ما هي عملية التبخر الفراغي؟
يشير التبخر الفراغي، أو التبخر باختصار، إلى عملية يتم فيها تبخير مادة الطلاء (أو مادة الغشاء) وتحويلها إلى غاز بواسطة طريقة تبخر تسخين معينة في ظل ظروف الفراغ، وتطير الجزيئات إلى سطح الركيزة وتتكثف في فيلم. التبخر هو تقنية ترسيب بخار سابقة وأكثر استخدامًا، مع مزايا طريقة تشكيل الفيلم البسيطة، ونقاء الفيلم وكثافته العالية، وبنية الفيلم وأدائه الفريدين.
مبدأ التبخر الفراغي
التبخر الفراغي عبارة عن تقنية تعمل على تسخين وتبخير المادة المستهدفة في ظل ظروف الفراغ، مما يتسبب في تبخر عدد كبير من الذرات والجزيئات وترك مادة الطلاء السائلة أو ترك سطح مادة الطلاء الصلبة (أو التسامي)، وأخيرًا تترسب على سطح الركيزة. خلال العملية برمتها، سوف تهاجر الذرات والجزيئات الغازية مباشرة إلى الركيزة بعد عدد قليل جدًا من الاصطدامات في الفراغ، وتترسب على سطح الركيزة لتشكل طبقة رقيقة. تشمل طرق التبخر التسخين بالمقاومة، والتسخين التعريفي عالي التردد، وشعاع الإلكترون، وشعاع الليزر، وقصف شعاع الأيون عالي الطاقة لمواد الطلاء، وما إلى ذلك.
يعد التبخر الفراغي من أقدم التقنيات المستخدمة في PVD.
مصدر التبخر
يُطلق على جهاز التسخين الذي يقوم بتسخين مادة الطلاء إلى درجة حرارة التبخر وتبخيرها اسم مصدر التبخر. مصادر التبخر الأكثر استخدامًا هي مصادر التبخر المقاومة ومصادر تبخر شعاع الإلكترون. تشمل مصادر التبخر ذات الأغراض الخاصة التسخين الحثي عالي التردد، والتسخين القوسي، والتسخين الإشعاعي، ومصادر التبخر للتسخين بالليزر، وما إلى ذلك.
العملية الأساسية للتبخر الفراغي
العملية الأساسية للتبخر الفراغي هي كما يلي:
1. المعالجة المسبقة:بما في ذلك تنظيف الأجزاء المطلية والمعالجة المسبقة. تشمل طرق التنظيف المحددة تنظيف عامل التنظيف، والتنظيف بالمذيبات الكيميائية، والتنظيف بالموجات فوق الصوتية، والتنظيف بالقصف الأيوني. تتضمن المعالجة المسبقة المحددة إزالة الكهرباء الساكنة، والطلاء التمهيدي، وما إلى ذلك.
2. تحميل الفرن:بما في ذلك تنظيف حجرة التفريغ وتنظيف شماعات الطلاء وتركيب مصدر التبخر وتصحيح الأخطاء وبطاقة الطلاء.
3. الكنس:بشكل عام، يتم ضخها تقريبًا إلى أعلى من 6.6Pa أولاً، ويتم فتح المرحلة الأمامية لمضخة الانتشار مبكرًا للحفاظ على مضخة التفريغ وتسخين مضخة الانتشار. بعد أن يصبح التسخين المسبق كافيًا، افتح الصمام العالي واستخدم مضخة الانتشار للضخ إلى فراغ خلفي قدره 6×10-3Pa.
4. الخبز:اخبز وسخن الأجزاء المطلية إلى درجة الحرارة المطلوبة.
5. القصف الأيوني:درجة الفراغ بشكل عام هي 10Pa~10-1Pa، جهد القصف الأيوني هو 200V~1kV الجهد العالي السلبي، ووقت القصف هو 5min~30min،
6. ما قبل الذوبان:اضبط التيار لإذابة مادة الطلاء مسبقًا، ثم قم بإزالة الغاز لمدة 1 دقيقة إلى 2 دقيقة.
7. ترسيب التبخر:اضبط تيار التبخر وفقًا للمتطلبات حتى انتهاء وقت الترسيب المطلوب.
8. التبريد:يتم تبريد الأجزاء المطلية إلى درجة حرارة معينة في غرفة التفريغ.
9. خارج الفرن:بعد إخراج الأجزاء، أغلق حجرة التفريغ، وقم بالإخلاء إلى 1×10-1Pa، ويتم تبريد مضخة الانتشار إلى درجة الحرارة المسموح بها قبل إيقاف تشغيل مضخة الصيانة ومياه التبريد.
10. مرحلة ما بعد المعالجة:تطبيق المعطف الخفيف، الخ.
تطبيق التبخر الفراغي في صناعة الصنبور
مع تنفيذ توجيهات الاتحاد الأوروبي RoHS وتشريعات مختلف البلدان بشأن قضايا حماية البيئة، لم تعد صناعة الطلاء الكهربائي التقليدية شديدة التلوث تلبي متطلبات حماية البيئة وسيتم استبدالها حتماً بعمليات حماية البيئة الناشئة. طلاء الفراغ لا يحتوي على مياه الصرف الصحي وغازات العادم وغيرها من الملوثات، وله ميزة مطلقة في حماية البيئة. في الواقع، تم تطبيق تكنولوجيا الطلاء الفراغي في معظم الصناعات في الصين. على سبيل المثال، في صناعة الحمامات، تعتمد ملحقات الأجهزة التي تستخدمها Smart Water Tech أيضًا طلاءًا مفرغًا. الخصائص النموذجية التي نراها في الحياة اليومية هي أن الطلاء لا يسقط، ويمكن استخدامه كمرآة، والصورة المنعكسة غير مشوهة.
خصائص التبخر الفراغي
1. سمك مستوى النانو وسمك الفيلم الموحد. سمك فيلم الطلاء الفراغي هو فقط من عشرات إلى مئات النانومترات (بشكل عام أقل من أو يساوي 0.2um)، وسمك كل جزء من الفيلم موحد للغاية. على سبيل المثال: عندما يصل سمك طلاء الألومنيوم إلى 0.9nm، فإنه يمكن أن يكون موصلًا. عندما يصل إلى 30نانومتر، يكون الأداء هو نفس أداء الألومنيوم الصلب. عندما يكون طلاء الفضة أقل من 5 نانومتر، فإنه لا يمكن أن يكون موصلًا. كل منتج بلاستيكي لديه خشونة تبلغ حوالي 0.5 ميكرومتر. بالاشتراك مع العامل الأول، يتم رش السطح البلاستيكي بالأشعة فوق البنفسجية قبل الطلاء من أجل الختم والتسوية لتحقيق تأثير المرآة المثالي. نظرًا لأن طبقة الطلاء رقيقة جدًا، فإن متطلبات المظهر لمادة الأشعة فوق البنفسجية التمهيدية تكون قاسية تقريبًا، الأمر الذي يتطلب أن تتمتع غرفة الطلاء بنظافة عالية للغاية. وفي الوقت نفسه، كلما كانت مساحة ظهور المنتج أكبر، زاد معدل الخلل (نظافة ورشة إنتاج Aoke الحالية هي 10,000 مستوى، ونظافة غرفة الرش والفرن والطلاء ورشة عمل هو مستوى 3000).
يتم التحكم في سمك الطلاء حاليًا بشكل أساسي عن طريق نفاذية الضوء والانعكاس. كلما كان الطلاء أكثر سمكًا، كلما كانت النفاذية أسوأ وكلما زادت الانعكاسية.
2. يكون وضع المنتجات المطلية اتجاهيًا: في أفران الطلاء الرأسية والأفقية، يجب وضع المنتجات على مستوى موازٍ لأدوات فرن الطلاء. تتحرك المواد المعدنية في خط مستقيم أو قوس مع تدفق البخار، ويتم وضع مواد الطلاء بشكل عام بالتوازي مع الأدوات. مساحة غرفة الطلاء ثابتة. كلما كانت المساحة المسطحة للمنتج أكبر وعمق السطح المنحني، انخفضت القدرة الإنتاجية وارتفعت تكلفة الإنتاج المقابلة.
3. سطح المنتج بعد الطلاء والطلاء التمهيدي للأشعة فوق البنفسجية هش للغاية وحساس ويتطلب حماية خاصة. نظرًا لأن طبقة الطلاء لا تتجاوز بضع عشرات من النانومترات، فهي لا تملك القدرة على حماية سطح الطبقة التمهيدية للأشعة فوق البنفسجية. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن طبقة الطلاء رقيقة جدًا، فإن المعدن الموجود في طبقة الطلاء ضعيف للغاية ويمكن خدشه وكدماته بسهولة. بعد أن يكون المنتج مطليًا ومطليًا بالأشعة فوق البنفسجية، لا يمكن فحصه يدويًا بالكامل (يتم تحديد معدل الإنتاج من خلال إنتاج تجريبي بكميات صغيرة). أثناء التشغيل، يتم استخدام مقابض خاصة للتركيبات وأغطية الأصابع والأقنعة وأغطية السيارات الخالية من الغبار لمنع سطح المنتج من التلوث والتلف.
4. سرعة سقوط مادة الطلاء أو تدفق البخار عالية للغاية. بشكل عام، تبلغ سرعة سقوط ذرات المعدن في رش المغنطرون والتبخر حوالي 2000 م/ث. يبلغ وقت الطلاء لكل فرن (زمن الترسيب التراكمي لذرات المعدن) بشكل عام حوالي 15-20 دقيقة. يختلف رش المغنطرون اعتمادًا على العملية. تبلغ سعة كل فرن حوالي 450-800 قطعة/فرن، مع أخذ غلاف الهاتف العادي كمثال. تختلف سعة كل فرن حسب حجم المنتج.
5. هناك طرق مختلفة لصنع الألوان. يوجد حاليا ثلاث طرق لصنع الألوان:
(1). أضف جوهر اللون إلى الطبقة المتوسطة من الأشعة فوق البنفسجية أو الطبقة العلوية من الأشعة فوق البنفسجية. نظرًا لأن جوهر اللون سوف يتفاعل مع الأشعة فوق البنفسجية، فإن كمية الإضافة تكون عمومًا حوالي 5%؛
(2). قم بملء الغاز في عملية الطلاء لجعل الغاز يتفاعل مع المادة المعدنية للحصول على اللون (مثل Ar2+O2+يمكن لمعدن الألومنيوم الحصول على اللون الأسود، وO2+Al يحصل على اللون الأصفر)؛
(3). إنه مزيج من الاثنين المذكورين أعلاه للإنتاج. بشكل عام، كلما كان اللون أغمق وأكثر ثراءً وأكثر سطوعًا، كان الالتصاق أسوأ (عملية إضافة جوهر اللون).
6. نطاق المواد المعدنية للطلاء واسع للغاية. من الناحية النظرية، يمكن استخدام جميع أنواع المعادن والسبائك المعدنية كمواد طلاء باستثناء معادن الحديد. المواد المستخدمة بشكل شائع هي الألومنيوم والنحاس والقصدير والنيكل والكروم وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الطلاء هو عملية فيزيائية، فإنه ليس له أي تأثير تقريبًا على أداء مادة المنتج نفسها.
7. مستوى الجودة الذي يمكن أن تحققه منتجات الطلاء: الالتصاق: عدم التساقط. مقاومة التآكل RCA: 200-300 مرة. الصلابة: 1H-3 يتم فرك المواد HABS+PC بشكل عام لمدة 1H عند 500 جرام؛ يمكن أن تصل مواد PMMA إلى 3H أو حتى 4H. البعض الآخر مثل درجات الحرارة العالية والمنخفضة، والصدمات الساخنة والباردة، واختبار رش الملح، واختبار الأشعة فوق البنفسجية، واختبار مستحضرات التجميل، واختبار مكافحة العرق الاصطناعي، وما إلى ذلك يمكن أن تلبي المتطلبات التقليدية.
8. الحد الزمني لعملية الإنتاج: نظرًا لأن الطلاء المعدني سوف يتأكسد ويتحول إلى اللون الأسود عند تعرضه للهواء لفترة طويلة، فإن سرعة الأكسدة للمواد المختلفة تختلف. من بينها، طلاء القصدير لديه أسرع سرعة أكسدة، ومن الواضح أنه سوف يتحول إلى اللون الأسود بعد 8H. بالإضافة إلى ذلك، إذا تم ترك الأشعة فوق البنفسجية التمهيدية لفترة طويلة جدًا، فإن طبقة الطلاء سميكة جدًا، مما سيؤثر أيضًا على التصاق طبقة الطلاء. ولذلك، فإن الفاصل الزمني بين عمليات الأشعة فوق البنفسجية التمهيدية والطلاء والطلاء العلوي يقتصر عمومًا على 8-12 ساعة بناءً على تجربة التشغيل الفعلية.
9. طلاء الأشعة فوق البنفسجية وخصائص بناء الطلاء: إن الطلاء التمهيدي للأشعة فوق البنفسجية والطلاء العلوي للأشعة فوق البنفسجية المستخدم للطلاء له اختلافان واضحان مقارنة بالطلاءات البلاستيكية العادية للأشعة فوق البنفسجية:
(1) المحتوى الصلب لتركيبة مواد الطلاء مرتفع، والأشعة فوق البنفسجية التمهيدية هي الأعلى؛
(2) لا يحتوي على مذيبات خاملة تستخدم في الرش العادي ولا يمكن إضافتها، ويجب أن تكون المذيبات الخاصة مصاغة خصيصًا.
ولذلك، فإن كمية وتكلفة طلاء وحدة المنتج أعلى بكثير من الرش البلاستيكي العادي. بالإضافة إلى ذلك، فإن متطلبات الأشعة فوق البنفسجية التمهيدية والطلاء العلوي والأشعة فوق البنفسجية والتركيز اللوني على نطاق طاقة الأشعة فوق البنفسجية هي أيضًا أكثر صرامة من الأشعة فوق البنفسجية العادية. بشكل عام، تتطلب الأشعة فوق البنفسجية التمهيدية 800-1000ملي جول/سم2، وتتطلب الطبقة العلوية من الأشعة فوق البنفسجية 900-1100 مللي جول/سم2. يقوم اللون المركز من الألوان المختلفة بضبط طاقة مصباح الأشعة فوق البنفسجية وفقًا للحالة الفعلية. متطلبات الترشيح أثناء إنتاج الأشعة فوق البنفسجية هي أيضًا أكثر صرامة من الأشعة فوق البنفسجية البلاستيكية العادية، وتتطلب عمومًا التصفية باستخدام مرشح يبلغ حوالي 600 شبكة. متطلبات سمك طبقة الأشعة فوق البنفسجية هي 18-25um للطبقة التمهيدية و18-22um للطبقة النهائية.