Керамическая плитка, являясь основным материалом для отделки зданий, обладает качеством поверхности, которое напрямую влияет как на эстетическую привлекательность, так и на срок службы помещения. Традиционное декорирование поверхности плитки в основном опирается на глазури, трафаретную печать и методы трехмерного обжига. Хотя эти методы позволяют создавать определенные цвета и узоры, они имеют ограничения, когда речь идет о создании металлического блеска, повышении твердости поверхности и устойчивости к коррозии. По мере роста ожиданий потребителей рыночный спрос на плитку, сочетающую в себе металлический блеск и превосходную долговечность, продолжает расти.
Внедрение технологии вакуумного напыления открыло новые возможности для обработки поверхности керамической плитки. Заимствуя принципы нанесения покрытий, используемые для поверхностей оптического стекла, и модифицируя соответствующее оборудование — например, добавляя системы очистки ионной бомбардировкой и нанося переходные слои — керамические и другие неметаллические материалы могут быть плотно связаны с металлами, такими как титан и цирконий, образуя коррозионностойкие или износостойкие покрытия. Эта технология широко используется в глубокой переработке поверхностей керамической плитки, создавая ослепительные эффекты в золотистых, платиновых и разноцветных покрытиях, полностью заменяя изделия из чистого золота или платины.
1. Технические принципы и оборудование для нанесения покрытий на керамическую плитку
1.1. Технический принцип
Вакуумное напыление керамической плитки в основном использует технологию магнетронного плазменного многодугового вакуумного распыления. Основной принцип заключается в следующем: в вакуумных условиях используется низковольтный дуговой разряд с высоким током для испарения материала мишени посредством газового разряда, ионизируя как испаряемый материал, так и газ. Затем, используя ускоряющий эффект электрического поля, испаряемый материал и его продукты реакции осаждаются на поверхность заготовки.
Нанесение покрытий на неметаллические поверхности, такие как керамика, гораздо сложнее, чем на проводящие материалы, такие как металлы. Поскольку керамика не проводит электричество, ионы металлов не могут осаждаться и связываться так, как на металлических подложках. Решение заключается в добавлении системы ионной очистки и промежуточного переходного слоя перед фактическим нанесением покрытия. Сначала нанося переходный металлический слой, такой как титан или хром, последующее функциональное покрытие может прочно прилипать.
1.2. Типовая конфигурация устройства
В качестве примера возьмем многодуговую магнетронную установку для нанесения покрытий типа 1400, используемую для нанесения покрытий на керамическую плитку. Оборудование в основном включает следующие части:
Вакуумная камера: диаметр 1400 мм, высота 1600 мм, изготовлена из нержавеющей стали 304 с двухслойной водоохлаждаемой рубашкой.
Вакуумная система: состоит из диффузионного насоса (скорость откачки 9400 л/с), форвакуумного насоса (300 л/с), механических насосов , и поддерживающего насоса. Время откачки от атмосферного давления до рабочего вакуума в пустом состоянии составляет менее 30 минут, с конечным вакуумом до 5×10⁻⁴ Па.
Многодуговые мишени: всего 12, титановые катоды размером φ90 мм × 40 мм, с индивидуальным питанием и независимым зажиганием.
Магнетронное распыление покрытие мишень: 1, с внутренней напряженностью магнитного поля более 5000 Гаусс.
Поворотное устройство для заготовок: 5-осевая конструкция, поддерживающая вращение и оборот для обеспечения равномерного покрытия поверхности плитки.
Система ионной бомбардировки: источник питания высокого напряжения 3000 В постоянного тока, 5 кВт для очистки и активации перед нанесением покрытия.
Система нагрева и контроля температуры: 3 U-образные инфракрасные нагревательные трубки, использующие кремниевые модули с ПИД-регулированием для контроля температуры.
2. Полный процесс вакуумного нанесения покрытий на керамическую плитку
(1) Предварительная обработка и сушка подложки. Очистка поверхности плитки является основой качества покрытия. Обычно для протирки поверхности используется чистая хлопчатобумажная ткань с дистиллированной водой для удаления пыли и жира. Для повышения эффективности и сокращения времени нагрева в вакуумной камере обработанные плитки необходимо выпекать в печи при температуре около 250°C в течение не менее 20 минут, чтобы обеспечить полное испарение всей адсорбированной воды с поверхности плитки.
(2) Загрузка и вакуумирование. Быстро поместите высушенные плитки на стойку для заготовок в вакуумной камере. Запустите систему вращения, чтобы обеспечить ее плавную работу, затем закройте дверцу печи. Вакуумирование проводится поэтапно: сначала используйте механический насос и форвакуумный насос для быстрой грубой вакуумизации; когда вакуум достигнет примерно 2×10⁻¹ Па, переключитесь на диффузионный насос для тонкой вакуумизации, достигнув конечного уровня вакуума около 3×10⁻³ Па.
(3) Нагрев и дегазация заготовок. После достижения уровня вакуума начните вращение заготовок и включите питание нагрева. Температура плитки постепенно повышается (обычно не превышает 400°C). Этот этап нагрева помогает удалить остаточный газ из подложки, предотвращая влияние дегазации на качество покрытия в дальнейшем.
(4) Ионная очистка и нанесение титановой подложки. Вводится аргон, и активируется система высоковольтной бомбардировки для проведения ионной очистки поверхности плиток. Напряжение бомбардировки обычно составляет 400-500 В, и вы можете наблюдать явление разряда через смотровое окно, чтобы судить об эффекте очистки. После завершения очистки отрегулируйте ток до 10-12 А и напряжение до 600-800 В для нанесения слоя титановой подложки на поверхность плитки в течение примерно 2-3 минут.
(5) Многодуговое напыление нитрида титана (золото) или титана (серебро). После нанесения титановой подложки уменьшите количество аргона и заполните высокочистым азотом. При вакууме от 3×10⁻¹ Па до 6×10⁻¹ Па запустите многодуговую мишень для напыления нитрида титана в течение примерно 3-5 минут для получения золотистого покрытия. Если требуется серебристый эффект, просто продолжайте наносить титановый слой в атмосфере аргона.
(6) Охлаждение и извлечение. После завершения нанесения покрытия последовательно отключите дуговой источник и газы, дайте заготовке немного остыть, затем заполните воздухом до атмосферного давления, откройте печь и извлеките изделие. Полный производственный цикл занимает около 15-20 минут.
3. Основные преимущества и ценность применения
Выдающийся декоративный эффект. Вакуумное напыление может создавать на поверхности плитки чистые золотые, серебряные или радужные цвета с ровным цветом и ярким блеском. Форма поверхности также может быть предварительно спроектирована в соответствии с дизайнерскими потребностями, а после нанесения покрытия нежелательные части могут быть удалены полировкой для создания художественных изделий с яркими текстурами и насыщенными цветами. Плитка Christoc от итальянской Gardenia использует технологию PVD для нанесения золотого и серебряного покрытия, эффективно имитируя внешний вид драгоценных материалов.
Значительно улучшенная долговечность. Покрытия из нитрида титана (TiN) и нитрида циркония (ZrN) могут достигать толщины от 0,7 до 1,6 мкм, и испытания показывают, что они обладают хорошей устойчивостью к царапинам и коррозионной стабильностью, что делает их пригодными для использования в условиях высокой влажности, ежедневной стирки и бытовых химических чистящих средств. Покрытие хорошо прилипает, имеет плотную структуру и сохраняет длительный блеск.
Экологические преимущества и преимущества в стоимости. По сравнению с традиционным нанесением сусального золота или золотой печатью, вакуумное напыление не использует драгоценные металлы, не загрязняет окружающую среду, имеет короткое время обработки и низкую стоимость, что делает его пригодным для крупномасштабного промышленного производства. Процесс нанесения покрытия происходит в вакуумной камере, поэтому нет загрязнения или шума.
Широкий потенциал функциональности. Помимо декоративных целей, путем легирования антибактериальными элементами, такими как серебро или медь, в PVD-покрытие, поверхности плитки могут приобретать значительные стерилизующие свойства, что делает их пригодными для медицинских помещений со строгими требованиями к гигиене, таких как операционные и палаты пациентов.
4. Технические проблемы и тенденции развития
Вакуумное напыление керамической плитки по-прежнему сталкивается с некоторыми проблемами. Разница в тепловом расширении между керамической подложкой и металлическим покрытием может влиять на долгосрочную стабильность покрытия. Кроме того, оборудование довольно дорогое и требует от операторов хороших навыков управления процессом.
По мере того как технологии высокоионизирующего распыления, такие как HiPIMS, становятся более зрелыми, а отечественное оборудование улучшается, вакуумное напыление керамической плитки будет расширяться. Оно будет развиваться от просто декоративных покрытий до «функциональных покрытий», которые также предлагают антибактериальные, самоочищающиеся и износостойкие свойства, что даст большой толчок трансформации и модернизации отрасли строительной керамики.
Ваше сообщение должно содержать от 20 до 3000 символов!
