ढाल रंग और मैट जैसे विभिन्न उपस्थिति प्रभाव प्राप्त कर सकता है।यह व्यापक रूप से उच्च अंत सिरेमिक मग और सांस्कृतिक और रचनात्मक उपहार कप की सतह उपचार में प्रयोग किया जाता है.
सिरेमिक मगों पर वैक्यूम कोटिंग के सामान्य दोष और समाधान
1फिल्म परत छीलने/फ्लैकिंग
विशिष्ट लक्षण:फिल्म परत कोटिंग के बाद टेप परीक्षण के दौरान बड़े टुकड़ों में गिर जाती है, या दैनिक धक्का और दस्तक के बाद बड़े क्षेत्र छील जाते हैं। मुख्य कारण
- चीनी मिट्टी की सतह को पूरी तरह साफ नहीं किया गया था, जिससे तेल के दाग और धूल जैसी अशुद्धियां बची थीं।
- प्लाज्मा सक्रियण उपचार के बिना, सब्सट्रेट की सतह ऊर्जा कम है, जिससे फिल्म परत के लिए चिपकना मुश्किल हो जाता है।
- कोई जमा संक्रमण परत नहीं है, और सिरेमिक और कार्यात्मक फिल्म परत के बीच एक बंधन "पुल" की कमी है।
- यदि कोटिंग के बाद ठंडा होने की दर बहुत तेज है, तो कोटिंग परत के अंदर महत्वपूर्ण तनाव उत्पन्न होगा, जिससे दरारें और छीलने का कारण बनता है।
लक्षित समाधान
- अल्ट्रासोनिक सफाई का समय बढ़ाकर 15 से 20 मिनट करें।डिआयोनाइज्ड पानी से कुल्ला करें और फिर सतह की अशुद्धियों को पूरी तरह से हटाने के लिए 80 से 100 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में मग को सूखा दें.
- प्लाज्मा सक्रियण समय को 5 से 10 मिनट तक बढ़ाएं, उचित रूप से आयन बमबारी शक्ति बढ़ाएं,और सतह गतिविधि को बढ़ाने के लिए उच्च ऊर्जा आयन उत्कीर्णन के माध्यम से चीनी मिट्टी की सतह की कठोरता में वृद्धि.
- टाइटेनियम और क्रोमियम जैसे धातु संक्रमण परतों की जमाव प्रक्रिया जोड़ें, और 50 से 100 एनएम पर संक्रमण परत की मोटाई को नियंत्रित करें।फिल्म और सब्सट्रेट के बीच आसंजन बढ़ाने के लिए रासायनिक बंधन का उपयोग करें.
- चरणबद्ध शीतलन प्रक्रिया को अपनाया जाता है। कोटिंग पूरा होने के बाद, इसे वैक्यूम वातावरण में स्वाभाविक रूप से कमरे के तापमान तक ठंडा किया जाता है।और फिर दबाव को कम करने और भट्ठी से बाहर निकालने के लिए इनर्ट गैस को गुहा में डाला जाता है, तापमान अंतर तनाव से बचने के लिए।
2फिल्म परत का रंग अंतर/असमान चमक
विशिष्ट लक्षण:एक ही बैच में कपों की रंग गहराई भिन्न होती है, या अलग-अलग कपों की सतह पर चमक में महत्वपूर्ण अंतर के साथ हल्का धब्बे या धारियां होती हैं। मुख्य कारण
- काम के टुकड़े के फ्रेम के असमान स्व-परिक्रमा और क्रांति गति का परिणाम कप शरीर के विभिन्न हिस्सों में फिल्म परत की जमाव दरों में महत्वपूर्ण अंतर होता है।
- वैक्यूम कक्ष में वैक्यूम की डिग्री में उतार-चढ़ाव होता है और गैस के अणु लक्ष्य सामग्री के परमाणुओं की जमाव प्रक्रिया में हस्तक्षेप करते हैं, जिससे फिल्म परत की एकरूपता प्रभावित होती है।
- ऑक्सीकरण या लक्ष्य सामग्री की सतह पर "नोडल्स" की उपस्थिति अस्थिर स्पटरिंग / वाष्पीकरण दरों और असमान संरचना और फिल्म परत की मोटाई की ओर जाता है।
- कप शरीर की क्लैंपिंग स्थिति अनुचित है और कप के मुंह, हैंडल और अन्य भागों पर बाधाएं हैं, जो कोटिंग के छाया क्षेत्र बनाते हैं।
लक्षित समाधान
- वर्कपीस रैक के घूर्णन गति मापदंडों को कैलिब्रेट करें।10 से 20 आर/मिनट की स्व-रोटेशन गति और 5 से 10 आर/मिनट की घूर्णन गति को नियंत्रित करना ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि कप बॉडी के सभी भाग समान रूप से प्लैटेड हों.
- वैक्यूम प्रणाली के सील प्रदर्शन की जांच करें और पुराने सील रिंगों को बदलें। कोटिंग से पहले, हवा को पूरी तरह से खाली करें।केवल वैक्यूम डिग्री प्रक्रिया के दौरान वैक्यूम डिग्री में उतार-चढ़ाव से बचने के लिए स्थिर हो जाता है के बाद कोटिंग प्रक्रिया शुरू.
- सतह ऑक्साइड परत को हटाने के लिए उपयोग से पहले 3 से 5 मिनट के लिए लक्ष्य सामग्री को पूर्व-स्पटर करें।नियमित रूप से लक्ष्य सामग्री की सतह पर "बंडलों" को साफ करें और समय पर गंभीर रूप से पहने हुए लक्ष्य सामग्री को बदलें.
- कप बॉडी की क्लैंपिंग विधि को अनुकूलित करें, फिक्स्चर के कोण को समायोजित करें, कप मुंह और हैंडल को कोटिंग पथ को अवरुद्ध करने से बचें, और सुनिश्चित करें कि कप बॉडी को बिना मृत कोनों के कोटिंग किया जाए।
फिल्म परत में पिनहोल/पिटिंग
विशिष्ट लक्षण:फिल्म परत की सतह पर बारीक गड्ढे या छेद फैलाए जाते हैं, और प्रकाश के तहत देखे जाने पर दोष विशेष रूप से स्पष्ट होते हैं।
- कोटिंग प्रक्रिया के दौरान वैक्यूम कक्ष में अवशिष्ट अशुद्धता कण कप की सतह पर गिर जाते हैं, जिससे पिनहोल बनते हैं।
- सिरेमिक सब्सट्रेट में ही छिद्र और दरारें जैसे दोष होते हैं और कोटिंग के बाद ये दोष सीधे पिटिंग के रूप में प्रकट होते हैं।
- वैक्यूम ऑयल पंप से निकलते तेल का उल्टा वाष्पीकरण होता है और तेल का धुंध खोखलेपन में प्रवेश करता है, फिल्म परत को दूषित करता है और गड्ढे बनाता है।
लक्षित समाधान
- वैक्यूम चैंबर की आंतरिक दीवारों को नियमित रूप से एक पित्त मुक्त कपड़े से पोंछें। कोटिंग से पहले, आंतरिक दीवारों पर अवशोषित जल वाष्प और अशुद्धियों को हटाने के लिए कक्ष बेकिंग कार्यक्रम शुरू करें।यदि आवश्यक हो तो गुहा के अंदर धूल-प्रूफ फिल्टर लगाएं.
- सिरेमिक आधार सामग्रियों की गुणवत्ता पर सख्ती से नियंत्रण रखें और छिद्रों और दरारों से मुक्त कप निकायों का चयन करें।सतह के छिद्रों को भरने के लिए पहले ग्लासिंग उपचार किया जा सकता है, और फिर कोटिंग लागू किया जा सकता है।
- विशेष रूप से आणविक पंपों के लिए डिज़ाइन किए गए वैक्यूम तेल को बदलें और जांचें कि तेल पंप रिटर्न वाल्व सामान्य है या नहीं।खोखले में वैक्यूम तेल के विपरीत-वाष्पित होने और फिल्म परत को दूषित करने से रोकने के लिए एक तेल कोहरे कलेक्टर स्थापित करें.
फिल्म परत का खराब पहनने का प्रतिरोध
विशिष्ट लक्षण:पेंसिल कठोरता परीक्षण का परिणाम 3H से कम है, या दैनिक पोंछने के बाद फिल्म परत की सतह पर स्पष्ट खरोंच दिखाई देते हैं।
- फिल्म परत बहुत पतली होती है, आमतौर पर 0.3μm से कम होती है, जिससे बाहरी घर्षण का सामना करना मुश्किल हो जाता है।
- मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग शक्ति बहुत कम है, लक्ष्य सामग्री के परमाणुओं की स्पटरिंग ऊर्जा अपर्याप्त है, और फिल्म परत का घनत्व खराब है।
- प्रतिक्रिया गैस के अनुचित अनुपात से यौगिक फिल्म परत (जैसे टाइटेनियम नाइट्राइड) की कम क्रिस्टलीयता और पहनने के प्रतिरोध में कमी आती है।
लक्षित समाधान
- कोटिंग के जमा होने के समय को बढ़ाएं और फिल्म परत की मोटाई को 0.5 से 1μm के भीतर नियंत्रित करें ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि फिल्म परत में पर्याप्त पहनने के प्रतिरोधी नींव हो।
- परमाणु स्पटरिंग ऊर्जा बढ़ाने और फिल्म परत के घनत्व और कठोरता को बढ़ाने के लिए लक्ष्य की सामग्री के अनुसार स्पटरिंग शक्ति को 200-400W तक समायोजित करें।
- प्रक्रिया प्रयोगों के माध्यम से, मिश्रित फिल्म परत की क्रिस्टलीयता को बढ़ाने और इसके पहनने के प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए प्रतिक्रिया गैसों (जैसे नाइट्रोजन और ऑक्सीजन) के प्रवाह दर अनुपात को अनुकूलित किया गया था।
V. फिल्म का रंग बदलना/ऑक्सीकरण
विशिष्ट लक्षण:पीलापन या कालापन कोटिंग के बाद थोड़े समय के भीतर होता है, या कोटिंग परत का चमक अंधेरा हो जाता है और धातु की बनावट कुछ समय के लिए संग्रहीत होने के बाद खो जाती है। मुख्य कारण
- जब कोटिंग के बाद दबाव में कमी के दौरान हवा बहुत तेजी से प्रवेश करती है, तो उच्च तापमान वाली फिल्म परत हवा के संपर्क में आती है और ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया से गुजरती है।
- ऑक्सीकरण विरोधी सुरक्षात्मक फिल्म की ऊपरी परत जमा नहीं होती है और फिल्म परत सीधे हवा के संपर्क में आती है, जो ऑक्सीकरण और संक्षारण के लिए प्रवण होती है।
- तैयार उत्पाद का भंडारण वातावरण नम होता है और फिल्म परत की सतह पर विद्युत रासायनिक क्षरण होता है।
लक्षित समाधान
- दबाव घटाने के समय, कक्ष को स्थानांतरित करने के लिए सबसे पहले अर्गोन और नाइट्रोजन जैसी निष्क्रिय गैसें डाली जानी चाहिए।उच्च तापमान ऑक्सीकरण को रोकने के लिए हवा को धीरे-धीरे पेश किया जाना चाहिए.
- 50-100nm SiO2 एंटीऑक्सिडेंट परत को वायु और जल वाष्प द्वारा अंतर्निहित फिल्म परत के क्षरण को अलग करने के लिए कार्यात्मक फिल्म परत की सतह पर जमा किया जाता है।
- तैयार कपों को सूखे और अच्छी तरह से हवादार वातावरण में रखें, जल, एसिड और क्षार समाधान जैसे संक्षारक पदार्थों के प्रत्यक्ष संपर्क से बचें।आर्द्रता को रोकने के लिए सुखाने वाले पदार्थ जोड़े जा सकते हैं.
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