"Công nghệ phim vô hình" trên kính: Khám phá công nghệ đen phủ chân không vật lý của tròng kính và gọng kính

Khi bạn đeo kính hợp kim titan nhẹ và thoải mái, cho phép bạn nhìn rõ trong ánh sáng mạnh mà không gây mỏi mắt, và gọng kính vẫn sáng bóng và mới ngay cả sau thời gian dài sử dụng, và làn da của bạn không có phản ứng dị ứng, tất cả những điều này không thể tách rời khỏi một công nghệ then chốt - Phủ lắng đọng chân không vật lý (PVD). Là quy trình xử lý bề mặt cốt lõi trong sản xuất kính mắt hiện đại, công nghệ PVD đồng thời tăng cường cả tròng kính và gọng kính: mang lại cho tròng kính các chức năng thiết thực như chống ánh sáng xanh và chống phản xạ, đồng thời tạo ra một kết cấu bề mặt bền, đẹp và thân thiện với da cho gọng kính. Lớp "màng vô hình" có vẻ không đáng kể này đã trở thành sự hỗ trợ cốt lõi để cải thiện trải nghiệm đeo kính. Hôm nay, chúng ta sẽ khám phá đầy đủ công nghệ PVD đằng sau tròng kính và gọng kính.

Để hiểu về công nghệ phủ chân không vật lý trong lĩnh vực kính mắt, trước tiên phải làm rõ định nghĩa cốt lõi của nó: Trong môi trường chân không cao, thông qua các phương pháp vật lý như phun từ và bay hơi, các vật liệu phủ như kim loại, gốm và hợp chất được chuyển đổi thành trạng thái nguyên tử và ion, sau đó lắng đọng trên bề mặt tròng kính hoặc gọng kính để tạo thành các lớp màng siêu mỏng. Công nghệ này được viết tắt là PVD (Phủ lắng đọng hơi vật lý) trong tiếng Anh. So với mạ điện và phủ hóa học truyền thống, ưu điểm lớn nhất của nó nằm ở tính đồng nhất và mật độ của lớp màng, độ bám dính mạnh, thân thiện với môi trường và không gây ô nhiễm (không phát thải kim loại nặng), và khả năng kiểm soát chính xác độ dày và thành phần của lớp màng, đáp ứng hoàn hảo các yêu cầu nghiêm ngặt của kính mắt về độ chính xác, an toàn và độ bền. Cho dù đó là lớp phủ chức năng trên tròng kính hay lớp phủ trang trí và bảo vệ trên gọng kính, công nghệ PVD có thể đạt được hiệu ứng "may đo".

Trước tiên, hãy xem xét lớp phủ chân không vật lý của gọng kính - giá trị cốt lõi của nó nằm ở "nâng cấp thẩm mỹ + bảo vệ chức năng", và nó được ứng dụng rộng rãi trong các vật liệu chủ đạo như hợp kim titan và thép không gỉ. Gọng kính, là một thành phần tiếp xúc trực tiếp với da và tiếp xúc với môi trường bên ngoài trong thời gian dài, có yêu cầu cực kỳ cao về khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn và các đặc tính thân thiện với da của lớp phủ. Và công nghệ PVD đáp ứng chính xác những yêu cầu này. Nguyên tắc cốt lõi của lớp phủ PVD trên gọng kính là điều chỉnh sự kết hợp của vật liệu đích và khí phản ứng để tạo thành các lớp màng thành phần khác nhau trên bề mặt gọng kính, từ đó đạt được nhiều màu sắc và chức năng bảo vệ khác nhau. Ví dụ, đối với gọng kính hợp kim titan thông thường, vật liệu nền có màu xám nhạt. Thông qua lớp phủ PVD, nó có thể được biến đổi thành nhiều màu thời trang khác nhau như vàng hồng, vàng champagne và đen mờ, đồng thời tạo thành một lớp màng bảo vệ cứng chống lại sự ăn mòn của mồ hôi và mỹ phẩm.

Các loại phủ PVD phổ biến cho gọng kính có thể được phân loại thành hai loại: lớp trang trí và lớp chức năng. Các lớp trang trí là cốt lõi để tăng cường vẻ ngoài của gọng kính. Chúng đạt được thông qua quá trình phun từ: hiệu ứng vàng hồng được tạo ra bằng cách kết hợp một đích titan với nitơ và một lượng nhỏ metan để tạo thành một lớp cacbon nitrua (TiCN); vàng champagne được chuẩn bị bằng cách điều chỉnh tỷ lệ nitơ và argon, tạo ra một lớp titan nitrua (TiN) có màu nhẹ nhàng hơn; đen mờ là một lớp cacbonitrua (TiC) được hình thành bởi phản ứng của nồng độ metan cao với đích titan, kết hợp với xử lý trước phun cát của vật liệu nền để đạt được kết cấu mờ. Độ dày của các lớp này thường từ 2 đến 5 micromet, chỉ bằng một phần mười đường kính của một sợi tóc, nhưng chúng có thể mang lại cho gọng hợp kim thông thường kết cấu của kim loại quý cao cấp. Các lớp chức năng tập trung vào các nhu cầu thực tế. Ví dụ, lớp cacbon giống kim cương (DLC) được chuẩn bị thông qua quá trình mạ ion hồ quang, với độ cứng trên HV2000, có thể làm cho bề mặt gọng kính chống mài mòn và chống trầy xước, và thậm chí sau khi ma sát lâu dài, nó khó có thể tạo ra các vết xước; lớp chống vân tay được phủ một hợp chất fluorocarbon đặc biệt, làm cho dấu vân tay khó bám dính và làm cho việc vệ sinh thuận tiện hơn.

Không giống như gọng kính tập trung vào các chức năng "trang trí và bảo vệ", cốt lõi của lớp phủ chân không vật lý của tròng kính là "tối ưu hóa chức năng quang học", nhằm tăng cường độ rõ nét của thị giác và bảo vệ sức khỏe của mắt. Là một môi trường để khúc xạ ánh sáng, độ phản xạ bề mặt, độ truyền ánh sáng và khả năng chống bám bẩn của tròng kính ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm thị giác. Và công nghệ PVD có thể giải quyết các vấn đề quang học này bằng cách xếp chồng nhiều lớp màng chức năng khác nhau. Lớp phủ PVD của tròng kính thường áp dụng cấu trúc xếp chồng nhiều lớp, với mỗi lớp màng mang các chức năng khác nhau. Các lớp thường thấy bao gồm màng chống phản xạ, màng chống ánh sáng xanh, màng chống mài mòn, màng kỵ nước và chống bám bẩn, v.v. Tổng độ dày của các lớp màng này chỉ vài trăm nanomet, nhưng chúng có thể đạt được hiệu ứng quang học "1 + 1 > 2".

Lớp phủ chống phản xạ là lớp PVD (Phủ lắng đọng hơi vật lý) cơ bản và quan trọng nhất của tròng kính, và nó được trang bị trên hầu hết tất cả các tròng kính quang học. Chúng ta biết rằng khi ánh sáng chiếu vào bề mặt của tròng kính, nó sẽ tạo ra sự phản xạ, không chỉ làm giảm độ truyền ánh sáng và gây ra tầm nhìn mờ, mà còn tạo ra ánh sáng chói (chẳng hạn như ánh sáng chói trong khi lái xe vào ban đêm). Lớp phủ chống phản xạ lắng đọng nhiều lớp màng điện môi như oxit silic và oxit titan thông qua quá trình phun từ, và sử dụng nguyên tắc "giao thoa màng" để triệt tiêu sự phản xạ của ánh sáng: khi độ dày lớp màng bằng một phần tư bước sóng của ánh sáng tới, ánh sáng phản xạ sẽ triệt tiêu lẫn nhau, do đó cải thiện đáng kể độ truyền ánh sáng. Độ truyền ánh sáng của tròng kính không tráng phủ là khoảng 91%, trong khi sau khi phủ PVD chống phản xạ nhiều lớp, độ truyền ánh sáng có thể tăng lên hơn 98%, giúp tầm nhìn rõ ràng và sáng hơn. Lớp phủ chống ánh sáng xanh là một lớp chức năng được phát triển để đáp ứng nhu cầu của những người hiện đại sử dụng thiết bị điện tử trong thời gian dài. Bằng cách thêm các oxit kim loại đặc biệt (chẳng hạn như oxit niobi) vào lớp màng và sử dụng quy trình PVD để kiểm soát chính xác cấu trúc lớp màng, nó có thể hấp thụ chọn lọc ánh sáng xanh có hại trong khoảng 400-450 nanomet, đồng thời đảm bảo sự truyền ánh sáng khả kiến bình thường và giảm kích thích của ánh sáng xanh đối với mắt, giảm mỏi mắt.

Ngoài lớp phủ chức năng quang học, lớp phủ chống mài mòn và lớp phủ chống bám bẩn kỵ nước của tròng kính cũng dựa vào sự hỗ trợ của công nghệ PVD. Mặc dù tròng kính nhựa nhẹ và chống va đập, nhưng độ cứng bề mặt của chúng tương đối thấp, khiến chúng dễ bị trầy xước và ảnh hưởng đến độ truyền ánh sáng. Lớp phủ chống mài mòn được lắng đọng với một lớp màng oxit silic hoặc oxit nhôm thông qua quy trình PVD, làm tăng độ cứng bề mặt của tròng kính từ mức HB lên trên mức H. Ngay cả khi lau hàng ngày, nó khó có thể gây ra các vết xước. Lớp phủ chống bám bẩn kỵ nước là "lớp bảo vệ hàng đầu" của tròng kính. Nó được lắng đọng với một lớp màng hợp chất chứa flo thông qua phun từ, làm cho bề mặt của tròng kính thể hiện các đặc tính siêu kỵ nước, với góc tiếp xúc lớn hơn 110 độ. Các giọt nước rơi trên tròng kính sẽ tự động lăn ra, và đồng thời, nó có thể chống lại sự bám dính của dầu, bụi và đạt được các hiệu ứng "dễ lau chùi, chống sương mù và chống vân tay". Các lớp phủ chức năng này được xếp chồng chính xác thông qua quy trình PVD, làm cho tròng kính vừa trong suốt vừa bền, đồng thời bảo vệ sức khỏe của mắt.

Điều đáng chú ý là mặc dù các quy trình phủ PVD cho tròng kính và gọng kính có cùng nguồn gốc, nhưng do các đặc tính vật liệu khác nhau, có những khác biệt đáng kể trong các chi tiết quy trình. Vật liệu nền gọng kính chủ yếu là kim loại (titan, thép không gỉ, hợp kim nhôm), và trước khi phủ, cần phải làm sạch plasma để loại bỏ dầu và lớp oxit trên bề mặt để tăng cường độ bám dính của lớp phủ; trong khi vật liệu nền tròng kính chủ yếu là nhựa hoặc thủy tinh, dễ vỡ hơn. Trong quá trình phủ, nhiệt độ khoang cần được kiểm soát chặt chẽ (thường dưới 100°C) để tránh biến dạng tròng kính. Về lựa chọn quy trình, lớp phủ trang trí cho gọng kính chủ yếu sử dụng phun từ để đảm bảo các lớp phủ đồng đều và mịn; trong khi lớp phủ chức năng cho tròng kính chủ yếu áp dụng phun từ đa đích, có thể xếp chồng chính xác nhiều lớp thành phần khác nhau. Ngoài ra, các tiêu chuẩn phát hiện cho các lớp phủ của hai loại cũng khác nhau: lớp phủ trên gọng kính tập trung vào khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn và độ đồng nhất màu sắc, và cần phải vượt qua các bài kiểm tra phun muối, kiểm tra ma sát, v.v.; lớp phủ trên tròng kính tập trung vào hiệu suất quang học và cần phải kiểm tra các chỉ số quang học như độ truyền ánh sáng, độ phản xạ và tỷ lệ chặn ánh sáng xanh.

Công nghệ phủ chân không vật lý không chỉ tăng cường hiệu suất và vẻ ngoài của kính, mà còn thúc đẩy sự phát triển xanh của ngành công nghiệp kính mắt. Quá trình mạ điện truyền thống để sản xuất gọng kính tạo ra nước thải có chứa kim loại nặng, gây ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, quá trình PVD được thực hiện hoàn toàn trong môi trường chân không cao, không cần chất điện phân hóa học, dẫn đến không phát thải kim loại nặng và không gây ô nhiễm, phù hợp với xu hướng bảo vệ môi trường toàn cầu. Đối với tròng kính, so với lớp phủ hóa học truyền thống, lớp phủ PVD có lớp màng đồng đều hơn, độ bám dính mạnh hơn, tuổi thọ dài hơn và giảm nhu cầu thay thế tròng kính do lớp phủ bị bong ra, gián tiếp giảm tiêu thụ tài nguyên. Ngày nay, lớp phủ PVD đã trở thành một công nghệ tiêu chuẩn cho kính mắt tầm trung đến cao cấp. Cho dù đó là gọng kính hợp kim titan có giá hàng nghìn nhân dân tệ hay tròng kính có chức năng chống ánh sáng xanh, tất cả đều dựa vào công nghệ đen này để hỗ trợ.

Từ màu sắc thời trang của gọng kính đến tầm nhìn rõ ràng của tròng kính, công nghệ phủ lắng đọng chân không vật lý, với kỹ thuật vi mô chính xác của nó, đã định nghĩa lại trải nghiệm đeo kính. "Màng công nghệ vô hình" này có vẻ không đáng kể, nhưng nó thể hiện sự tích hợp và đổi mới của khoa học vật liệu và công nghệ quang học. Nó không chỉ đáp ứng sự theo đuổi của mọi người về tính thẩm mỹ của kính, mà còn bảo vệ sức khỏe của mắt. Khi chúng ta đeo kính vào lần tới, chúng ta có thể chú ý: ánh sáng ấm áp của gọng kính và độ trong suốt rõ ràng của tròng kính đều là "sự ấm áp công nghệ" do công nghệ PVD ban tặng. Với sự tiến bộ liên tục của công nghệ, lớp phủ PVD trong tương lai cho kính sẽ đạt được sự tùy chỉnh chức năng chính xác hơn, chẳng hạn như lớp phủ thông minh cảm biến ánh sáng thích ứng và các lớp màng composite nhiều lớp mỏng hơn, làm cho kính không chỉ là công cụ để điều chỉnh thị lực, mà còn là những tác phẩm nghệ thuật có thể đeo được kết hợp sức khỏe, thời trang và công nghệ.