Вакуумная металлизация технология

Вакуумная металлизация

Для изменения основных свойств металла, пластика, керамики или других материалов может проводиться процесс металлизации. Вакуумная металлизация – один из наиболее распространенных методов напыления металла, за счет чего образуется защитная поверхность с определенными свойствами, несвойственными подложке. Рассмотрим особенности технологии вакуумной металлизации подробнее.

Технологический процесс вакуумной металлизации

Рассматриваемый метод обработки деталей применяется достаточно давно. Вакуумная металлизация – процесс, основанный на испарении и выпадении конденсата материала на подложку. Среди особенностей данного процесса следует отметить нижеприведенные моменты:

1. Универсальность и высокая эффективность метода определяет его большое распространение. В будущем ожидается более обширное применение процесса металлизации полимерных и других материалов. Развитие рассматриваемого метода обработки связывают с совершенствованием используемого оборудования. Так современные вакуумные установить позволяют автоматизировать процедуру металлизации деталей, повысить качество получаемых поверхностей, снизить себестоимость получаемых изделий. Единственное препятствие на пути развития данной отрасли – высокая стоимость современного оборудования и возникающие сложности при его установке, использовании и обслуживании.
2. Технологический процесс вакуумной металлизации достаточно сложен, на результате отражается условие проведения каждого этапа. При нагреве материала, который должен стать будущим покрытием, он претерпевает большое количество изменений. Примером можно назвать то, что изначально покрытие испаряется, затем происходит адсорбция, после чего выпадение конденсата и кристаллизация для закрепления слоя на поверхности.
3. На качество получаемого результата оказывает воздействие достаточно большое количество факторов, среди которых отметим физико-химические качества подложки, выдерживаемые условия проведения металлизации.
4. Образование напыляемого покрытия при металлизации происходит в два основных этапа: перенос энергии и массы от источника к поверхности и их распределение по всей подложке.

Технология вакуумной металлизации подходит для обработки самых различных деталей. В качестве примера можно привести рулонные материалы из пластика или пластмассы.

Типовая технология состоит из нескольких основных этапов:

1. Подготовка детали к проводимому процессу. Среди требований, которые предъявляются к детали можно отметить отсутствие острых кромок и скрытых участков от прямолинейного попадания конденсата. Вакуумная металлизация пластмасс или других материалов возможна только в том случае, если фора заготовки не сложная.
2. Обезжиривание и сушка. Некоторые материалы могут содержать большое количество адсорбированной влаги, к примеру, полимеры. Сушка проводится при температуре около 80 градусов Цельсия, время выдержки составляет 3 часа. Обезжиривание уже проводится в вакуумной камере на подготовительном этапе. Технология обезжиривания предусматривает разматывание рулона и воздействие тлеющего разряда. Как показывают результаты проведенных исследований, выполнение отжига на стадии подготовки полимеров благоприятно сказывается на структуре рассматриваемого материала, так как существенно снижается показатель внутреннего напряжения. Вакуумная рулонная металлизация должна проводится с исключением вероятности образования складок на этапе подготовке заготовки, так как их можно назвать дефектов.
3. Этап активационной обработки поверхности. Вакуумная металлизация пластика и других материалов предусматривает активацию поверхности. При этом могут использоваться самые различные методы активации, выбор которых зависит от качеств самого материала. Данный процесс предназначен для повышения показателя адгезии поверхности.
4. Нанесение вещества на поверхность. В большинстве случае вакуумная металлизация алюминия или другого сплава проходит при применении резистивного метода испарения при условии воздействия температуры. Вольфрамовая технология испарения применяется намного реже, так как предусматривает нагрев среды до небольшой температуры, в результате чего испаритель разрушается за минимальные сроки.
5. Заключительный этап касается контроля качества металлизации. Если наносимый слой носит декоративный характер, то в большинстве случаев контроль качества заключается в регистрации оптических свойств. Кроме этого уделяется внимание равномерности напыления, прочности соединения поверхностного слоя и структуры.

Технология вакуумной металлизации пластмасс и других материалов сложна, для получения качественной поверхности нужно соблюдать все условия обработки.

Область применения вакуумной металлизации

При рассмотрении области применения данной технологии отметим, что она может применяться для покрытия следующих материалов:

1. пластика;
2. алюминия;
3. различных полимеров;
4. стекла;
5. керамики;
6. металлов.

Вакуумная металлизация изделий из стекла

Наибольшее распространение получила металлизация пластмассовых изделий. Это связано с тем, что подобным образом изделие из дешевого пластика приобретает более привлекательный вид.

Если нужно сэкономить на производстве, но при этом обеспечить высокие декоративные качества, проводится напыление алюминия или других металлов.

Примером назовем изготовление деталей автомобилей, которые используются при отделке салона. Китайские и японские автопроизводители давно начали применять рассматриваемую технологию для удешевления своих автомобилей. При этом применение вакуумной металлизации проводится не только в декоративных целях, за счет более высокой прочности поверхностного слоя детали служат дольше, снижается степень трения. Однако металлизация не позволяет повысить прочность всего полимерного изделия.

Данная технология применяется и при производстве различных вещей, применяемых в быту, недорогих украшений. Большое распространение связано с тем, что поверхностный слой не истирается на протяжении длительного периода эксплуатации. Ранее применяемые технологии напыления не предусматривали создание высокой адгезии между подложкой и декоративным покрытием.

Преимущества вакуумной металлизации

У данной технологии есть довольно большое количество преимуществ:

1. Возможность автоматизации процесса. Как ранее было отмечено, устанавливаемое оборудование позволяет максимально автоматизировать рассматриваемый процесс, за счет чего снижается вероятность появления дефектов из-за ошибки человека.
2. Получаемая поверхность будет равномерной, что обеспечивает привлекательный вид и высокие эксплуатационные качества детали. Как правило, после металлизации поверхность полимеров напоминает шлифованный металл.
3. При соблюдении технологии напыления поверхностный слой может прослужить в течении многих лет. Этап контроля качества позволяет исключить вероятность откалывания поверхностного напыляемого слоя или его быстрое истирание.
4. Подобным образом можно придать изделию самые различные качества: коррозионную стойкость, электрическую проводимость, уменьшить степень трения, повысить твердость поверхности. В большинстве случаев вакуумная металлизация применяется для декорирования деталей.
5. Основные эксплуатационные качества подложки остаются практически неизменными. Нагрев материала при этапе просушки проходит до температуры, которая не приведет к перестроению его структуры.
6. Технология может применяться на финишном этапе изготовления детали. При правильном выполнении всех этапов проводить доработку обрабатываемых деталей не нужно.

Вакуумная металлизация декоративных изделий

Если рассматривать недостатки, то следует отметить сложность процесса перехода напыляемого вещества из одного состояния в другой. Обеспечить требуемые условия можно исключительно при установке специального оборудования. Поэтому своими руками провести вакуумную металлизацию с обеспечением высокого качества поверхности практически не возможно.

В заключение отметим, что даже небольшая толщина металлического слоя на полимерном покрытии способна придать полимерам металлический блеск и электропроводность, защитить структуру от воздействия солнечного света и атмосферного старения. При этом создаваемый слой может иметь толщину всего несколько долей миллиметра, за счет чего вес изделия остается практически неизменным. Кроме этого вакуумная металлизация позволяет получить совершенно уникальный материал, который будет обладать гибкостью и легкостью, а также свойствами, которые присущи металлам.

Вакуумная металлизация — описание технологии, устройство и отзывы

Модификация различных конструкций, деталей и функциональных элементов зачастую выполняется путем полного изменения структуры материалов. Для этого задействуются средства глубокой термической, плазменной и химической обработки. Но существует и широкий сегмент методов изменения эксплуатационных свойств за счет внешних покрытий. К таким способам относится вакуумная металлизация, благодаря которой можно улучшать декоративные, токопроводящие, отражающие и другие характеристики материалов.

Общие сведения о технологии

Суть метода заключается в напылении частиц металла на рабочую поверхность. Процесс формирования нового покрытия происходит за счет испарения донорских металлов в условиях вакуума. Технологический цикл подразумевает выполнение нескольких стадий структурного изменения целевой основы и элементов покрытия. В частности, выделяются процессы испарения, конденсации, абсорбции и кристаллизации. Ключевой процедурой можно назвать взаимодействие металлических частиц с поверхностью в условиях особой газовой среды. На этом этапе технология вакуумной металлизации обеспечивает процессы диффузии и присоединения частиц к структуре обрабатываемой детали. На выходе в зависимости от режимов напыления, характеристик покрытия и типа заготовки можно получать самые разные эффекты. Современные технические средства позволяют не просто улучшать отдельные эксплуатационные качества изделия, но и с высокой точностью дифференцировать свойства поверхности на отдельных участках.

Применяемое оборудование

Различают три основные группы машин, используемых для данной технологии. Это оборудование непрерывного, полунепрерывного и периодического действия. Соответственно, они различаются по признаку общей организации обрабатывающего процесса. Агрегаты с непрерывным действием часто используют на серийных производствах, где требуется поточная вакуумная металлизация. Оборудование этого типа может быть одно- и многокамерным. В первом случае агрегаты ориентируются на выполнение непосредственно металлизации. Многокамерные же модели предусматривают и возможность реализации дополнительных процедур – первичной подготовки изделия, контроля, термической обработки и т.д. Такой подход позволяет оптимизировать процесс изготовления. Машины для периодической и полунепрерывной металлизации, как правило, имеют одну основную камеру. Именно в силу нерегулярности производства они используются для конкретной процедуры, а подготовительные операции и тот же контроль качества осуществляются в отдельном порядке – иногда в ручном режиме без автоматизированных линий. Теперь стоит подробнее рассмотреть, из каких узлов состоят такие агрегаты.

Устройство машин для металлизации

Помимо основной камеры, где и происходят процессы напыления, оборудование включает множество вспомогательных систем и функциональных компонентов. В первую очередь стоит выделить непосредственно источники распыляемого материала, коммуникации которых связываются с газораспределительным комплексом. Чтобы установка вакуумной металлизации могла обеспечивать нужные для конкретной задачи обработки параметры, подающие каналы напыления с регуляторами позволяют, в частности, настраивать температурный уровень, скорость направления потоков и объемы. В частности эта инфраструктура формируется натекателями, насосами, клапанами, фланцевыми элементами и прочей арматурой.

В современных установках для той же регуляции рабочих параметров используются датчики, подключенные к микропроцессорному блоку. Учитывая заданные требования и фиксируя текущие фактические значения, аппаратура без участия оператора может корректировать режимы обработки. Также для облегчения процессов эксплуатации оборудование дополняется внутрикамерными системами очистки и калибровки. Благодаря такой оснастке упрощается ремонт вакуумной металлизации машины, поскольку постоянная и своевременная чистка минимизирует риски перегрузок пневмодвигателей, манипуляторов и коммуникационных контуров. Последние и вовсе рассматриваются как расходная часть, замена которой в агрегатах непрерывного действия выполняется в регулярном порядке техобслуживания.

Целевые материалы для металлизации

Прежде всего процедуре подвергаются металлические заготовки, которые могут быть выполнены в том числе из специальных сплавов. Дополнительное покрытие требуется для обеспечения антикоррозийного слоя, повышения качества электрической проводки или же изменения декоративных свойств. В последние годы вакуумная металлизация все чаще используется и применительно к полимерным изделиям. Данный процесс имеет свою специфику, обусловленную характеристиками структуры объектов такого рода. Реже технология применяется в отношении изделий, которые имеют низкие показатели твердости. Это касается древесины и некоторых синтетических материалов.

Особенности металлизации пластиков

Напыление на поверхности пластиковых деталей также способно изменить его электрические, физические и химические свойства. Нередко металлизацию используют и как средство повышения оптических качеств подобных заготовок. Главной же проблемой при выполнении таких операций является процесс интенсивного термического испарения, который неизбежно оказывает давление на потоки частиц, напыляющих поверхность элемента. Поэтому требуются специальные режимы регуляции диффузии основного материала и расходуемой массы.

Имеет свою специфику и вакуумная металлизация пластмасс, отличающихся жесткой структурой. В данном случае будет иметь значение присутствие защитных и грунтующих лаков. Для поддержания достаточного уровня адгезии с преодолением барьеров этих пленок может потребоваться повышение энергии термического воздействия. Но здесь же вновь возникает проблема с рисками разрушения пластиковой структуры под влиянием тепловых потоков. В итоге для снятия излишнего напряжения в рабочей среде вводятся модифицирующие компоненты наподобие пластификаторов и растворителей, позволяющих удерживать форму заготовки в оптимальном состоянии независимо от температурного режима.

Особенности обработки пленочных материалов

Технологии изготовления упаковочных материалов предусматривают использование металлизации для ПЭТ-пленок. Данный процесс обеспечивает алюминирование поверхности, благодаря чему заготовка наделяется более высокой прочностью и стойкостью перед внешними воздействиями. В зависимости от параметров обработки и конечных требований к покрытию могут применяться разные способы теплоотвода. Поскольку пленка чувствительна к температуре, вводится дополнительная процедура осаждения. Как и в случае с пластиками, она позволяет регулировать термический баланс, сохраняя оптимальную для заготовки среду. Толщина пленок, которые обрабатываются по методу вакуумной рулонной металлизации, может составлять от 3 до 50 мкм. Постепенно внедряются и технологии, обеспечивающие подобные покрытия на поверхностях материалов толщиной 0,9 мкм, но по большей части это пока лишь экспериментальная практика.

Металлизация отражателей

Это тоже отдельное направление использования металлизации. Целевым объектом в данном случае выступают автомобильные фары. Их конструкция предусматривает наличие отражателей, которые со временем утрачивают свои эксплуатационные качества – тускнеют, ржавеют и, как следствие, становятся непригодными к использованию. Кроме того, даже новая фара может получить случайное повреждение, из-за чего потребуется ее ремонт и восстановление. Именно на эту задачу и ориентируется вакуумная металлизация отражателей, обеспечивающая износостойкое напыление на зеркальной поверхности. Заполнение внешней структуры металлизированными частицами с одной стороны ликвидирует мелкие дефекты, а с другой – выступает защитным покрытием, предотвращая возможные повреждения в будущем.

Организация процесса в домашних условиях

Без специального оборудования можно применить технологию поверхностного химического покрытия, но для вакуумной обработки в любом случае потребуется соответствующая камера. На первом этапе подготавливается сама заготовка – ее следует очистить, обезжирить и при необходимости выполнить шлифование. Далее объект помещается в камеру вакуумной металлизации. Своими руками можно выполнить и специальную оснастку на рельсах из профильных элементов. Это будет удобный способ загрузки и выгрузки материала, если планируется обработка в регулярном режиме. В качестве источника частиц металлизации применяются так называемые болванки – из алюминия, латуни, меди и др. После этого камера настраивается на оптимальный режим обработки и начинается процесс напыления. Готовое изделие сразу после металлизации можно покрыть вручную вспомогательными защитными покрытиями на основе лаков.

Положительные отзывы о технологии

Метод имеет множество положительных качеств, которые отмечают пользователи готовых изделий в разных областях. В частности указывается на высокие защитные свойства покрытия, которое предотвращает процессы коррозии и механического разрушения основы. Положительно отзываются и рядовые потребители продукции, которая подвергалась вакуумной металлизации с целью улучшения или изменения декоративных качеств. Специалисты же подчеркивают и экологическую безопасность технологии.

Негативные отзывы

К минусам данного метода обработки изделий относят сложность технической организации процесса и высокие требования к подготовительным мероприятиям заготовки. И это, не говоря о применении высокотехнологичного оборудования. Только с его помощью можно получить качественное напыление. Стоимость также входит в список недостатков вакуумной металлизации. Цена обработки одного элемента может составлять 5-10 тыс. руб. в зависимости от площади целевой области и толщины покрытия. Другое дело, что серийная металлизация удешевляет стоимость отдельного изделия.

В заключение

Изменение технико-физических и декоративных свойств тех или иных материалов расширяет возможности их дальнейшего применения. Развитие метода вакуумной металлизации обусловило появление специальных направлений обработки с ориентацией на конкретные эксплуатационные качества. Технологи также работают и над упрощением самого процесса напыления, что уже сегодня проявляется в виде уменьшения габаритов оборудования и сокращения процедур пост-обработки. Что касается применения методики в домашних условиях, то это наиболее проблемный способ покрытия, так как требует от исполнителя наличия специальных навыков, не говоря о технических средствах. С другой стороны, более доступные методы напыления не позволяют получать покрытия того же качества – будь то защитный слой или декоративная стилизация.

Технологические особенности вакуумной металлизации

Существует много способов декорирования поверхностей, и к одним из основных относится вакуумная металлизация. Предметов с таким покрытием вокруг множество. Даже предметы из обычного пластика можно сделать похожими на металлические – с помощью этой технологии напыления металла они приобретут красивую серебристую или золотистую поверхность.

Понятие о вакуумной металлизации

С помощью такой технологии происходит обработка поверхностей изделий путём переноса мелких металлических частиц в вакууме. Они покрывают изделия плотным слоем. Для этого используется специальное оборудование, довольно дорогостоящее, для которого необходимо подходящее производственное помещение. В небольшой мастерской такой процесс работы не выполнить.

Вакуумная металлизация широкое применение получила сравнительно недавно, но уже показала, что этот способ, несмотря на использование дорогого оборудования, намного дешевле гальванического нанесения, а по сравнению с лакокрасочными покрытиями слой значительно насыщенней и поверхность получается более красивая.

На какие поверхности можно наносить

Способом вакуумного напыления металла можно покрывать предметы из металлов, керамики, стекла, пластмасс. При этом, в отличие от гальванического нанесения, для создания эффекта глянцевого хромирования, меднения, золочения, никелирования поверхностей не требуется предварительная полировка деталей.

Вообще, металлизировать таким способом можно любые материалы, которые устойчивы к нагреву до +80 и воздействию специальных лаков. А также материалы не должны быть пористыми, чтобы в процессе металлизации в вакуумной камере не выделялся атмосферный или другой газ, что приведёт к некачественному покрытию. К ним относится плохо обработанная керамика, древесина, бетон. Но даже на них можно нанести таким способом декоративные покрытия, если предварительно загрунтовать специальными составами.

Чаще всего сегодня обрабатываются таким способом предметы из пластмасс и металлов. Этот процесс только усиливает их положительные свойства. Напыление наносится на металлические поверхности изделий, состоящие из различных сплавов. При этом создаётся защита от коррозии, изменяются электропроводные свойства металла в сторону повышения, улучшается внешний вид предметов.

Металлизация пластмасс позволяет изготавливать красивые, практичные изделия из дешёвого сырья. В автомобилестроении пластмассовые детали устанавливают для снижения веса. Решётки радиаторов, корпуса, колпаки колёс и другие детали, к которым не требуется обладание повышенной прочностью, изготавливаются из прочных марок пластмасс и обрабатываются под металл.

Оборудование для вакуумной металлизации

У этой технологии, как и у других таких же сложных, имеются свои плюсы и минусы:

• необходимость использования дорогостоящего оборудования;
• большие расходы электроэнергии;
• потребность в просторном производственном помещении для размещения всех приспособлений и для полного технологического цикла изготовления.

Дополнительные расходы средств требуются при этом на технический процесс нанесения дополнительного слоя – защитного лака.

Установки вакуумного напыления представляют собой совокупность устройств, которые последовательно и самостоятельно выполняют ряд функций, необходимых для технологического процесса металлизации.

• откачка воздуха для получения условий разрежения;
• распыление в определённых условиях металлических частиц на поверхность предметов;
• транспортировка обрабатываемых деталей;
• контроль режимов происходящих процессов вакуумного напыления;
• электропитание и другие вспомогательные приспособления.

Составляющие узлы вакуумной установки:

• Рабочая камера. В ней происходит сам процесс металлизации.
• Источник испаряемых металлов вместе с управляющими и энергообеспечивающими устройствами.
• Системы контроля и управления для регулировки температуры, скорости напыления, толщины плёнки, её физических свойств.
• Откачивающая и газораспределительная система, обеспечивающая получение вакуума и регулировку газовых потоков.
• Системы блокировки рабочих узлов, блоки электропитания.
• Транспортирующее устройство, определяющее подачу-извлечение из вакуумной камеры, смену положений деталей при нанесении металлопокрытия.
• Вспомогательные устройства – заслонки, внутрикамерные манипуляторы, газовые фильтры и др.

Особенности оборудования

Установки для вакуумного процесса нанесения металлического слоя бывают магнетронные и ионно-плазменные. В любых из них необходимо достигать испарения вещества с поверхности металлических болванок, минуя стадию расплава металла.

При сублимационном способе процесс нагрева происходит быстро до температуры испарения, не допуская расплава. Для этого используются нагреватели, способные повышать кинетическую энергию вплоть до разрушения кристаллической решётки. Но некоторые металлы не сублимируют в вакууме, и поэтому с ними стадии расплава не избежать. Поэтому в таких случаях применяются дополнительные системы фильтров.

Способом вакуумного напыления металлического слоя покрываются изделия разных размеров: крупные (до 1 м) и совсем мелкие. Существуют технологии металлопокрытия многометровых тканей и плёнок – они перематываются из одного рулона в другой в процессе напыления в вакуумной камере. Поэтому бывают установки с рабочими камерами разных размеров:

• небольшие – несколько литров;
• крупные – несколько кубометров.

Технологический процесс

Вакуумная металлизация, основанная на испарении и выпадении частиц металла на подложку, представляет собой ряд последовательно происходящих процессов. Они довольно сложные.

Металл при нагревании перед тем, как стать покрытием, претерпевает целый ряд изменений. Вначале он испаряется, затем адсорбируется, после этого выпадает конденсатом и кристаллизуется на поверхности, с образованием металлической плёнки. Каждый процесс довольно сложный.

На качество готового изделия влияют многие факторы. Главные из них – физико-технические характеристики материалов заготовок и выдерживаемые условия процесса металлизации. Образование слоя покрытия происходит в два основных этапа. Это перенос массы и энергии от источника и их равномерное распределение по поверхности обрабатываемого изделия.

Этапы выполнения вакуумной металлизации

Напыление металла на поверхности изделий методом вакуумной металлизации производится по технологии, состоящей из нескольких этапов:

• Деталь подготавливается к процессу нанесения покрытия. Для этой цели подходят только заготовки несложных форм, которые не имеют острых углов или участков, труднодоступных для прямолинейного попадания конденсата.
• Процесс нанесения защитного слоя. На полимеры с содержанием низкомолекулярных наполнителей предварительно наносятся слои антидиффузионных лаковых покрытий.
• Сушка и обезжиривание. Заготовки проходят этап сушки адсорбированной влаги в течение трех часов при температуре +80 .
• Процесс обезжиривания происходит уже на подготовительном этапе в вакуумной камере путём воздействия тлеющего разряда.
• Проведение отжига на этой стадии особенно благоприятно для полимерных материалов – положительно сказывается на их структуре, снижается при этом внутреннее напряжение.
• Проводится активационная обработка перед нанесением металлического слоя на поверхность для повышения её адгезии. Используемые методы зависят от материала заготовки.
• Нанесение металлического покрытия. При этом слой покрытия формируется путём конденсации пересыщенных паров металлов на холодную поверхность заготовки.
• Затем проводится контрольная проверка качества металлического слоя. Для декоративных изделий она заключается в осмотре поверхности с определением прочности и равномерности слоя. Для технических деталей используются дополнительные испытания. На практике применяются методы отслаивания липкой лентой, истирание, разрушение УЗ колебаниями и др.

Сферы применения

Технология обработки поверхностей методом вакуумной металлизации применяется в производстве многих товаров:

• Сантехнической фурнитуры – сильфонов, кнопок смыва и др. Самая распространённая металлизация — алюминием, придающая изделиям хромированный вид.
• Мебельная фурнитура – ручки для мебельных дверок и ящиков, декоративные отделочные детали, вешалки для одежды и др.
• Зеркальные покрытия. Небьющиеся зеркала изготавливаются способом металлизации полимерных плёнок, натянутых на рамки.
• Кожгалантерея – пряжки для ремней, пуговицы, люверсы.
• Упаковочные материалы – крышки для флаконов с парфюмерией, дозаторы косметических средств, декоративные коробочки для бижутерии и др.
• В производстве бижутерии, декоративных сувениров и подобных изделий.
• При изготовлении предметов геральдики – гербов и других предметов.
• Радиоэлектроника – приборные панели телевизоров, крышки мониторов, кнопки и др.
• Микроэлектроника – изготовление интегральных микросхем, полупроводников и других деталей. Обычно применяется напыление меди.
• Автомобильная промышленность – внутренняя светоотражающая часть фар и многие декоративные детали снаружи и внутри машины.
• Светотехнические изделия – для декорации деталей светильников.

Визуально можно сделать имитацию под любой драгоценный или полудрагоценный металл. Вакуумная металлизация придаёт изделиям не только красивые декоративные свойства, но и создаёт защитный слой от коррозии для металлов, износа для других материалов. Металлизация пластмасс позволяет из дешёвых материалов создавать практичные и красивые изделия. Стойкое покрытие обеспечивает долгий срок эксплуатации изделий.

Выводы

По времени использования наибольший срок сохранения декоративного слоя у предметов, находящихся в закрытых помещениях. Те, что часто подвергаются атмосферным воздействиям, могут со временем повреждаться. Но для их защиты обычно используются специальные лаковые слои, которые продлевают срок службы таких изделий. К преимуществам покрытий вакуумным способом относится их экологичность, по сравнению с другими аналогичными технологиями.

Видео по теме: Вакуумная металлизация стекла — отжиг покрытия

Технология вакуумного напыления

Описание и возможности применения.

Напыление вакуумное — нанесение пленок или слоев на поверхность деталей или изделий в условиях вакуума (1,0-1 • 10-7 Па).

Напыление вакуумное используют в планарной технологии полупроводниковых микросхем, в производстве тонкопленочных гибридных схем, изделий пьезотехники, акустоэлектроники и др. (нанесение проводящих, диэлектрических, защитных слоев, масок и др.), в оптике (нанесение просветляющих, отражающих и др. покрытий), ограниченно — при металлизации поверхности пластмассовых и стеклянных изделий, тонировании стекол автомобилей.

Методом напыления вакуумного наносят металлы (Al, Au, Cu, Cr, Ni, V, Ti и др.), сплавы (например, NiCr, CrNiSi), химические соединения (силициды, оксиды, бориды, карбиды и др.), стекла сложного состава (например, I2О3 • В2О3 • SiO2 • Аl2О3 • СаО, Та2О • В2О3 • I2О3 • GeO2), керметы.

Напыление вакуумное основано на создании направленного потока частиц (атомов, молекул или кластеров) наносимого материала на поверхность изделий и их конденсации.

Процесс включает несколько стадий:

• переход напыляемого веществава или материала из конденсирированной фазы в газовую,
• перенос молекул газовой фазы к поверхности изделия,
• конденсацию их на поверхность,
• образование и рост зародышей, формирование пленки.

По способу перевода вещества из конденсированной в газовую фазу различаютвакуумное испарение и ионное распыление.

При ионном распылении частицы наносимого вещества выбиваются с поверхности конденсирируемой фазы путем ее бомбардировки ионами низкотемпературной плазмы. Вариантами ионного распыления являются катодное, магнетронное, ионно-плазменное и высокочастотное распыление, которые отличаются друг от друга условиями формирования и локализацией в пространстве низкотемпературной плазмы.

Если распыление проводится в присутствии химических реагентов (в газовой фазе), то на поверхности изделия образуются продукты их взаимодействия с распыляемым веществом (например, оксиды, нитриды). Такое распыление называют реактивным.

Перенос частиц напыляемого вещества от источника (места его перевода в газовую фазу) к поверхности детали осуществляется по прямолинейным траекториям при вакууме 10-2 Па и ниже (вакуумное испарение) и путем диффузионного и конвективного переноса в плазме при давлениях 1 Па (катодное распыление) и 10-1-10-2 Па (магнетронное и ионно-плазменное распыление). Судьба каждой из частиц напыляемого вещества при соударении с поверхностью детали зависит от ее энергии, температуры поверхности и хим. сродства материалов пленки и детали. Атомы или молекулы, достигшие поверхности, могут либо отразиться от нее, либо адсорбироваться и через некоторое время покинуть ее (десорбция), либо адсорбироваться и образовывать на поверхности конденсат (конденсация).

При высоких энергиях частиц, большой температуре поверхнсти и малом химическом сродстве частица отражается поверхностью. Температура поверхности детали, выше которойрой все частицы отражаются от нее и пленка не образуется, называетсякритической температурой вакуумного напыления; ее значение зависит от природы материалов пленки и поверхности детали и от состояния поверхности. При очень малых потоках испаряемых частиц, даже если эти частицы на поверхности адсорбируются, но редко встречаются с другими такими же частицами, они десорбируются и не могут образовывать зародышей, т.е. пленка не растет.

Критической плотностью потока испаряемых частиц для данной температуры поверхности называется наименьшая плотность, при которой частицы конденсируются и формируют пленку. Структура напыленных пленок зависит от свойств материала, состояния и температуры поверхности, скорости напыления. Пленки могут быть аморфными (стеклообразными, например оксиды, Si), поликристаллическими (металлы, сплавы, Si) или монокристаллическими (например, полупроводниковые пленки, полученные молекулярно-лучевой эпитаксией). Для упорядочения структуры и уменьшения внутренних механических напряжений пленок, повышения стабильности их свойств и улучшения адгезии к поверхности изделий сразу же после напыления без нарушения вакуума производят отжиг пленок при температурах, нескольео превышающих температуру поверхности при напылении. Часто посредством вакуумного напыления создают многослойные пленочные структуры из различных материалов.

Вакуумно-напылительные установки.

Для вакуумного напыления используют технологическое оборудование периодического, полунепрерывного и непрерывного действия.

Установки периодического действия осуществляют один цикл нанесения пленок при заданном числе загружаемых изделий.

Установки не прерывного действия используют при серийном и массовом производстве. Они бывают двух видов: многокамерные и многопозиционные однокамерные.

Первые состоят из последовательно расположенных напылительных модулей, в каждом из которых осуществляется напыление пленок определенных материалов или их термическая обработка и контроль.

Модули объединены между собой шлюзовыми камерами и транспортирующим конвейерным устройством. Многопозиционные однокамерные установки содержат несколько напылительных постов (расположенных в одной вакуумной камере), соединяемых транспортным устройством конвейерного или роторного типа.

Основные узлы и системы установок для вакуумного напыления представляют собой самостоятоятельные устройства, выполняющие заданные функции:

• создание вакуума,
• испарение или распыление материала пленок,
• транспортировку деталей,
• контроль режимов вакуумного напыления и свойств пленок,
• электропитание,
• др.

Обычно установка для вакуумного напыления включает следующие узлы:

• рабочую камеру, в которой осуществляется напыление пленок;
• источники испаряемых или распыляемых материалов с системами их энергопитания и устройствами управления;
• откачную и газораспределительную системы, обеспечивающие получение необходимого вакуума и организацию газовых потоков (состоят из насосов, натекателей, клапанов, ловушек, фланцев и крышек, средств измерения вакуума и скоростей газовых потоков);
• систему электропитания и блокировки всех устройств и рабочих узлов установки;
• систему контроля и управления установкой вакуумного напыления, обеспечивающую заданные скорость напыления, толщину пленок, температуру поверхности деталей, температуру отжига, физические свойствава пленок (содержит набор датчиков, связанных через управляющую микропроцессорную ЭВМ с исполнит. механизмами и устройствами вывода информации);
• транспортирующие устройства, обеспечивающие ввод и вывод деталей в рабочую камеру, точное размещение их на постах напыления и перевод из одной позиции напыления на другую при создании многослойной системы пленок;
• систему вспомогательных устройств и технологическую оснастку (состоят из внутрикамерных экранов, заслонок, манипуляторов, гидро- и пневмоприводов, устройств очистки газов).

Литература:

• Технология тонких пленок. Справочник, под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга, пер. с англ., т. 1-2, М., 1977;
• Плазменная металлизация в вакууме, Минск, 1983;
• Черняев В.Н., Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров, 2 изд., М., 1987;
• Волков С. С., Гирш В. И., Склеивание и напыление пластмасс, М., 1988;
• Коледов Л. А., Технология и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок, М., 1989. Л. А. Коледов.