Powlekanie próżniowe kubków ceramicznych to proces, w którym cele metalowe lub związkowe są osadzane na powierzchni korpusu kubka za pomocą technologii fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD) w środowisku próżniowym, tworząc warstwy dekoracyjne (takie jak połysk metaliczny, kolor gradientowy) lub funkcjonalne (takie jak odporność na zużycie, hydrofobowość). Służy głównie do poprawy tekstury wyglądu i trwałości kubków. Typowe procesy obejmują rozpylanie magnetronowe i powlekanie próżniowe przez odparowywanie.
I. Podstawowy warunek wstępny: Wstępna obróbka podłoży ceramicznych
Ceramika to materiały niemetaliczne o gładkich powierzchniach i dużej stabilności chemicznej. Bezpośrednie powlekanie jest podatne na łuszczenie się folii, dlatego wstępna obróbka jest kluczowym krokiem.
Czyszczenie i usuwanie zanieczyszczeń
Najpierw użyj czyszczenia ultradźwiękowego, aby usunąć plamy oleju, kurz i pozostały proszek ceramiczny z powierzchni korpusu kubka. Ponownie spłucz wodą dejonizowaną, wysusz, a następnie umieść w komorze próżniowej, aby uniknąć wpływu zanieczyszczeń na przyczepność warstwy folii.
Aktywacja plazmowa
Wprowadź gaz argon do komory próżniowej i włącz źródło jonów, aby wytworzyć plazmę. Jony argonu o wysokiej energii bombardują powierzchnię ceramiki, wytrawiając drobne wżery, zwiększając chropowatość powierzchni (tworząc „efekt zakotwiczenia”) i jednocześnie usuwając warstwę tlenku powierzchniowego, aktywując powierzchnię podłoża i kładąc podwaliny pod późniejsze powlekanie.
Osadzanie warstwy przejściowej (opcjonalne)
W scenariuszach wymagających wysokiej przyczepności, najpierw osadza się metalową warstwę przejściową (taką jak tytan lub chrom). Wykorzystując wiązanie chemiczne między warstwą przejściową a ceramiką, buduje się „most” między podłożem ceramicznym a funkcjonalną warstwą folii, aby zapobiec odpadaniu warstwy folii.
II. Zasady działania dwóch głównych procesów powlekania
Powlekanie próżniowe przez odparowywanie (odpowiednie do dekoracyjnych folii metalowych, o stosunkowo niskim koszcie)
Proces ten obejmuje podgrzewanie materiału docelowego w celu odparowania go do atomów gazowych, które następnie kondensują w folię na powierzchni niskotemperaturowej ceramiki. Jest często używany do przygotowywania warstw folii o metalicznym połysku, takich jak złoto i srebro.
- Odsysanie: Uruchom system próżniowy i odsysaj stopień próżni w komorze do wymaganego poziomu 10 −3 do 10 −4 Pa, zmniejszając zakłócenia kolizyjne cząsteczek gazu na odparowanych atomach i zapewniając równomierną i gęstą warstwę folii.
- Ogrzewanie odparowywania materiału docelowego: Cele metalowe, takie jak aluminium, złoto i miedź, umieszcza się w źródle odparowywania (źródło odparowywania rezystancyjnego lub źródło odparowywania wiązką elektronów). Źródło odparowywania wiązką elektronów może precyzyjnie skupiać ciepło, szybko podnosząc temperaturę materiału docelowego do jego temperatury wrzenia i zamieniając go w parę atomów metalu o wysokiej czystości.
- Osadzanie folii: Kubki ceramiczne są mocowane na uchwycie przedmiotu obrabianego, który obraca się zarówno na słońcu, jak i wokół niego. Para atomów metalu porusza się po linii prostej w środowisku próżniowym i po uderzeniu w powierzchnię niskotemperaturowego kubka kondensuje i stopniowo gromadzi się, tworząc ciągłą warstwę folii metalowej. Grubość warstwy folii można regulować (zazwyczaj od 0,1 do 1μm) poprzez kontrolowanie czasu osadzania.
Po zakończeniu powlekania wyłącz źródło odparowywania i utrzymuj środowisko próżniowe, aby schłodzić do temperatury pokojowej, aby zapobiec pękaniu naprężeniowemu warstwy powłoki z powodu nadmiernej różnicy temperatur. Na koniec wprowadź gaz obojętny do komory, aby zmniejszyć ciśnienie i usunąć przedmiot obrabiany.
2. Powlekanie rozpylaniem magnetronowym (odpowiednie do wysoce odpornych na zużycie i kompozytowych folii funkcjonalnych, o doskonałych parametrach)
Proces ten wykorzystuje plazmę do bombardowania materiału docelowego, powodując, że atomy materiału docelowego są rozpylane i osadzane na powierzchni kubka. Przyczepność i odporność na zużycie warstwy folii znacznie przewyższają te z powlekania przez odparowywanie i mogą przygotowywać kompozytowe warstwy folii, takie jak azotek tytanu (złoto) i węglik tytanu (czarny).
- Wytwarzanie próżni i plazmy: Odsysanie do ciśnienia od 10 −2 do 10 −3 Pa, wprowadza się gaz argon i przykłada się wysokie napięcie. Gaz argon jonizuje się na jony argonu i elektrony, tworząc plazmę.
- Wzmocnione rozpylanie z ograniczeniem pola magnetycznego: Z tyłu materiału docelowego instalowany jest magnes, tworząc pole magnetyczne. Pole magnetyczne ograniczy elektrony do ruchu spiralnego, wydłużając ich czas przebywania w pobliżu materiału docelowego, zwiększając prawdopodobieństwo kolizji z cząsteczkami argonu, generując więcej jonów argonu i znacznie zwiększając wydajność rozpylania.
- Rozpylanie i osadzanie atomów materiału docelowego: Jony argonu o wysokiej energii bombardują powierzchnię materiału docelowego, a atomy materiału docelowego są „uderzane” przez transfer pędu (proces rozpylania). Rozpylone atomy lecą w kierunku powierzchni kubków ceramicznych w środowisku próżniowym i osadzają się, tworząc gęstą warstwę folii. Jeśli wprowadzi się gazy reaktywne, takie jak azot i metan, mogą one również reagować z rozpylonymi atomami, tworząc funkcjonalne warstwy folii związków, takich jak azotek tytanu i węglik tytanu.
- Obróbka po obróbce (opcjonalna): Niektóre procesy przechodzą wyżarzanie w niskiej temperaturze po powlekaniu, aby dodatkowo zwiększyć przyczepność między warstwą folii a podłożem i zwiększyć twardość warstwy folii.
III. Charakterystyka procesu i zalety zastosowania
- Warstwa folii ma doskonałe parametry: Warstwa folii utworzona przez powlekanie próżniowe jest jednolita i gęsta, bez wad, takich jak opadanie i skórka pomarańczowa. Odporność na zużycie może osiągnzyć ponad 4H (twardość ołówkowa) i jest odporna na korozję przez alkohol, kwasy i zasady, dzięki czemu nadaje się do codziennego użytku.
- Przyjazny dla środowiska i wolny od zanieczyszczeń: W całym procesie nie ma emisji rozpuszczalników organicznych ani metali ciężkich. W porównaniu z tradycyjnymi procesami natryskiwania, jest bardziej zgodny z zielonymi standardami produkcji.
- Silny efekt dekoracyjny: Może osiągnąć różne efekty wyglądu, takie jak połysk metaliczny, kolor gradientowy i matowy, spełniając spersonalizowane potrzeby dostosowywania. Jest szeroko stosowany w obróbce powierzchni wysokiej klasy kubków ceramicznych oraz kubków na prezenty kulturalne i kreatywne.
Typowe wady i rozwiązania powlekania próżniowego na kubkach ceramicznych
1. Łuszczenie/odpadanie warstwy folii
Typowe przejawy: Warstwa folii odpada w dużych kawałkach podczas testu taśmowego po powlekaniu lub duże obszary odrywają się po codziennych uderzeniach i puknięciach. Główne przyczyny
- Powierzchnia ceramiki nie została dokładnie oczyszczona, pozostawiając zanieczyszczenia, takie jak plamy oleju i kurz.
- Bez obróbki aktywacji plazmowej energia powierzchniowa podłoża jest niska, co utrudnia przyleganie warstwy folii.
- Brak osadzonej warstwy przejściowej i brak „mostu” wiążącego między ceramiką a funkcjonalną warstwą folii.
- Jeśli szybkość chłodzenia po powlekaniu jest zbyt duża, wewnątrz warstwy powłoki generowane będą znaczne naprężenia, prowadzące do pękania i łuszczenia się.
Rozwiązania ukierunkowane
- Wydłuż czas czyszczenia ultradźwiękowego do 15 do 20 minut. Po czyszczeniu spłucz wodą dejonizowaną, a następnie wysusz kubek w piekarniku w temperaturze 80 do 100 stopni Celsjusza, aby dokładnie usunąć zanieczyszczenia powierzchniowe.
- Wydłuż czas aktywacji plazmowej do 5 do 10 minut, odpowiednio zwiększ moc bombardowania jonami i zwiększ chropowatość powierzchni ceramiki poprzez wytrawianie jonami o wysokiej energii, aby zwiększyć aktywność powierzchni.
- Dodaj proces osadzania metalowych warstw przejściowych, takich jak tytan i chrom, i kontroluj grubość warstwy przejściowej na poziomie 50 do 100 nm. Wykorzystaj wiązanie chemiczne, aby zwiększyć przyczepność między folią a podłożem.
- Zastosowano proces chłodzenia schodkowego. Po zakończeniu powlekania jest on naturalnie chłodzony do temperatury pokojowej w środowisku próżniowym, a następnie do komory wprowadza się gaz obojętny, aby zmniejszyć ciśnienie i usunąć go z pieca, unikając naprężeń różnicy temperatur.
2. Różnica kolorów/nierównomierny połysk warstwy folii
Typowe przejawy: Głębokość koloru kubków w tej samej partii jest różna lub na powierzchni poszczególnych kubków występują jasne plamy lub paski, ze znacznymi różnicami w połysku. Główne przyczyny
- Nierównomierne prędkości obrotu własnego i obrotu ramy przedmiotu obrabianego powodują znaczne różnice w szybkości osadzania warstwy folii w różnych częściach korpusu kubka.
- Stopień próżni w komorze próżniowej waha się, a cząsteczki gazu zakłócają proces osadzania atomów materiału docelowego, wpływając na jednolitość warstwy folii.
- Utlenianie lub pojawienie się „guzków” na powierzchni materiału docelowego prowadzi do niestabilnych szybkości rozpylania/odparowywania oraz nierównomiernego składu i grubości warstwy folii.
- Pozycja mocowania korpusu kubka jest nieprawidłowa, a na wylocie kubka, uchwycie i innych częściach występują przeszkody, tworząc obszary cienia powłoki.
Rozwiązania ukierunkowane
- Skalibruj parametry prędkości obrotowej stojaka przedmiotu obrabianego, kontrolując prędkość obrotu własnego na poziomie 10 do 20 obr./min i prędkość obrotu na poziomie 5 do 10 obr./min, aby zapewnić równomierne pokrycie wszystkich części korpusu kubka.
- Sprawdź szczelność systemu próżniowego i wymień zużyte pierścienie uszczelniające. Przed powlekaniem dokładnie odsysaj powietrze. Rozpocznij proces powlekania dopiero po ustabilizowaniu się stopnia próżni, aby uniknąć wahań stopnia próżni podczas procesu.
- Wstępnie rozpyl materiał docelowy przez 3 do 5 minut przed użyciem, aby usunąć warstwę tlenku powierzchniowego. Regularnie czyść „grudki” na powierzchni materiału docelowego i wymieniaj mocno zużyty materiał docelowy w odpowiednim czasie.
- Zoptymalizuj metodę mocowania korpusu kubka, wyreguluj kąt mocowania, unikaj blokowania ścieżki powlekania przez wylot kubka i uchwyt oraz upewnij się, że korpus kubka jest pokryty bez martwych punktów.
III. Otwory/wżery w warstwie folii
Typowe przejawy: Drobne wżery lub otwory są rozmieszczone na powierzchni warstwy folii, a wady są szczególnie widoczne podczas obserwacji w świetle. Główne przyczyny
- Pozostałe cząsteczki zanieczyszczeń w komorze próżniowej spadają na powierzchnię kubka podczas procesu powlekania, tworząc dziurki.
- Samo podłoże ceramiczne ma wady, takie jak pory i pęknięcia, a po powlekaniu wady te bezpośrednio objawiają się jako wżery.
- Olej z pompy próżniowej ulega odwróconemu odparowywaniu, a mgła olejowa dostaje się do komory, zanieczyszczając warstwę folii i tworząc wżery.
Rozwiązania ukierunkowane
- Regularnie wycieraj wewnętrzne ściany komory próżniowej ściereczką bezpyłową. Przed powlekaniem uruchom program wypalania komory, aby usunąć parę wodną i zanieczyszczenia zaadsorbowane na ścianach wewnętrznych. W razie potrzeby zainstaluj filtry pyłoszczelne wewnątrz komory.
- Ściśle kontroluj jakość ceramicznych materiałów podstawowych i wybieraj korpusy kubków wolne od porów i pęknięć. W przypadku podłoży z drobnymi wadami można najpierw przeprowadzić obróbkę szkliwieniem, aby wypełnić pory powierzchniowe, a następnie można nałożyć powłokę.
- Wymień olej próżniowy specjalnie zaprojektowany do pomp molekularnych i sprawdź, czy zawór zwrotny pompy olejowej działa prawidłowo. Zainstaluj kolektor mgły olejowej, aby zapobiec odwróconemu odparowywaniu oleju próżniowego do komory i zanieczyszczaniu warstwy folii.
Cztery. Słaba odporność na zużycie warstwy folii
Typowe przejawy: Wynik testu twardości ołówkowej jest mniejszy niż 3H lub na powierzchni warstwy folii pojawiają się widoczne zadrapania po codziennym wycieraniu. Główne przyczyny
- Warstwa folii jest zbyt cienka, zwykle mniej niż 0,3μm, co utrudnia odporność na tarcie zewnętrzne.
- Moc rozpylania magnetronowego jest zbyt niska, energia rozpylania atomów materiału docelowego jest niewystarczająca, a gęstość warstwy folii jest słaba.
- Niewłaściwe proporcje gazu reakcyjnego prowadzą do niskiej krystaliczności kompozytowej warstwy folii (takiej jak azotek tytanu) i spadku odporności na zużycie.
Rozwiązania ukierunkowane
- Wydłuż czas osadzania powłoki i kontroluj grubość warstwy folii w zakresie 0,5 do 1μm, aby zapewnić, że warstwa folii ma wystarczającą podstawę odporności na zużycie.
- Dostosuj moc rozpylania do 200-400 W w zależności od materiału celu, aby zwiększyć energię rozpylania atomowego i zwiększyć gęstość i twardość warstwy folii.
- Poprzez eksperymenty procesowe zoptymalizowano stosunek natężenia przepływu gazów reakcyjnych (takich jak azot i tlen), aby zwiększyć krystaliczność kompozytowej warstwy folii i poprawić jej odporność na zużycie.
V. Odbarwienie/utlenianie folii
Typowe przejawy: Żółknięcie lub czernienie występuje w krótkim czasie po powlekaniu lub połysk warstwy powłoki ciemnieje, a metaliczna tekstura zostaje utracona po przechowywaniu przez pewien czas. Główne przyczyny
- Gdy powietrze jest wprowadzane zbyt szybko podczas obniżania ciśnienia po powlekaniu, warstwa folii o wysokiej temperaturze styka się z powietrzem i ulega reakcji utleniania.
- Warstwa wierzchnia ochronnej folii antyoksydacyjnej nie jest osadzana, a warstwa folii jest bezpośrednio wystawiona na działanie powietrza, co jest podatne na utlenianie i korozję.
- Środowisko przechowywania gotowego produktu jest wilgotne i na powierzchni warstwy folii występuje korozja elektrochemiczna.
Rozwiązania ukierunkowane
- Podczas obniżania ciśnienia należy najpierw wprowadzić gazy obojętne, takie jak argon i azot, aby wyprzeć komorę. Gdy temperatura kubka spadnie poniżej 50℃, należy powoli wprowadzać powietrze, aby zapobiec utlenianiu w wysokiej temperaturze.
- Na powierzchni funkcjonalnej warstwy folii osadza się warstwę antyoksydacyjną SiO₂ o grubości 50-100 nm, aby odizolować erozję warstwy folii przez powietrze i parę wodną.
- Przechowuj gotowe kubki w suchym i dobrze wentylowanym środowisku, unikając bezpośredniego kontaktu z substancjami żrącymi, takimi jak woda, roztwory kwasów i zasad. Podczas pakowania można dodać środki osuszające, aby zapobiec wilgoci.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!
