Come materiale fondamentale per la decorazione edilizia, le piastrelle ceramiche hanno una qualità superficiale che influisce direttamente sia sull'attrattiva estetica che sulla durata di uno spazio. La decorazione superficiale tradizionale delle piastrelle si basa principalmente su smalti, serigrafia e tecniche di cottura tridimensionale. Sebbene queste possano creare determinati colori e motivi, presentano limitazioni quando si tratta di mostrare un aspetto metallico, migliorare la durezza superficiale e resistere alla corrosione. Con l'aumento delle aspettative dei consumatori, la domanda di mercato per piastrelle che combinano lucentezza metallica con eccellente durata continua a crescere.
L'introduzione della tecnologia di rivestimento sottovuoto ha aperto nuove possibilità per il trattamento superficiale delle piastrelle ceramiche. Prendendo in prestito i principi di rivestimento utilizzati per le superfici in vetro ottico e modificando le relative attrezzature—come l'aggiunta di sistemi di pulizia a bombardamento ionico e la deposizione di strati di transizione—materiali ceramici e altri materiali non metallici possono essere strettamente legati a metalli come titanio e zirconio, formando rivestimenti resistenti alla corrosione o all'usura. Questa tecnica è ampiamente utilizzata nella lavorazione profonda delle superfici delle piastrelle ceramiche, producendo effetti abbaglianti in finiture color oro, platino e multicolore, sostituendo completamente i prodotti realizzati in oro o platino puro.
1.Principi tecnici e configurazione delle attrezzature per il rivestimento di piastrelle ceramiche
1.1.Principio tecnico
Il rivestimento sottovuoto per piastrelle ceramiche utilizza principalmente la tecnologia di sputtering sottovuoto multi-arco al plasma magnetronico. Il principio fondamentale è: in condizioni di vuoto, viene utilizzata una scarica ad arco a bassa tensione e alta corrente per evaporare il materiale bersaglio attraverso la scarica di gas, ionizzando sia il materiale evaporato che il gas. Quindi, utilizzando l'effetto di accelerazione del campo elettrico, il materiale evaporato e i suoi prodotti di reazione vengono depositati sulla superficie del pezzo.
Rivestire superfici non metalliche come la ceramica è molto più complicato che rivestire materiali conduttivi come i metalli. Poiché le ceramiche non conducono elettricità, gli ioni metallici non possono depositarsi e legarsi come fanno sui substrati metallici. La soluzione è aggiungere un sistema di pulizia ionica e uno strato di transizione intermedio prima del rivestimento effettivo. Depositando prima uno strato di transizione metallico, come titanio o cromo, il rivestimento funzionale che segue può aderire saldamente.
1.2.Configurazione tipica del dispositivo
Prendendo come esempio la macchina di rivestimento magnetronico multi-arco di tipo 1400 utilizzata per il rivestimento di piastrelle ceramiche, l'attrezzatura comprende principalmente le seguenti parti:
Camera a vuoto: diametro 1400 mm, altezza 1600 mm, realizzata in acciaio inossidabile 304 con una struttura a doppio strato con camicia di raffreddamento ad acqua.
Sistema di vuoto: composto da una pompa a diffusione (velocità di pompaggio 9400 L/s), una pompa Roots (300 L/s), pompe meccaniche , e una pompa di mantenimento. Richiede meno di 30 minuti per pompare dalla pressione atmosferica al vuoto di lavoro a vuoto, con un vuoto finale fino a 5×10⁻⁴ Pa.
Multi-arco bersagli: 12 in totale, catodi in titanio di dimensioni φ90mm×40mm, alimentati individualmente e accesi in modo indipendente.
Sputtering magnetronico rivestimento bersaglio: 1, con una forza del campo magnetico interno superiore a 5000 Gauss.
Dispositivo di rotazione del pezzo: design a 5 assi, che supporta sia la rivoluzione che la rotazione per garantire un rivestimento uniforme sulla superficie della piastrella.
Sistema di bombardamento ionico: alimentatore ad alta tensione DC 3000V, 5kW per la pulizia e l'attivazione pre-rivestimento.
Sistema di riscaldamento e controllo della temperatura: 3 tubi riscaldanti a infrarossi a forma di U, che utilizzano moduli al silicio controllati da PID per il controllo della temperatura.
2.Il processo completo di rivestimento sottovuoto per piastrelle ceramiche
(1) Prerattamento e asciugatura del substrato. La pulizia della superficie della piastrella è fondamentale per la qualità del rivestimento. Di solito, si utilizza un panno di cotone pulito con acqua distillata per pulire la superficie per rimuovere polvere e grasso. Per migliorare l'efficienza e ridurre il tempo di riscaldamento nella camera a vuoto, le piastrelle trattate devono essere cotte in un forno a circa 250°C per almeno 20 minuti, assicurando che tutta l'acqua adsorbita sulla superficie della piastrella sia completamente evaporata.
(2) Caricamento e aspirazione. Posizionare rapidamente le piastrelle asciutte sul rack del pezzo nella camera a vuoto. Avviare il sistema di rotazione per garantire un funzionamento regolare, quindi chiudere la porta del forno. L'aspirazione avviene a tappe: prima, utilizzare una pompa meccanica e una pompa Roots per un rapido vuoto grezzo; quando il vuoto raggiunge circa 2×10⁻¹ Pa, passare a una pompa a diffusione per il vuoto fine, raggiungendo infine un livello di vuoto intorno a 3×10⁻³ Pa.
(3) Riscaldamento e degasaggio del pezzo. Una volta raggiunto il livello di vuoto, avviare la rotazione dei pezzi e accendere l'alimentazione di riscaldamento. La temperatura della piastrella aumenta gradualmente (di solito non supera i 400°C). Questo passaggio di riscaldamento aiuta a espellere eventuali gas residui all'interno del substrato, impedendo che il degasaggio influenzi la qualità del rivestimento in seguito.
(4) Pulizia ionica e deposizione dello strato di base in titanio. Viene introdotto argon e il sistema di bombardamento ad alta tensione viene attivato per eseguire la pulizia ionica sulla superficie delle piastrelle. La tensione di bombardamento è generalmente di 400-500V, ed è possibile osservare il fenomeno di scarica attraverso la finestra di visualizzazione per giudicare l'effetto di pulizia. Al termine della pulizia, regolare la corrente a 10-12A e la tensione a 600-800V per depositare uno strato di base in titanio sulla superficie della piastrella, della durata di circa 2-3 minuti.
(5) Deposizione multi-arco di nitruro di titanio (oro) o titanio (argento). Dopo la deposizione dello strato di base in titanio, ridurre l'argon e riempire con azoto ad alta purezza. Sotto un vuoto di circa 3×10⁻¹Pa a 6×10⁻¹Pa, avviare il bersaglio multi-arco per la deposizione di nitruro di titanio per circa 3-5 minuti per ottenere un rivestimento color oro. Se è necessario un effetto argento, continuare a depositare lo strato di titanio in un'atmosfera di argon.
(6) Raffreddamento e rimozione. Una volta completato il rivestimento, spegnere la sorgente ad arco e i gas in ordine, lasciare raffreddare leggermente il pezzo, quindi riempire con aria fino alla pressione atmosferica, aprire il forno e rimuovere il prodotto. Un ciclo di produzione completo richiede circa 15-20 minuti.
3.Punti di forza principali e valore applicativo
Eccezionale effetto decorativo. Il rivestimento sottovuoto può creare colori oro puro, argento o arcobaleno sulla superficie delle piastrelle, con colore uniforme e lucentezza brillante. La forma superficiale può anche essere pre-progettata in base alle esigenze di progettazione e, dopo il rivestimento, le parti indesiderate possono essere rimosse mediante lucidatura per produrre prodotti artistici con texture vivide e colori brillanti. Le piastrelle Christoc dell'italiana Gardenia utilizzano la tecnologia PVD per il rivestimento in oro e argento, replicando efficacemente l'aspetto di materiali preziosi.
Durabilità significativamente migliorata. I rivestimenti in nitruro di titanio (TiN) e nitruro di zirconio (ZrN) possono raggiungere spessori da 0,7 a 1,6 μm e i test mostrano che hanno una buona resistenza ai graffi e stabilità alla corrosione, rendendoli adatti per ambienti ad alta umidità, lavaggi quotidiani e detergenti chimici domestici. Il rivestimento aderisce bene, ha una struttura densa e mantiene una lucentezza duratura.
Vantaggi ambientali ed economici. Rispetto alla tradizionale foglia d'oro o alla stampa a oro liquido, il rivestimento sottovuoto non utilizza materiali preziosi, non produce inquinamento, ha tempi di lavorazione brevi ed è a basso costo, rendendolo adatto alla produzione industriale su larga scala. Il processo di rivestimento avviene in una camera a vuoto, quindi non c'è inquinamento o rumore.
Ampio potenziale di funzionalità. Oltre agli scopi decorativi, drogando elementi antibatterici come argento o rame nel rivestimento PVD, le superfici delle piastrelle possono acquisire significative proprietà sterilizzanti, rendendole adatte per spazi medici con rigorosi requisiti igienici, come sale operatorie e reparti pazienti.
4.Sfide tecniche e tendenze di sviluppo
Il rivestimento sottovuoto per piastrelle ceramiche affronta ancora alcune sfide. La differenza di espansione termica tra il substrato ceramico e il rivestimento metallico può influire sulla stabilità a lungo termine del rivestimento. Inoltre, l'attrezzatura è piuttosto costosa e richiede agli operatori buone capacità di controllo del processo.
Man mano che le tecnologie di sputtering ad alta ionizzazione come HiPIMS diventano più mature e le attrezzature nazionali migliorano, il rivestimento sottovuoto per piastrelle ceramiche si espanderà ulteriormente. Evolverà da semplici rivestimenti decorativi a 'rivestimenti funzionali' che offrono anche proprietà antibatteriche, autopulenti e resistenti all'usura, dando una forte spinta alla trasformazione e all'aggiornamento dell'industria delle ceramiche da costruzione.
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