Три основные технологии вакуумного напыления для корпусов телефонов: испарительное напыление, магнетронное распыление, ионное напыление

Три основные технологии вакуумного напыления для чехлов для телефонов: испарительное напыление, магнетронное распыление и ионное напыление

На рынке аксессуаров для смартфонов функции чехлов вышли за рамки простой защиты. Они также обладают свойствами защиты от царапин, износостойкости, защиты от отпечатков пальцев и красочного декора. Реализация этих функций неразрывно связана с поддержкой технологии вакуумного напыления. Вакуумное напыление - это процесс, выполняемый в условиях высокого вакуума, при котором материалы, такие как металлы, керамика и полимеры, осаждаются на поверхность чехла для телефона физическими или химическими методами для образования пленки. Среди них вакуумное испарительное напыление, магнетронное распыление и ионное напыление являются тремя наиболее широко используемыми методами. Эта статья предоставит всестороннее понимание тайн этих трех основных технологий с точки зрения таких аспектов, как технические принципы, технологический процесс, эксплуатационные характеристики и сценарии применения.

1. Вакуумное испарительное напыление: выбор начального уровня с низкой стоимостью и высоким качеством внешнего вида

Вакуумное испарительное напыление (Vacuum Evaporation Coating) - это самая ранняя технология вакуумного напыления, применяемая в производстве чехлов для телефонов. Обладая такими преимуществами, как низкая стоимость оборудования, простота эксплуатации и высокая скорость напыления, оно до сих пор является основным выбором для красочных чехлов для телефонов среднего и низкого ценового сегмента.

1.1 Технический принцип: высокотемпературное испарение и газофазное осаждение

Основным принципом вакуумного испарительного напыления является физический процесс «высокотемпературное испарение - газофазный полет - низкотемпературное осаждение». В герметичной вакуумной камере с помощью таких методов, как резистивный нагрев и бомбардировка электронным лучом, материалы покрытия (например, алюминий, хром), оксиды (например, диоксид кремния, диоксид титана) нагреваются выше их точек плавления, что приводит к их быстрому испарению или сублимации, образуя частицы в газообразном состоянии высокой плотности. Эти частицы, практически не подверженные воздействию молекул воздуха в условиях высокого вакуума, движутся по прямой и сталкиваются с предварительно охлажденной поверхностью чехла для телефона. Из-за быстрого падения температуры они быстро конденсируются, образуя равномерный пленочный слой.

Этот процесс похож на обхватывание холодного стекла водяным паром зимой. Разница в том, что вакуумное испарительное напыление происходит в среде без помех от воздуха, что позволяет частицам в газообразном состоянии осаждаться упорядоченно, избегая таких дефектов, как воздушные отверстия и примеси в пленочном слое.

1.2 Основной технологический процесс

Полный процесс вакуумного испарительного напыления для чехлов для телефонов можно разделить на три этапа: предварительная обработка, испарительное напыление и последующая обработка. Отличия от других технологий вакуумного напыления заключаются в основном на этапе испарения:

Этап предварительной обработки: Сначала отсортируйте чехлы для телефонов и обработайте их в соответствии с материалами ПК, ТПУ, стекло и т. д.; затем используйте ультразвуковую очистку для удаления поверхностного масла, пыли и разделительных агентов, при этом температура очистки контролируется на уровне 40-60°C, а время - 10-20 минут; после очистки поместите чехлы для телефонов в вакуумную сушильную печь и высушите при температуре 60-80°C в течение 15-30 минут, чтобы убедиться в отсутствии остатков влаги на поверхности; для ПК/ТПУ и других инертных пластиковых материалов некоторые производители могут добавить этапы плазменной активации для повышения адгезии пленочного слоя.

Этап испарительного напыления: Закрепите высушенные чехлы для телефонов на вращающемся держателе приспособления и отправьте их в вакуумную камеру и закройте дверь; запустите вакуумный насос для откачки вакуумной камеры, снизив давление до 10⁻³-10⁻⁵ Па в состоянии высокого вакуума; выполните дегазацию при температуре 50-80°C в вакуумной камере для удаления остаточного водяного пара в камере; поместите материал испарения в испарительную лодку (резистивный нагрев) или тигель (нагрев электронным лучом) и запустите источник нагрева; температура нагрева электронного луча может достигать 1000-2000°C, вызывая быстрое испарение материала испарения; приспособление вращается со скоростью 5-10 об/мин для обеспечения равномерного осаждения пленки, при этом толщина пленки контролируется на уровне 50-200 нм; для достижения красочного эффекта можно последовательно заменять материалы испарения с разными показателями преломления для формирования радужных цветов, градиентных цветов и т. д. визуальных эффектов.

Этап последующей обработки: После завершения напыления введите сухой азот для разрыва вакуума в вакуумной камере, подождите, пока температура не упадет до комнатной, а затем извлеките чехол для телефона. Для некоторых продуктов выполняется процесс последующего отверждения при температуре 80-100°C в течение 30-60 минут; наконец, с помощью таких испытаний, как испытание сеткой и проверка внешнего вида, квалифицированные продукты могут быть упакованы и отправлены.

3. Эксплуатационные характеристики и сценарии применения

Преимущества вакуумного испарительного напыления очень заметны: инвестиции в оборудование невелики, а цена одной небольшой машины для испарительного напыления составляет всего несколько сотен тысяч юаней; скорость напыления высокая, а время обработки одной партии обычно составляет не более 30 минут; оно может достигать богатых декоративных эффектов, таких как металлическая текстура и красочный градиент, удовлетворяя потребности обычных потребителей в внешнем виде чехлов для мобильных телефонов.

Однако эта технология также имеет очевидные недостатки: адгезия и плотность пленочного слоя низкие, а износостойкость средняя. Как правило, она выдерживает только 200-500 испытаний на трение резиной; структура пленочного слоя относительно рыхлая, и он склонен к отслаиванию и царапинам при длительном использовании.

Основываясь на этих характеристиках, вакуумное испарительное напыление в основном применяется к декоративным чехлам для мобильных телефонов среднего и низкого ценового сегмента, особенно к чехлам из ПК и ТПУ, которые подчеркивают «высокий уровень внешнего вида и низкую цену», распространенные продукты включают чехлы для мобильных телефонов с металлическим покрытием, чехлы с радужным градиентом и т. д., цены на которые обычно ниже 50 юаней.

II. Магнетронное распыление: предпочтительный выбор для высокой износостойкости и защиты от отпечатков пальцев

Магнетронное распыление (Magnetron Sputtering Coating) - это технология напыления, разработанная в 1970-х годах. Она использует магнитное поле для удержания электронов для бомбардировки материала мишени, вызывая распыление атомов материала мишени и осаждение для образования пленки. По сравнению с вакуумным испарительным напылением, адгезия, плотность и износостойкость пленочного слоя значительно улучшились, и это основной метод реализации функций защиты от царапин и отпечатков пальцев для чехлов для мобильных телефонов среднего и высокого ценового сегмента.

1. Технический принцип: синергетический эффект магнитного и электрического полей

Основным принципом магнетронного распыления является «бомбардировка плазмой - распыление атомов - осаждение пленки». В вакуумной камере вводятся инертные газы, такие как аргон, и используется высоковольтное электрическое поле для ионизации газа аргона с образованием плазмы (содержащей электроны и ионы аргона). В то же время за материалом мишени устанавливается магнитное поле для формирования перпендикулярного составного поля с электрическим полем. Электроны движутся по спиральной траектории под действием составного поля и не могут напрямую бомбардировать анод, но постоянно сталкиваются с молекулами аргона, генерируя больше плазмы; ионы аргона ускоряются силой электрического поля и сталкиваются с поверхностью материала мишени, вызывая у атомов материала мишени получение достаточной энергии для разрыва связи решетки и образования распыленных частиц; эти распыленные частицы осаждаются на поверхности чехла для мобильного телефона в неупорядоченном виде, из-за высокой энергии частиц осажденный пленочный слой чрезвычайно плотный и прочно связан с подложкой.

По сравнению с вакуумным испарительным напылением, процесс осаждения частиц магнетронного распыления более «жестокий», а образованный пленочный слой похож на «встроенный» в поверхность подложки, а не просто прилипает, что также является ключевой причиной его превосходной износостойкости.

2. Основной технологический процесс

Предварительная обработка и последующая обработка магнетронного распыления в основном такие же, как и при вакуумном испарительном напылении, при этом основное различие заключается в этапе напыления:

Этап напыления: Чехол для мобильного телефона закрепляется на держателе и отправляется в вакуумную камеру. Вакуум снижается до 10⁻³-10⁻⁵ Па; после дегазации в вакуумную камеру вводится газ аргон для поддержания давления воздуха 0,1-1 Па; между материалом мишени и чехлом для мобильного телефона прикладывается высоковольтное электрическое поле, и газ аргон ионизируется с образованием плазмы; магнитное поле за материалом мишени удерживает электроны, заставляя плазму непрерывно бомбардировать материал мишени, а атомы материала мишени распыляются и осаждаются на поверхности чехла для мобильного телефона; держатель вращается и прикладывает отрицательное смещение 0-100 В для дальнейшего повышения адгезии пленочного слоя; если требуется функция защиты от отпечатков пальцев, после осаждения металлического пленочного слоя заменяется материал мишени из фторполимера для распыления анти-отпечаткового слоя толщиной 10-30 нм; толщина пленки обычно контролируется на уровне 100-200 нм, а время обработки одной партии составляет около 40-60 минут. Распространенные типы материалов мишеней включают мишени из нержавеющей стали (износостойкий слой), керамические мишени (слой высокой твердости), DLC-подобные алмазоподобные углеродные мишени (сверхизносостойкий слой), мишени из фторполимеров (анти-отпечатковый слой) и т. д. Различные материалы мишеней могут обеспечивать различные эффекты производительности.

3. Эксплуатационные характеристики и сценарии применения

Основное преимущество магнетронного распыления заключается в его превосходных характеристиках: пленочный слой обладает чрезвычайно высокой адгезией, при испытании на царапины не наблюдается отслаивания; он обладает хорошей плотностью, выдающейся износостойкостью и может выдерживать более 1000 испытаний на трение стальной ватой; он может выполнять несколько функций, таких как защита от царапин, защита от отпечатков пальцев и коррозионная стойкость. Для некоторых продуктов, использующих DLC-мишени, твердость поверхности может достигать HRC 50 или выше, приближаясь к твердости металлических поверхностей.

Его недостатки в основном заключаются в высокой стоимости оборудования, при этом цена одной машины для магнетронного распыления обычно превышает 1 миллион юаней; скорость напыления низкая, а эффективность производства ниже, чем при вакуумном испарительном напылении; декоративный эффект относительно прост, в основном состоит из чистых цветов и металлических цветов, и трудно достичь сложных переливчатых эффектов.

Основываясь на этих характеристиках, магнетронное распыление в основном применяется к функциональным чехлам для телефонов среднего и высокого ценового сегмента, таким как стеклянные чехлы с функциями «защиты от царапин и износостойкости», композитные чехлы из ПК + ТПУ и бизнес-чехлы для телефонов, требующие защиты от отпечатков пальцев. Цены на продукты обычно составляют от 50 до 200 юаней и обычно встречаются в аксессуарах для моделей высокого класса, таких как Huawei и Apple.

III. Ионное напыление: выбор высокого класса для баланса производительности и внешнего вида

Ионное напыление - это композитная технология, которая сочетает в себе преимущества вакуумного испарительного напыления и магнетронного распыления. Вводя ионную бомбардировку в процессе напыления, пленочный слой обладает как высокой адгезией, высокой плотностью, так и превосходными декоративными эффектами. Это предпочтительная технология напыления для чехлов для телефонов высокого класса.

1. Технический принцип: синергетическая оптимизация испарения и ионной бомбардировки

Основным принципом ионного напыления является «испарение + ионная бомбардировка + образование осадка». Он сохраняет метод напыления «высокотемпературного испарения» в вакуумном испарительном напылении, опираясь на средства усиления «ионной бомбардировки» в магнетронном распылении. В вакуумной камере источник испарения нагревается для испарения материала покрытия, образуя газообразные частицы; в то же время вводятся инертные газы, такие как аргон, для ионизации и генерации плазмы; чехол для телефона используется в качестве катода, и прикладывается более высокое отрицательное смещение 200-500 В для притягивания ионов, бомбардирующих поверхность чехла для телефона и осажденный пленочный слой.

Роль ионной бомбардировки в основном отражается в двух аспектах: один - очистка поверхности чехла для телефона, удаление остаточных следов примесей и оксидных слоев, дальнейшее повышение адгезии пленочного слоя; другой - уточнение зерен кристалла пленочного слоя, делая структуру пленочного слоя более плотной и в то же время улучшая твердость и износостойкость пленочного слоя. Этот композитный метод «сначала испарение, затем бомбардировка» позволяет пленочному слою, образованному ионным напылением, обладать как равномерным внешним видом испарительного напыления, так и превосходными характеристиками магнетронного распыления.

2. Основной технологический процесс

Технологический процесс ионного напыления аналогичен двум предыдущим технологиям, при этом основное различие заключается в этапе ионной бомбардировки в процессе напыления:

Этап напыления: Чехол для телефона закрепляется на подвесной раме и отправляется в вакуумную камеру; вакуум снижается до 10⁻³-10⁻⁵ Па; после обжига для удаления воздуха источник испарения нагревается для испарения материала покрытия, образуя газообразные частицы; в вакуумную камеру вводятся инертные газы, такие как аргон, для ионизации и генерации плазмы; к чехлу для телефона прикладывается отрицательное смещение 200-500 В, и ионы бомбардируются на поверхности чехла для телефона и осажденном пленочном слое под действием силы электрического поля; подвесная рама вращается для обеспечения равномерности пленочного слоя, температура осаждения контролируется на уровне 100-150°C, чтобы избежать повреждения подложки чехла для телефона из-за высокой температуры; толщина пленки контролируется на уровне 100-300 нм, а время обработки одной партии составляет около 50-70 минут; если требуется многофункциональный композитный эффект, можно комбинировать несколько материалов мишеней, последовательно осаждая износостойкий слой, декоративный слой и анти-отпечатковый слой. В соответствии с различиями в источнике испарения и источнике ионов, ионное напыление можно разделить на различные подтипы, такие как дуговое ионное напыление и ионное напыление с полым катодом. Среди них дуговое ионное напыление наиболее широко используется в покрытии корпусов мобильных телефонов, способное производить высокотвердые керамические покрытия и металлокерамические покрытия.

3. Эксплуатационные характеристики и сценарии применения

Комплексные характеристики ионного напыления являются наиболее выдающимися: слой покрытия обладает чрезвычайно высокой адгезией, намного превосходящей адгезию испарительного и распылительного напыления, и может выдерживать более 2000 испытаний на износ; слой покрытия обладает хорошей плотностью, высокой твердостью и выдающейся устойчивостью к царапинам и коррозии; он может одновременно достигать декоративных и функциональных эффектов, представляя деликатную металлическую текстуру и матовый эффект, а также обладая функциями защиты от отпечатков пальцев и масляных пятен; он обладает высокой адаптируемостью к подложке и может использоваться для корпусов мобильных телефонов, изготовленных из ПК, ТПУ, стекла, металла и т. д.

Единственным недостатком является чрезвычайно высокая стоимость оборудования. Цена одного оборудования для ионного напыления обычно составляет несколько миллионов юаней, а эффективность производства немного ниже, чем при испарительном напылении, что приводит к более высоким затратам на продукцию.

Основываясь на этих характеристиках, ионное напыление в основном применяется к корпусам мобильных телефонов высокого класса, таким как чехлы для сотрудничества с роскошными брендами, профессиональные противоударные чехлы и бизнес-чехлы высокого класса. Цены на продукты обычно превышают 200 юаней и обычно встречаются в высококлассных аксессуарах для флагманских моделей Samsung и Apple, а также в высококлассных функциональных продуктах «противоударных военного класса» и «сверхизносостойких».

Четыре. Тенденции технического развития и предложения по покупке для потребителей

1. Тенденции технического развития

Поскольку требования потребителей к производительности и внешнему виду корпусов мобильных телефонов продолжают расти, технология вакуумного напыления развивается в трех направлениях: «многофункциональный композит», «низкая стоимость - высокая производительность» и «защита окружающей среды».

В аспекте многофункционального композита будущая технология вакуумного напыления будет чаще использовать методы «комбинации нескольких материалов мишеней» и «осаждения многослойной пленки», такие как композитный процесс ионного напыления + магнитного распыления, который может обеспечить сверхизносостойкость, а также предоставить богатые декоративные эффекты; в то же время функции защиты от отпечатков пальцев, масляных пятен и антибактериальные функции будут дополнительно интегрированы для удовлетворения разнообразных потребностей потребителей.

С точки зрения низкой стоимости и высокой производительности, цена оборудования для магнитного распыления постепенно снижается, и некоторые производители среднего и низкого ценового сегмента начали внедрять упрощенное оборудование, делая цены на чехлы для мобильных телефонов с высокими характеристиками более доступными; в то же время технология испарительного напыления оптимизирует процесс предварительной обработки и структуру пленочного слоя, постепенно улучшая износостойкость.

С точки зрения защиты окружающей среды, материалы покрытия развиваются в направлении отсутствия хрома и тяжелых металлов, снижая загрязнение окружающей среды; в то же время энергопотребление в процессе вакуумного напыления постоянно снижается, и некоторое оборудование использует энергосберегающие вакуумные насосы и источники нагрева для повышения эффективности использования энергии.

2. Предложения по покупке для потребителей

При покупке чехлов для мобильных телефонов обычные потребители могут выбирать в соответствии со своими потребностями и бюджетом, сочетая характеристики трех технологий напыления:

Если вы ориентируетесь на внешний вид и бюджет ограничен, стремясь к экономической эффективности, выбирайте чехлы для мобильных телефонов с вакуумным испарительным напылением. Эти продукты имеют богатый внешний вид и низкие цены, подходят для повседневного использования;

Если вы ориентируетесь на практичность, нуждаетесь в функциях защиты от царапин и износостойкости и имеете средний бюджет, рекомендуется выбирать чехлы для мобильных телефонов с магнитным распылением. Эти продукты имеют сбалансированные характеристики и могут удовлетворить потребности большинства людей в повседневном использовании, являясь основным выбором на рынке;

Если вы стремитесь к максимальной производительности, нуждаетесь в сверхизносостойкости, защите от падений и текстуре высокого класса и имеете достаточный бюджет, вы можете выбрать чехлы для мобильных телефонов с технологией ионного напыления. Эти продукты обычно помечают «противоударные военного класса» и «сверхизносостойкие» в качестве преимуществ, подходящих для пользователей с высокими требованиями к защите мобильного телефона.

Кроме того, при покупке вы также можете оценить качество пленочного слоя с помощью простых тестов: используйте ноготь, чтобы поцарапать поверхность, отсутствие царапин указывает на хорошую твердость; капните каплю воды на поверхность, чем больше угол капли воды, тем лучше эффект защиты от отпечатков пальцев; проверьте описание продукта, чтобы понять тип процесса напыления и данные испытаний на износостойкость, что также может помочь сделать более точный выбор.

Заключение Три технологии - вакуумное испарительное напыление, магнетронное распыление и ионное напыление - соответственно удовлетворяют потребности рынка чехлов для мобильных телефонов низкого, среднего и высокого класса, совместно формируя техническую систему вакуумного напыления для чехлов для мобильных телефонов. С принципиальной точки зрения, все три достигают осаждения пленки в условиях высокого вакуума, но благодаря различным методам передачи энергии они сформировали значительно разные пленочные слои; с точки зрения применения, они охватывают весь ценовой диапазон от нескольких десятков юаней до нескольких сотен юаней, удовлетворяя разнообразные потребности потребителей в отношении внешнего вида, производительности и цены.
С непрерывным развитием технологий технология вакуумного напыления будет применяться все шире в области чехлов для мобильных телефонов. В будущем чехлы для мобильных телефонов будут обладать более высокими характеристиками, более разнообразным внешним видом и более доступными ценами. Для потребителей понимание характеристик различных технологий напыления может помочь нам сделать более рациональный выбор продуктов; для отрасли непрерывные технологические инновации и модернизация будут направлять рынок аксессуаров для чехлов для мобильных телефонов в более качественное и разнообразное направление.