Lớp phủ chân không của cốc gốm là một quá trình trong đó các mục tiêu kim loại hoặc hợp chất được lắng đọng trên bề mặt của thân cốc thông qua công nghệ lắng đọng hơi (PVD) trong môi trường chân không, tạo thành các lớp phim trang trí (như ánh sáng kim loại, màu gradient) hoặc chức năng (như chống mòn, chống nước).Nó chủ yếu được sử dụng để tăng cường ngoại hình kết cấu và độ bền của cốcCác quy trình phổ biến bao gồm phun magnetron và lớp phủ bay hơi chân không.
I. Yêu cầu chính: Xử lý trước các chất nền gốm
Vật liệu gốm là vật liệu phi kim loại có bề mặt mịn và ổn định hóa học mạnh.
Làm sạch và loại bỏ các tạp chất
Đầu tiên, sử dụng vệ sinh siêu âm để loại bỏ vết dầu, bụi và bột gốm còn lại trên bề mặt của thân cốc.khô và sau đó đặt trong buồng chân không để tránh các tạp chất ảnh hưởng đến độ bám của lớp phim.
Tích hoạt huyết tương
Thêm khí argon vào buồng chân không và bật nguồn ion để tạo ra plasma.Tăng độ thô bề mặt (tạo ra một "hiệu ứng neo"), và đồng thời loại bỏ lớp oxit bề mặt, kích hoạt bề mặt chất nền và đặt nền tảng cho lớp phủ tiếp theo.
Sự lắng đọng lớp chuyển tiếp (không cần thiết)
Đối với các kịch bản đòi hỏi độ dính cao, một lớp chuyển tiếp kim loại (chẳng hạn như titan hoặc crôm) được lắng đọng đầu tiên.Bằng cách tận dụng liên kết hóa học giữa lớp chuyển tiếp và gốm, một "cầu" được xây dựng giữa nền gốm và lớp phim chức năng để ngăn chặn lớp phim rơi ra.
II. Nguyên tắc làm việc của hai quy trình sơn chính
Bọc bốc hơi chân không (thích hợp cho các tấm kim loại trang trí, với chi phí tương đối thấp)
Quá trình này bao gồm làm nóng vật liệu mục tiêu để bốc hơi nó thành các nguyên tử khí, sau đó ngưng tụ thành một bộ phim trên bề mặt gốm nhiệt độ thấp.Nó thường được sử dụng để chuẩn bị các lớp phim bóng kim loại như vàng và bạc.
- Máy hút bụi:Khởi động hệ thống chân không và giải phóng độ chân không của khoang đến mức yêu cầu 10 - 3 đến 10 - 4 Pa,giảm sự can thiệp va chạm của các phân tử khí trên các nguyên tử bay hơi và đảm bảo một lớp phim đồng nhất và dày đặc.
- Khả năng bốc hơi nhiệt vật liệu mục tiêu:Các mục tiêu kim loại như nhôm, vàng và đồng được đặt trong một nguồn bay hơi (nguồn bay hơi kháng hoặc nguồn bay hơi tia điện tử).Nguồn bốc hơi chùm electron có thể tập trung nhiệt chính xác, nhanh chóng nâng nhiệt độ của vật liệu mục tiêu đến điểm sôi và bốc hơi nó thành hơi nguyên tử kim loại tinh khiết cao.
- Lấy phim:Các cốc gốm được kẹp vào một cái cầm đồ làm việc xoay cả trên và xung quanh mặt trời.khi chạm vào bề mặt của cốc nhiệt độ thấpĐộ dày của lớp phim có thể được điều chỉnh (thường là 0,1 đến 1μm) bằng cách kiểm soát thời gian lắng đọng.
Sau khi lớp phủ được hoàn thành,tắt nguồn bay hơi và duy trì môi trường chân không để làm mát đến nhiệt độ phòng để ngăn ngừa vết nứt căng thẳng của lớp lớp phủ do sự khác biệt nhiệt độ quá caoCuối cùng, đưa khí trơ vào khoang để giảm áp lực và loại bỏ mảnh làm việc.
2. Magnetron sputtering plating (thích hợp cho các bộ phim chức năng kết hợp và chống mòn cao, có hiệu suất vượt trội)
Quá trình này sử dụng huyết tương để ném bom vào vật liệu mục tiêu, khiến các nguyên tử vật liệu mục tiêu bị phun ra và lắng đọng trên bề mặt cốc.Sự dính và chống mòn của lớp phim vượt xa so với các lớp phủ bốc hơi, và nó có thể chuẩn bị các lớp phim tổng hợp như titanium nitride (vàng) và titanium carbide (đen).
- Sản xuất chân không và plasma:Bỏ ra ở áp suất từ 10 - 2 đến 10 - 3 Pa, khí argon được đưa vào và một trường điện cao áp dụng.
- Chế độ phun tăng cường trong trường từ:Một nam châm được lắp đặt trên mặt sau của vật liệu mục tiêu để tạo ra một từ trường.tăng khả năng va chạm với các phân tử argon, tạo ra nhiều ion argon hơn và cải thiện đáng kể hiệu quả phun.
- Chế độ phun và lắng đọng nguyên tử vật liệu mục tiêu:Các ion argon năng lượng cao ném bom bề mặt của vật liệu mục tiêu, và các nguyên tử vật liệu mục tiêu được "đánh ra" thông qua chuyển động động lực (quá trình phun).Các nguyên tử phun bay về phía bề mặt của cốc gốm trong môi trường chân không và lắng đọng để tạo thành một lớp phim dày đặcNếu các khí phản ứng như nitơ và methane được đưa vào, chúng cũng có thể phản ứng với các nguyên tử phun để tạo thành các lớp phim chức năng của các hợp chất như titanium nitride và titanium carbide.
- Sau khi xử lý (không cần thiết):Một số quy trình sẽ trải qua quá trình ủ ở nhiệt độ thấp sau khi sơn để tăng cường hơn nữa độ dính giữa lớp phim và chất nền và tăng độ cứng của lớp phim.
Iii. Đặc điểm quy trình và lợi thế ứng dụng
- Lớp phim có hiệu suất tuyệt vời:Lớp phim được hình thành bởi lớp phủ chân không đồng đều và dày đặc, không có khiếm khuyết như lỏng và vỏ cam.ăn mòn axit và kiềm, làm cho nó phù hợp với việc sử dụng hàng ngày.
- Không ô nhiễm môi trường:Không có khí thải các dung môi hữu cơ hoặc kim loại nặng trong suốt quá trình. so với các quy trình phun truyền thống, nó phù hợp hơn với các tiêu chuẩn sản xuất xanh.
- Hiệu ứng trang trí mạnh mẽ:Nó có thể đạt được các hiệu ứng ngoại hình khác nhau như bóng kim loại, màu sắc gradient và mờ, đáp ứng nhu cầu tùy chỉnh cá nhân.Nó được sử dụng rộng rãi trong xử lý bề mặt của ly gốm cao cấp và cốc quà tặng văn hóa và sáng tạo.
Các khiếm khuyết phổ biến và các giải pháp của lớp phủ chân không trên chén gốm
1. Lớp phim lột / làm mỏng
Các biểu hiện điển hình:Lớp phim rơi ra thành những mảnh lớn trong quá trình thử nghiệm băng sau khi phủ, hoặc các khu vực lớn tróc ra sau khi va chạm và va chạm hàng ngày.
- Bề mặt gốm không được làm sạch kỹ lưỡng, để lại những tạp chất như vết dầu và bụi.
- Không có điều trị kích hoạt plasma, năng lượng bề mặt của chất nền thấp, khiến lớp phim khó dính.
- Không có lớp chuyển tiếp lắng đọng, và thiếu một "cầu" liên kết giữa lớp gốm và lớp phim chức năng.
- Nếu tốc độ làm mát sau khi sơn quá nhanh, căng thẳng đáng kể sẽ được tạo ra bên trong lớp sơn, dẫn đến nứt và lột.
Các giải pháp có mục tiêu
- Mở thời gian làm sạch siêu âm đến 15 đến 20 phút.rửa sạch bằng nước khử ion và sau đó làm khô ly trong lò nướng ở nhiệt độ 80 đến 100 độ C để loại bỏ hoàn toàn các tạp chất bề mặt.
- Mở thời gian kích hoạt plasma lên 5 đến 10 phút, tăng hiệu suất bắn ion phù hợp,và tăng độ thô bề mặt của gốm thông qua khắc ion năng lượng cao để tăng hoạt động bề mặt.
- Thêm quá trình lắng đọng các lớp chuyển tiếp kim loại như titan và crôm, và kiểm soát độ dày của lớp chuyển tiếp ở 50 đến 100nm.Sử dụng liên kết hóa học để tăng cường độ dính giữa phim và chất nền.
- Quá trình làm mát theo từng bước được áp dụng. Sau khi sơn hoàn thành, nó được làm mát tự nhiên đến nhiệt độ phòng trong môi trường chân không,và sau đó khí trơ được đưa vào khoang để giảm áp suất và loại bỏ nó ra khỏi lò, tránh căng thẳng nhiệt độ khác nhau.
2. Sự khác biệt màu sắc / độ sáng không đồng đều của lớp phim
Các biểu hiện điển hình:Độ sâu màu sắc của cốc trong cùng một lô khác nhau, hoặc có những đốm sáng hoặc sọc trên bề mặt của mỗi cốc, với sự khác biệt đáng kể về độ sáng.
- Tốc độ tự quay và vòng quay không đồng đều của khung mảnh làm việc dẫn đến sự khác biệt đáng kể về tốc độ lắng đọng của lớp phim ở các phần khác nhau của thân cốc.
- Mức chân không trong buồng chân không dao động, và các phân tử khí can thiệp vào quá trình lắng đọng các nguyên tử vật liệu mục tiêu, ảnh hưởng đến sự đồng nhất của lớp phim.
- Ôxy hóa hoặc sự xuất hiện của "đốt" trên bề mặt của vật liệu mục tiêu dẫn đến tốc độ phun / bay hơi không ổn định và thành phần và độ dày không đồng đều của lớp phim.
- Vị trí kẹp của thân cốc không phù hợp, và có những trở ngại trên miệng cốc, tay cầm và các bộ phận khác, tạo thành các khu vực bóng của lớp phủ.
Các giải pháp có mục tiêu
- Định chuẩn các thông số tốc độ xoay của kệ đồ làm việc,điều khiển tốc độ tự quay ở 10 đến 20r/min và tốc độ xoay ở 5 đến 10r/min để đảm bảo rằng tất cả các bộ phận của thân cốc đều đặn.
- Kiểm tra hiệu suất niêm phong của hệ thống chân không và thay thế các vòng niêm phong cũ.Chỉ bắt đầu quá trình lớp phủ sau khi mức độ chân không ổn định để tránh biến động trong mức độ chân không trong quá trình.
- Chất mục tiêu được phun trước trong 3 đến 5 phút trước khi sử dụng để loại bỏ lớp oxit bề mặt.Thường xuyên làm sạch "những khối" trên bề mặt của vật liệu mục tiêu và thay thế vật liệu mục tiêu bị mòn nặng kịp thời.
- Tối ưu hóa phương pháp kẹp của thân cốc, điều chỉnh góc của thiết bị, tránh miệng cốc và tay cầm chặn đường phủ và đảm bảo rằng thân cốc được phủ không có góc chết.
Iii. lỗ chân/đổ lỗ trong lớp phim
Các biểu hiện điển hình:Các hố mỏng hoặc lỗ được phân bố trên bề mặt của lớp phim, và các khiếm khuyết đặc biệt rõ ràng khi quan sát dưới ánh sáng.
- Các hạt tạp chất còn lại trong buồng chân không rơi xuống bề mặt của cốc trong quá trình sơn, tạo thành lỗ chân.
- Bản thân nền gốm có các khiếm khuyết như lỗ chân lông và vết nứt, và sau khi sơn, những khiếm khuyết này trực tiếp biểu hiện dưới dạng hố.
- Dầu từ máy bơm dầu chân không bị bay hơi ngược lại, và sương mù dầu đi vào khoang, gây ô nhiễm lớp phim và hình thành hố.
Các giải pháp có mục tiêu
- Hãy thường xuyên lau các bức tường bên trong của buồng chân không bằng một miếng vải không có mông.Thiết lập bộ lọc chống bụi bên trong khoang khi cần thiết.
- Kiểm soát nghiêm ngặt chất lượng các vật liệu cơ sở gốm và chọn các thân cốc không có lỗ chân lông và vết nứt.xử lý kính có thể được thực hiện đầu tiên để lấp đầy các lỗ chân lông bề mặt, và sau đó lớp phủ có thể được áp dụng.
- Thay dầu chân không được thiết kế đặc biệt cho máy bơm phân tử và kiểm tra xem van trả máy bơm dầu có bình thường không.Lắp đặt một bộ thu hút sương mù dầu để ngăn chặn dầu chân không bị bay hơi ngược vào khoang và gây ô nhiễm lớp phim.
Bốn. chống mòn kém của lớp phim
Các biểu hiện điển hình:Kết quả thử nghiệm độ cứng bút chì là dưới 3H, hoặc những vết trầy xước rõ ràng xuất hiện trên bề mặt lớp phim sau khi lau hàng ngày.
- Lớp phim quá mỏng, thường dưới 0,3μm, khiến nó khó chống lại ma sát bên ngoài.
- Sức mạnh phun magnetron quá thấp, năng lượng phun của các nguyên tử vật liệu mục tiêu là không đủ và mật độ của lớp phim kém.
- Tỷ lệ không phù hợp của khí phản ứng dẫn đến độ tinh thể thấp của lớp phim hợp chất (như titan nitride) và giảm độ chống mòn.
Các giải pháp có mục tiêu
- Mở rộng thời gian lắng đọng của lớp phủ và kiểm soát độ dày của lớp phim trong vòng 0,5 đến 1μm để đảm bảo rằng lớp phim có nền tảng chịu mòn đầy đủ.
- Điều chỉnh công suất phun lên 200-400W theo vật liệu của mục tiêu để tăng năng lượng phun nguyên tử và tăng mật độ và độ cứng của lớp phim.
- Thông qua các thí nghiệm quy trình, tỷ lệ dòng chảy của các khí phản ứng (như nitơ và oxy) được tối ưu hóa để tăng độ tinh thể của lớp phim hợp chất và cải thiện khả năng mòn của nó.
V. Sự đổi màu phim / oxy hóa
Các biểu hiện điển hình:Màu vàng hoặc màu đen xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn sau khi sơn, hoặc độ chói của lớp sơn mờ và kết cấu kim loại bị mất sau khi được lưu trữ trong một khoảng thời gian.
- Khi không khí được đưa vào quá nhanh trong quá trình giảm áp suất sau khi sơn, lớp phim nhiệt độ cao tiếp xúc với không khí và trải qua phản ứng oxy hóa.
- Lớp bảo vệ chống oxy hóa trên cùng không lắng đọng và lớp phim tiếp xúc trực tiếp với không khí, dễ bị oxy hóa và ăn mòn.
- Môi trường lưu trữ sản phẩm hoàn thành ẩm, và ăn mòn điện hóa xảy ra trên bề mặt lớp phim.
Các giải pháp có mục tiêu
- Khi áp suất, khí trơ như argon và nitơ nên được đưa vào đầu tiên để di dời buồng.Không khí nên được đưa ra từ từ để ngăn ngừa oxy hóa ở nhiệt độ cao.
- Một lớp chống oxy hóa SiO2 50-100nm được lắng đọng trên bề mặt của lớp phim chức năng để cô lập sự xói mòn của lớp phim cơ bản bởi không khí và hơi nước.
- Lưu trữ các cốc hoàn thành trong một môi trường khô và thông gió tốt, tránh tiếp xúc trực tiếp với các chất ăn mòn như nước, axit và các dung dịch kiềm.có thể thêm chất khô để ngăn ngừa độ ẩm.
>
>
