สามารถเคลือบ PVD บนไม้ได้หรือไม่? ความท้าทายและแนวทางแก้ไข
1. ความเป็นไปได้ในการเคลือบ PVD บนไม้
Physical Vapor Deposition (PVD) – กระบวนการที่ทำให้เกิดการสะสมของฟิล์มบาง (เช่น โลหะ เซรามิก ไนไตรด์) บนพื้นผิวโดยการระเหยหรือการสปัตเตอร์แบบสูญญากาศ – สามารถนำไปใช้กับไม้ได้ แต่ไม่ใช่โดยตรง. คุณสมบัติโดยธรรมชาติของไม้ (รูพรุน ความไวต่อความชื้น ความไม่เสถียรทางความร้อน) ต้องมีการปรับสภาพเบื้องต้นและการปรับกระบวนการเพื่อให้แน่ใจว่าการยึดเกาะของสารเคลือบ ความสม่ำเสมอ และความทนทาน ซึ่งแตกต่างจากโลหะหรือเซรามิก (พื้นผิว PVD แบบดั้งเดิม) ไม้ต้องมีการปรับเปลี่ยนเพื่อให้ทำหน้าที่เป็นฐานที่มั่นคงสำหรับฟิล์ม PVD
2. ความท้าทายหลักของการเคลือบ PVD บนไม้
ลักษณะเฉพาะของไม้สร้างอุปสรรคที่ไม่เหมือนใครสำหรับ PVD ซึ่งอาศัยพื้นผิวที่เรียบ มั่นคง และมีรูพรุนต่ำ ความท้าทายหลักคือ:
2.1 รูพรุนสูงของไม้
ไม้ประกอบด้วยรูพรุนขนาดเล็ก (ท่อลำเลียง หลอดเลือด) ที่ดักจับอากาศและป้องกันการสะสมของฟิล์มที่ไม่สม่ำเสมอ หากไม่มีการรักษา:
- ฟิล์ม PVD ไม่สามารถคลุมพื้นผิวได้ทั้งหมด ทำให้เกิด "รูเข็ม" หรือการปกคลุมที่ไม่สม่ำเสมอ
- การยึดเกาะอ่อนแอ เนื่องจากฟิล์มไม่สามารถยึดติดกับพื้นผิวที่มีรูพรุนและไม่เรียบได้
2.2 ความผันผวนของปริมาณความชื้น
ไม้ดูดซับ/ปล่อยความชื้นตามความชื้น และ PVD ต้องการพื้นผิวที่แห้งและมั่นคง (ความชื้น >12% ทำให้เกิดปัญหา):
- ความชื้นจะระเหยในห้องสูญญากาศ PVD ทำให้เกิดฟองในฟิล์ม
- การเปลี่ยนแปลงความชื้นหลังการเคลือบทำให้ไม้ขยาย/หดตัว ทำให้ฟิล์มแตกร้าวหรือลอก
2.3 พื้นผิวไม่เรียบ
ไม้ดิบมีพื้นผิวที่ขรุขระ (ลายไม้ ปม) ซึ่งรบกวนการสะสมของ PVD ในแนวสายตา:
- ฟิล์มหนาและไม่สม่ำเสมอจะก่อตัวบนพื้นที่ยกตัวขึ้น (เช่น ลายไม้) ในขณะที่พื้นที่เว้าจะได้รับการเคลือบเพียงเล็กน้อย
- พื้นผิวสุดท้ายขาดความเรียบเนียนและสม่ำเสมอตามแบบฉบับของโลหะเคลือบ PVD
2.4 การไม่ตรงกันของการขยายตัวทางความร้อน
กระบวนการ PVD เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิปานกลาง (100–300°C สำหรับบางเทคนิค) และไม้มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่สูงกว่าฟิล์ม PVD มาก (เช่น ฟิล์มโลหะ):
- ความร้อนในระหว่างการสะสมทำให้ไม้ขยายตัวชั่วคราว การระบายความร้อนทำให้เกิดการหดตัว ทำให้ฟิล์มเครียด
- วงจรความร้อนในระยะยาว (เช่น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสิ่งแวดล้อม) ทำให้ความเครียดของฟิล์มแย่ลง ทำให้เกิดการหลุดลอก
3. แนวทางแก้ไขทางเทคนิคเพื่อเอาชนะความท้าทาย
เพื่อให้การเคลือบ PVD บนไม้เป็นไปได้ จะต้องมีกระบวนการปรับสภาพเบื้องต้นหลายขั้นตอนและพารามิเตอร์ PVD ที่เหมาะสม:
3.1 การปิดผนึกรูพรุนและการปรับพื้นผิวให้เรียบ
- การปิดผนึกด้วยไพรเมอร์: ใช้ไพรเมอร์ที่มีความหนืดต่ำและเข้ากันได้กับไม้ (เช่น เรซินอีพ็อกซี สารเคลือบเงาชนิดอะคริลิก) เพื่อเติมรูพรุน ไพรเมอร์จะแข็งตัวเพื่อสร้างฐานที่เรียบและไม่มีรูพรุนซึ่งฟิล์ม PVD สามารถยึดติดได้
- การขัดและการปรับระดับ: หลังจากรองพื้นแล้ว ให้ขัดพื้นผิวด้วยกระดาษทรายละเอียด (400–800 กรวด) เพื่อกำจัดลายไม้ที่ยกขึ้นโดยไพรเมอร์ สำหรับการใช้งานที่มีความแม่นยำสูง ให้ใช้สีโป๊วไม้เพื่อเติมปมหรือข้อบกพร่องก่อนการรองพื้น
3.2 การควบคุมความชื้น
- การอบแห้งล่วงหน้า: อบไม้ให้มีความชื้น 6–10% (โดยการอบแห้งในเตาอบหรือการอบแห้งด้วยอากาศ) ก่อนการปรับสภาพเบื้องต้น ซึ่งตรงกับปริมาณความชื้นสมดุล (EMC) ของสภาพแวดล้อมการใช้งาน (เช่น เฟอร์นิเจอร์ในร่ม: 8–12%)
- สารเคลือบกันความชื้น: หลังจากอบแห้งแล้ว ให้ใช้สารเคลือบกันความชื้นบางๆ (เช่น สารเคลือบโพลียูรีเทนหรือซิลิโคน) เพื่อป้องกันการดูดซับความชื้นหลังการบำบัด สิ่งกีดขวางนี้ต้องเข้ากันได้กับไพรเมอร์และฟิล์ม PVD (ไม่มีปฏิกิริยาเคมีในห้องสูญญากาศ)
3.3 กระบวนการ PVD อุณหภูมิต่ำ
- ปรับอุณหภูมิกระบวนการ: ใช้เทคนิค PVD อุณหภูมิต่ำ (เช่น การสปัตเตอร์ RF, การสปัตเตอร์แมกนีตรอน DC แบบพัลส์) ที่ทำงานที่ <150°C ซึ่งช่วยลดการขยายตัวของไม้และหลีกเลี่ยงความเสียหายจากความร้อน (เช่น การบิดงอ การเปลี่ยนสี)
- การสปัตเตอร์เป้าหมายเย็น: สำหรับฟิล์มโลหะ (เช่น อะลูมิเนียม ไทเทเนียม) ให้ใช้เป้าหมายการสปัตเตอร์เย็นเพื่อลดการถ่ายเทความร้อนไปยังพื้นผิวไม้
3.4 การเพิ่มประสิทธิภาพการยึดเกาะ
- การสะสมชั้นกลาง: สะสม "ชั้นยึดเกาะ" บางๆ (เช่น โครเมียม ไทเทเนียม หรือออกไซด์เซรามิก) ระหว่างไพรเมอร์และฟิล์ม PVD ด้านบน ชั้นเหล่านี้มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระดับกลาง ลดความเครียดระหว่างไม้และฟิล์มด้านบน
- การเปิดใช้งานพลาสมา: ก่อน PVD ให้รักษาพื้นผิวไม้ที่รองพื้นด้วยพลาสมาแรงดันต่ำ (เช่น พลาสมาออกซิเจนหรืออาร์กอน) ซึ่งจะทำความสะอาดพื้นผิว กำจัดสิ่งปนเปื้อนที่ตกค้าง และเพิ่มพลังงานพื้นผิว – ปรับปรุงการยึดเกาะของฟิล์ม
3.5 อุปกรณ์ PVD ที่แนะนำสำหรับการเคลือบเฟอร์นิเจอร์ไม้
เน้นที่ระบบอุณหภูมิต่ำและขนาดที่เหมาะสม (สำหรับตู้ โต๊ะ ฯลฯ):
- ชิ้นส่วนขนาดเล็ก (เช่น ที่จับตู้): ระบบสปัตเตอร์ RF เดสก์ท็อป (เช่น Kurt J. Lesker PVD75) – ห้องสูญญากาศขนาดกะทัดรัด, <150°C การทำงาน เหมาะสำหรับการประมวลผลแบบแบทช์สำหรับส่วนประกอบไม้ขนาดเล็ก
- ชิ้นส่วนขนาดใหญ่ (เช่น ประตูตู้ โต๊ะ): ห้องสปัตเตอร์แมกนีตรอน DC แบบพัลส์ขนาดกลาง (เช่น Teer Coatings UDP650) – ห้องขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 650 มม. เป้าหมายเย็นที่ปรับได้ เข้ากันได้กับแผงไม้แบน/ขนาดใหญ่
4. การใช้งานจริง
ด้วยวิธีแก้ปัญหาข้างต้น ไม้เคลือบ PVD ถูกนำมาใช้ในการใช้งานที่มีมูลค่าสูงเฉพาะกลุ่ม:
- เฟอร์นิเจอร์ตกแต่ง: ฟิล์ม PVD (เช่น ทอง ทองสัมฤทธิ์ หรือไทเทเนียมสีดำ) เพิ่มผิวโลหะสุดหรูให้กับเฟอร์นิเจอร์ไม้ (เช่น ประตูตู้ โต๊ะ) โดยไม่มีน้ำหนักของโลหะแข็ง
- ขอบสถาปัตยกรรม: ไม้หล่อหรือแผงผนังเคลือบ PVD ให้ความทนทาน (รอยขีดข่วน ทนต่อการกัดกร่อน) และความสวยงามสำหรับภายในระดับไฮเอนด์
- อุปกรณ์เสริมอิเล็กทรอนิกส์: ส่วนประกอบไม้ขนาดเล็ก (เช่น เคสโทรศัพท์ ตัวเรือนหูฟัง) ใช้การเคลือบ PVD เพื่อป้องกันรอยขีดข่วนและรูปลักษณ์ระดับพรีเมียม
>
>
