پوشش خلاء ماگ های سرامیکی فرآیندی است که در آن فلز یا ترکیبات هدف بر روی سطح بدنه ماگ از طریق فناوری رسوب بخار فیزیکی (PVD) در محیط خلاء رسوب می کنند و لایه های تزئینی (مانند درخشش فلزی، رنگ گرادیانی) یا کاربردی (مانند مقاوم در برابر سایش، آبگریز) را تشکیل می دهند. این فرآیند عمدتاً برای افزایش بافت ظاهری و دوام ماگ ها استفاده می شود. فرآیندهای رایج شامل پاشش مگنترون و پوشش تبخیر خلاء است.
I. پیش نیاز اصلی: پیش تیمار زیرلایه های سرامیکی
سرامیک ها مواد غیر فلزی با سطوح صاف و پایداری شیمیایی قوی هستند. پوشش مستقیم مستعد پوسته پوسته شدن فیلم است، بنابراین پیش تیمار یک گام کلیدی است.
تمیز کردن و حذف ناخالصی ها
ابتدا از تمیز کردن اولتراسونیک برای از بین بردن لکه های روغن، گرد و غبار و پودر سرامیکی باقیمانده روی سطح بدنه فنجان استفاده کنید. دوباره با آب دیونیزه بشویید، خشک کنید و سپس در محفظه خلاء قرار دهید تا از تأثیر ناخالصی ها بر چسبندگی لایه فیلم جلوگیری شود.
فعال سازی پلاسما
گاز آرگون را به محفظه خلاء وارد کنید و منبع یون را روشن کنید تا پلاسما تولید شود. یون های آرگون پرانرژی سطح سرامیک را بمباران می کنند، گودال های ریز را حک می کنند، زبری سطح را افزایش می دهند (تشکیل یک "اثر لنگر") و همزمان لایه اکسید سطح را حذف می کنند، سطح زیرلایه را فعال می کنند و پایه ای برای پوشش بعدی می گذارند.
رسوب لایه انتقالی (اختیاری)
برای سناریوهایی که به چسبندگی بالایی نیاز دارند، ابتدا یک لایه انتقالی فلزی (مانند تیتانیوم یا کروم) رسوب می کند. با بهره گیری از پیوند شیمیایی بین لایه انتقالی و سرامیک، یک "پل" بین زیرلایه سرامیکی و لایه فیلم کاربردی ساخته می شود تا از افتادن لایه فیلم جلوگیری شود.
II. اصول کار دو فرآیند اصلی پوشش
آبکاری تبخیر خلاء (مناسب برای فیلم های فلزی تزئینی، با هزینه نسبتاً کم)
این فرآیند شامل گرم کردن مواد هدف برای تبخیر آن به اتم های گازی است که سپس روی سطح سرامیک های کم دما به یک فیلم متراکم می شوند. این فرآیند اغلب برای تهیه لایه های فیلم با درخشش فلزی مانند طلا و نقره استفاده می شود.
- خلاء:سیستم خلاء را راه اندازی کنید و درجه خلاء حفره را به سطح مورد نیاز 10 −3 تا 10 −4 Pa تخلیه کنید، تداخل برخورد مولکول های گاز با اتم های تبخیر شده را کاهش دهید و یک لایه فیلم یکنواخت و متراکم را تضمین کنید.
- تبخیر گرمایشی مواد هدف:اهداف فلزی مانند آلومینیوم، طلا و مس در یک منبع تبخیر (منبع تبخیر مقاومتی یا منبع تبخیر پرتو الکترونی) قرار می گیرند. منبع تبخیر پرتو الکترونی می تواند گرما را با دقت متمرکز کند، به سرعت دمای مواد هدف را به نقطه جوش خود می رساند و آن را به بخار اتم فلزی با خلوص بالا تبدیل می کند.
- رسوب فیلم:ماگ های سرامیکی روی یک نگهدارنده قطعه کار که هم روی خورشید و هم در اطراف آن می چرخد، گیره می شوند. بخار اتمی فلز در یک خط مستقیم در یک محیط خلاء حرکت می کند و با برخورد به سطح ماگ کم دما، متراکم می شود و به تدریج جمع می شود تا یک لایه فیلم فلزی پیوسته را تشکیل دهد. ضخامت لایه فیلم را می توان با کنترل زمان رسوب تنظیم کرد (معمولاً 0.1 تا 1μm).
پس از اتمام پوشش، منبع تبخیر را خاموش کنید و محیط خلاء را حفظ کنید تا به دمای اتاق خنک شود تا از ترک خوردن تنش لایه پوشش به دلیل اختلاف دمای بیش از حد جلوگیری شود. در نهایت، گاز بی اثر را به حفره وارد کنید تا فشار کاهش یابد و قطعه کار برداشته شود.
2. آبکاری پاشش مگنترون (مناسب برای فیلم های کاربردی بسیار مقاوم در برابر سایش و کامپوزیت، با عملکرد برتر)
این فرآیند از پلاسما برای بمباران مواد هدف استفاده می کند و باعث می شود اتم های مواد هدف از بین بروند و روی سطح فنجان رسوب کنند. چسبندگی و مقاومت در برابر سایش لایه فیلم بسیار بیشتر از آبکاری تبخیر است و می تواند لایه های فیلم کامپوزیت مانند نیترید تیتانیوم (طلا) و کاربید تیتانیوم (مشکی) را تهیه کند.
- تولید خلاء و پلاسما:به فشار 10 −2 تا 10 −3 Pa تخلیه کنید، گاز آرگون وارد می شود و یک میدان الکتریکی ولتاژ بالا اعمال می شود. گاز آرگون به یون ها و الکترون های آرگون یونیزه می شود و پلاسما را تشکیل می دهد.
- محدودیت میدان مغناطیسی پاشش تقویت شده:یک آهنربا در پشت مواد هدف نصب شده است تا یک میدان مغناطیسی تشکیل شود. میدان مغناطیسی الکترون ها را به حرکت مارپیچی محدود می کند، زمان ماندگاری آنها را در نزدیکی مواد هدف طولانی می کند، احتمال برخورد با مولکول های آرگون را افزایش می دهد، یون های آرگون بیشتری تولید می کند و راندمان پاشش را به طور قابل توجهی افزایش می دهد.
- پاشش و رسوب اتم های مواد هدف:یون های آرگون پرانرژی سطح مواد هدف را بمباران می کنند و اتم های مواد هدف از طریق انتقال تکانه (فرآیند پاشش) "ضربه" می شوند. اتم های پاشیده شده در یک محیط خلاء به سمت سطح ماگ های سرامیکی پرواز می کنند و رسوب می کنند تا یک لایه فیلم متراکم تشکیل دهند. اگر گازهای واکنشی مانند نیتروژن و متان وارد شوند، می توانند با اتم های پاشیده شده نیز واکنش نشان دهند تا لایه های فیلم کاربردی از ترکیبات مانند نیترید تیتانیوم و کاربید تیتانیوم تشکیل شود.
- پس از درمان (اختیاری):برخی از فرآیندها پس از پوشش، بازپخت در دمای پایین را انجام می دهند تا چسبندگی بین لایه فیلم و زیرلایه بیشتر شود و سختی لایه فیلم افزایش یابد.
III. ویژگی های فرآیند و مزایای کاربردی
- لایه فیلم عملکرد عالی دارد:لایه فیلم تشکیل شده توسط پوشش خلاء یکنواخت و متراکم است، بدون نقص هایی مانند افتادگی و پوست پرتقالی. مقاومت در برابر سایش می تواند به بیش از 4H (سختی مداد) برسد و در برابر خوردگی الکل، اسید و قلیایی مقاوم است و برای استفاده روزانه مناسب است.
- سازگار با محیط زیست و بدون آلودگی:هیچ گونه انتشار حلال های آلی یا فلزات سنگین در طول فرآیند وجود ندارد. در مقایسه با فرآیندهای پاشش سنتی، با استانداردهای تولید سبز مطابقت بیشتری دارد.
- اثر تزئینی قوی:می تواند جلوه های مختلفی مانند درخشش فلزی، رنگ گرادیانی و مات را به دست آورد و نیازهای سفارشی سازی شخصی را برآورده کند. این فرآیند به طور گسترده در تصفیه سطح ماگ های سرامیکی رده بالا و فنجان های هدیه فرهنگی و خلاقانه استفاده می شود.
نقص های رایج و راه حل های پوشش خلاء روی ماگ های سرامیکی
1. پوسته پوسته شدن/ورقه ورقه شدن لایه فیلم
تظاهرات معمولی:لایه فیلم در طول آزمایش نوار پس از پوشش در قطعات بزرگ می افتد، یا مناطق وسیعی پس از ضربه و ضربه های روزانه پوسته پوسته می شوند. علل اصلی
- سطح سرامیک کاملاً تمیز نشده است و ناخالصی هایی مانند لکه های روغن و گرد و غبار باقی مانده است.
- بدون درمان فعال سازی پلاسما، انرژی سطح زیرلایه کم است و چسبیدن لایه فیلم را دشوار می کند.
- هیچ لایه انتقالی رسوب نکرده است و یک "پل" پیوندی بین سرامیک و لایه فیلم کاربردی وجود ندارد.
- اگر سرعت خنک شدن پس از پوشش خیلی سریع باشد، تنش قابل توجهی در داخل لایه پوشش ایجاد می شود که منجر به ترک خوردن و پوسته پوسته شدن می شود.
راه حل های هدفمند
- زمان تمیز کردن اولتراسونیک را به 15 تا 20 دقیقه افزایش دهید. پس از تمیز کردن، با آب دیونیزه بشویید و سپس ماگ را در فر در دمای 80 تا 100 درجه سانتیگراد خشک کنید تا ناخالصی های سطح کاملاً از بین بروند.
- زمان فعال سازی پلاسما را به 5 تا 10 دقیقه افزایش دهید، قدرت بمباران یون را به طور مناسب افزایش دهید و زبری سطح سرامیک را از طریق اچینگ یون پرانرژی افزایش دهید تا فعالیت سطح افزایش یابد.
- فرآیند رسوب لایه های انتقالی فلزی مانند تیتانیوم و کروم را اضافه کنید و ضخامت لایه انتقالی را در 50 تا 100 نانومتر کنترل کنید. از پیوند شیمیایی برای افزایش چسبندگی بین فیلم و زیرلایه استفاده کنید.
- فرآیند خنک کننده پله ای اتخاذ شده است. پس از اتمام پوشش، به طور طبیعی در محیط خلاء تا دمای اتاق خنک می شود و سپس گاز بی اثر به حفره وارد می شود تا فشار کاهش یابد و از کوره خارج شود و از تنش اختلاف دما جلوگیری شود.
2. اختلاف رنگ/درخشندگی ناهموار لایه فیلم
تظاهرات معمولی:عمق رنگ ماگ ها در یک دسته یکسان متفاوت است، یا لکه های روشن یا نوارهایی روی سطح ماگ های جداگانه وجود دارد، با تفاوت های قابل توجه در درخشندگی. علل اصلی
- سرعت چرخش خودکار و انقلاب قاب قطعه کار منجر به تفاوت های قابل توجهی در سرعت رسوب لایه فیلم در قسمت های مختلف بدنه فنجان می شود.
- درجه خلاء در محفظه خلاء نوسان دارد و مولکول های گاز با فرآیند رسوب اتم های مواد هدف تداخل می کنند و بر یکنواختی لایه فیلم تأثیر می گذارند.
- اکسیداسیون یا ظاهر شدن "گره" روی سطح مواد هدف منجر به سرعت پاشش/تبخیر ناپایدار و ترکیب و ضخامت ناهموار لایه فیلم می شود.
- موقعیت گیره بدنه فنجان نامناسب است و موانعی در دهانه فنجان، دسته و سایر قسمت ها وجود دارد که مناطق سایه پوشش را تشکیل می دهد.
راه حل های هدفمند
- پارامترهای سرعت چرخش رک قطعه کار را کالیبره کنید، سرعت چرخش خودکار را در 10 تا 20 دور در دقیقه و سرعت انقلاب را در 5 تا 10 دور در دقیقه کنترل کنید تا اطمینان حاصل شود که تمام قسمت های بدنه فنجان به طور مساوی آبکاری شده اند.
- عملکرد آب بندی سیستم خلاء را بررسی کنید و حلقه های آب بندی قدیمی را تعویض کنید. قبل از پوشش، هوا را کاملاً تخلیه کنید. فقط پس از تثبیت درجه خلاء، فرآیند پوشش را شروع کنید تا از نوسانات درجه خلاء در طول فرآیند جلوگیری شود.
- قبل از استفاده، مواد هدف را به مدت 3 تا 5 دقیقه از قبل پاشش کنید تا لایه اکسید سطح از بین برود. به طور منظم "توده ها" را روی سطح مواد هدف تمیز کنید و مواد هدف به شدت فرسوده شده را به موقع تعویض کنید.
- روش گیره بدنه فنجان را بهینه کنید، زاویه فیکسچر را تنظیم کنید، از مسدود شدن مسیر پوشش توسط دهانه فنجان و دسته خودداری کنید و اطمینان حاصل کنید که بدنه فنجان بدون گوشه های مرده پوشانده شده است.
III. سوراخ های سوزنی/گودال در لایه فیلم
تظاهرات معمولی:گودال ها یا سوراخ های ریز روی سطح لایه فیلم توزیع شده اند و نقص ها به ویژه در زیر نور آشکار هستند. علل اصلی
- ذرات ناخالصی باقیمانده در محفظه خلاء در طول فرآیند پوشش روی سطح فنجان می افتند و سوراخ های سوزنی ایجاد می کنند.
- زیرلایه سرامیکی خود دارای نقص هایی مانند منافذ و ترک است و پس از پوشش، این نقص ها مستقیماً به صورت گودال ظاهر می شوند.
- روغن پمپ روغن خلاء تحت تبخیر معکوس قرار می گیرد و مه روغن وارد حفره می شود و لایه فیلم را آلوده می کند و گودال هایی را تشکیل می دهد.
راه حل های هدفمند
- به طور منظم دیواره های داخلی محفظه خلاء را با یک پارچه بدون پرز پاک کنید. قبل از پوشش، برنامه پخت محفظه را شروع کنید تا بخار آب و ناخالصی های جذب شده روی دیواره های داخلی از بین بروند. در صورت لزوم فیلترهای ضد گرد و غبار را در داخل حفره نصب کنید.
- کیفیت مواد پایه سرامیکی را به شدت کنترل کنید و بدنه های فنجان عاری از منافذ و ترک را انتخاب کنید. برای زیرلایه هایی با نقص های جزئی، ابتدا می توان درمان لعاب را انجام داد تا منافذ سطح پر شود و سپس پوشش اعمال شود.
- روغن خلاء را که مخصوص پمپ های مولکولی طراحی شده است تعویض کنید و بررسی کنید که آیا شیر برگشت روغن طبیعی است یا خیر. یک جمع کننده مه روغن نصب کنید تا از تبخیر معکوس روغن خلاء به داخل حفره و آلودگی لایه فیلم جلوگیری شود.
چهار. مقاومت در برابر سایش ضعیف لایه فیلم
تظاهرات معمولی:نتیجه آزمایش سختی مداد کمتر از 3H است، یا خراش های آشکاری پس از پاک کردن روزانه روی سطح لایه فیلم ظاهر می شود. علل اصلی
- لایه فیلم خیلی نازک است، معمولاً کمتر از 0.3μm، و مقاومت در برابر اصطکاک خارجی را دشوار می کند.
- قدرت پاشش مگنترون خیلی کم است، انرژی پاشش اتم های مواد هدف ناکافی است و چگالی لایه فیلم ضعیف است.
- نسبت نامناسب گاز واکنش منجر به بلورینگی کم لایه فیلم ترکیبی (مانند نیترید تیتانیوم) و کاهش مقاومت در برابر سایش می شود.
راه حل های هدفمند
- زمان رسوب پوشش را افزایش دهید و ضخامت لایه فیلم را در 0.5 تا 1μm کنترل کنید تا اطمینان حاصل شود که لایه فیلم دارای یک پایه مقاوم در برابر سایش کافی است.
- قدرت پاشش را با توجه به مواد هدف به 200-400 وات تنظیم کنید تا انرژی پاشش اتمی افزایش یابد و چگالی و سختی لایه فیلم افزایش یابد.
- از طریق آزمایش های فرآیند، نسبت جریان گازهای واکنش (مانند نیتروژن و اکسیژن) بهینه شد تا بلورینگی لایه فیلم ترکیبی افزایش یابد و مقاومت در برابر سایش آن بهبود یابد.
V. تغییر رنگ/اکسیداسیون فیلم
تظاهرات معمولی:زرد شدن یا سیاه شدن در مدت کوتاهی پس از پوشش رخ می دهد، یا درخشش لایه پوشش تیره می شود و بافت فلزی پس از نگهداری برای مدتی از بین می رود. علل اصلی
- هنگامی که هوا در هنگام کاهش فشار پس از پوشش خیلی سریع وارد می شود، لایه فیلم با دمای بالا با هوا تماس پیدا می کند و یک واکنش اکسیداسیون انجام می دهد.
- لایه بالایی فیلم محافظ ضد اکسیداسیون رسوب نمی کند و لایه فیلم مستقیماً در معرض هوا قرار می گیرد که مستعد اکسیداسیون و خوردگی است.
- محیط نگهداری محصول نهایی مرطوب است و خوردگی الکتروشیمیایی روی سطح لایه فیلم رخ می دهد.
راه حل های هدفمند
- هنگام کاهش فشار، ابتدا باید گازهای بی اثر مانند آرگون و نیتروژن وارد شوند تا محفظه جابجا شود. هنگامی که دمای فنجان به زیر 50 درجه سانتیگراد رسید، باید هوا به آرامی وارد شود تا از اکسیداسیون در دمای بالا جلوگیری شود.
- یک لایه آنتی اکسیدان 50-100 نانومتری SiO₂ روی سطح لایه فیلم کاربردی رسوب می کند تا فرسایش لایه فیلم زیرین توسط هوا و بخار آب جدا شود.
- ماگ های تمام شده را در یک محیط خشک و دارای تهویه مناسب نگهداری کنید و از تماس مستقیم با مواد خورنده مانند آب، اسید و محلول های قلیایی خودداری کنید. هنگام بسته بندی، می توان مواد خشک کننده را برای جلوگیری از رطوبت اضافه کرد.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
