真空鍍膜技術(shù)是氣相物理沉積的方法之一，也叫真空電鍍。是在真空條件下，用蒸發(fā)器加熱鍍膜材料使之升華，蒸發(fā)粒子流直接射向基體，在基體表面沉積形成固體薄膜。



真空鍍膜的應(yīng)用廣，如真空鍍鋁，在塑料等基體上進(jìn)行真空鍍，再經(jīng)過不同顏色的染色處理，可以應(yīng)用于家具、工藝品、燈飾、鐘表、玩具、汽車燈具、反光鏡及柔軟包裝材料等產(chǎn)品制造中，裝飾效果十分出色。



真空鍍膜產(chǎn)品其膜面亮度高，質(zhì)感細(xì)膩逼真，同時(shí)制作成本較低，有利于環(huán)境保護(hù)，較少受到基材材質(zhì)限制的優(yōu)點(diǎn)，被越來越多的應(yīng)用在化妝品外殼的表面處理。

一，真空鍍膜技術(shù)基本原理



真空鍍膜過程簡單來說就是電子在電場的作用下加速飛向基片的過程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離出大量的氬離子和電子，電子飛向基片。氬離子在電場的作用下加速轟擊靶材，濺射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉積在基片上成膜。



但在實(shí)際輝光放電直流濺射系統(tǒng)中，自持放電很難在低于1.3Pa的條件下維持，這是因?yàn)樵谶@種條件下沒有足夠的離化碰撞。因此在低于1.3～2.7Pa壓強(qiáng)下運(yùn)行的濺射系統(tǒng)提高離化碰撞就顯得尤為重要。提高離化碰撞的方法要么靠額外的電子源來提供，而不是靠陰極發(fā)射出來的二次電子;要么就是利用高頻放電裝置或者施加磁場的方式提高已有電子的離化效率。



事實(shí)上，真空鍍膜中二次電子在加速飛向基片的過程中受到磁場洛侖磁力的影響，被束縛在靠近靶面的等離子體區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域內(nèi)等離子體密度很高，二次電子在磁場的作用下圍繞靶面作圓周運(yùn)動(dòng)，該電子的運(yùn)動(dòng)路徑很長，在運(yùn)動(dòng)過程中不斷的與氬原子發(fā)生碰撞電離出大量的氬離子轟擊靶材，經(jīng)過多次碰撞后電子的能量逐漸降低，擺脫磁力線的束縛，遠(yuǎn)離靶材，Z終沉積在基片上。



真空鍍膜就是以磁場束縛而延長電子的運(yùn)動(dòng)路徑，改變電子的運(yùn)動(dòng)方向，提高工作氣體的電離率和有效利用電子的能量。電子的歸宿不只是基片，真空室內(nèi)壁及靶源陽極也是電子歸宿，因?yàn)橐话慊c真空室及陽極在同一電勢(shì)。磁場與電場的交互作用(EXB drift)使單個(gè)電子軌跡呈三維螺旋狀，而不是只在靶面圓周運(yùn)動(dòng)。





二，真空鍍膜技術(shù)的特點(diǎn)



鍍覆材料廣：可作為真空鍍蒸發(fā)材料有幾十種，包括金屬、合金和非金屬。真空鍍膜加工還可以像多層電鍍一樣，加工出多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜，滿足對(duì)涂層各種不同性能的需求。



真空鍍膜技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不能通過電沉積方法形成鍍層的涂覆：如鋁、鈦、鋯等鍍層，甚至陶瓷和金剛石涂層，這是十分難能可貴的。



真空鍍膜性能優(yōu)良：真空鍍膜厚度遠(yuǎn)小于電鍍層，但涂層的耐摩擦和耐腐蝕性能良好，孔隙率低，而且無氫脆現(xiàn)象，相對(duì)電鍍加工而言可以節(jié)約大量金屬材料。



環(huán)境效益優(yōu)異：真空鍍膜加工設(shè)備簡單、占地面積小、生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)雅潔凈，無污水排放，不會(huì)對(duì)環(huán)境和操作者造成危害。在注重環(huán)境保護(hù)和大力推行清潔生產(chǎn)的形勢(shì)下，真空鍍膜技術(shù)在許多方面可以取代電鍍加工。





三，真空鍍膜技術(shù)種類

1.真空蒸鍍法



真空蒸鍍是將裝有基片的真空室抽成真空，然后加熱被蒸發(fā)的鍍料，使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸氣流，入射到基片表面，凝結(jié)形成固體薄膜的技術(shù)。

（補(bǔ)充：真空蒸鍍是將待成膜的物質(zhì)置于真空中進(jìn)行蒸發(fā)或升華，使之在工件或基材表面析出的過程。（真空蒸鍍中的金屬鍍層通常為鋁膜，但其他金屬如鉻也可通過蒸發(fā)沉淀；厚度在30um左右。））



是在真空室中加熱蒸發(fā)容器中待形成薄膜的原材料使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸氣流入射到固體（稱為襯底或基片）表面凝結(jié)形成固態(tài)薄膜。






根據(jù)蒸發(fā)源的不同可以將真空蒸鍍分為電阻加熱蒸發(fā)源、電子束蒸發(fā)源、高頻感應(yīng)蒸發(fā)源及激光束蒸發(fā)源蒸鍍法。






（1）電阻蒸發(fā)源是用低電壓大電流加熱燈絲和蒸發(fā)舟，利用電流的焦耳熱是鍍料熔化、蒸發(fā)或升華。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，使用相當(dāng)普遍。采用真空蒸鍍法在純棉織物表面制備負(fù)載TiO2織物，紫外線透過率都比未負(fù)載的純棉織物的低，具有好的抗紫外線性能，制備TiO2薄膜時(shí)，膜層較均勻，當(dāng)在玻璃表面蒸鍍一層鉻鈦、鎳鈦合金等裝飾薄膜，裝飾效果，光學(xué)、耐磨、耐蝕性能良好。



（2）電子束蒸發(fā)源利用燈絲發(fā)射的熱電子，經(jīng)加速陽極加速，獲得動(dòng)能轟擊處于陽極的蒸發(fā)材料，是蒸發(fā)材料加熱氣化，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)鍍膜。這種技術(shù)相對(duì)于蒸發(fā)鍍膜，可以制作高熔點(diǎn)和高純的薄膜，是高真空鍍鈦膜技術(shù)中是一種新穎的蒸鍍材料的熱源。



（3）高頻感應(yīng)蒸發(fā)源是利用蒸發(fā)材料在高頻電磁場的感應(yīng)下產(chǎn)生強(qiáng)大的渦流損失和磁滯損失，從而將鍍料金屬蒸發(fā)的蒸鍍技術(shù)。這種技術(shù)比電子束蒸發(fā)源蒸發(fā)速率更大，且蒸發(fā)源的溫度均勻穩(wěn)定。



（4）激光束蒸發(fā)源蒸鍍技術(shù)是一種比較理想的薄膜制備方法，利用激光器發(fā)出高能量的激光束，經(jīng)聚焦照射到鍍料上，使之受熱氣化。激光器可置于真空室外，避免了蒸發(fā)器對(duì)鍍材的污染，使膜層更純潔。同時(shí)聚焦后的激光束功率很高，可使鍍料達(dá)到極高的溫度，從而蒸發(fā)任何高熔點(diǎn)的材料，甚至可以使某些合金和化合物瞬時(shí)蒸發(fā)，從而獲得成分均勻的薄膜。



主要工藝流程：






真空蒸鍍有三層：底漆層（6~12um）+鍍膜層（1~2um）+面漆層（10um）



裝配前處理：

將基材表面雜質(zhì)、灰塵等用布擦拭干凈。



真空蒸鍍法具有設(shè)備簡單，節(jié)約金屬原材料，沉積Ti金屬及其氧化物、合金鍍層等，表面附著均勻，生產(chǎn)周期短，對(duì)環(huán)境友好，可大規(guī)模生產(chǎn)等突出優(yōu)點(diǎn)。



2.濺射鍍膜



濺射鍍膜是指在真空室中，利用荷能粒子轟擊靶表面，使靶材的原子或分子從表面發(fā)射出來，進(jìn)而在基片上沉積的技術(shù)。在濺射鍍鈦的實(shí)驗(yàn)中，電子、離子或中性粒子均可作為轟擊靶的荷能粒子，而由于離子在電場下易于加速并獲得較大動(dòng)能，所以一般是用Ar+作為轟擊粒子。



與傳統(tǒng)的蒸發(fā)鍍膜相比，濺射鍍膜可以在低溫、低損傷的條件下實(shí)現(xiàn)高速沉積、附著力較強(qiáng)、制取高熔點(diǎn)物質(zhì)的薄膜，在大面積連續(xù)基板上可以制取均勻的膜層。濺射鍍膜被稱為可以在任何基板上沉積任何材料的薄膜技術(shù)，因此應(yīng)用十分廣。



濺射鍍膜有很多種方式。按電極結(jié)構(gòu)、電極相對(duì)位置以及濺射的過程，可以分為二極濺射、三極或四極濺射、磁控濺射、對(duì)向靶濺射、和ECR濺射。除此之外還根據(jù)制作各種薄膜的要求改進(jìn)的濺射鍍膜技術(shù)。比較常用的有：



（1）在Ar中混入反應(yīng)氣體如O2、N2、CH4、C2H2等，則可制得鈦的氧化物、氮化物、碳化物等化合物薄膜的反應(yīng)濺射。



（2）在成膜的基板上施加直到500V的負(fù)電壓，使離子轟擊膜層的同時(shí)成膜，由此改善膜層致密性的偏壓濺射。



（3）在射頻電壓下，利用電子和離子運(yùn)動(dòng)特征的不同，在靶表面感應(yīng)出負(fù)的直流脈沖，從而產(chǎn)生濺射的射頻濺射。這種技術(shù)Z早由1965年IBM公司研制，對(duì)絕緣體也可以濺射鍍膜。

  

（4）為了在更高的真空范圍內(nèi)提高濺射沉積速率，不是利用導(dǎo)入是氬氣，而是通過部分被濺射的原子(如Cu)自身變成離子，對(duì)靶產(chǎn)生濺射實(shí)現(xiàn)鍍膜的自濺射鍍膜技術(shù)。



（5）在高真空下，利用離子源發(fā)出的離子束對(duì)靶濺射，實(shí)現(xiàn)薄膜沉積的離子束濺射。



其中由二極濺射發(fā)展而來的磁控濺射技術(shù)，解決了二極濺射鍍膜速度比蒸鍍慢得多、等離子體的離化率低和基片的熱效應(yīng)等明顯問題。磁控濺射是現(xiàn)在用于鈦膜材料的制備Z為普遍的一種真空等離子體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在低溫、低損傷的條件下高速沉積。自2001年以來，廣大的科技研究者致力于這方面的研究，成果明顯。



在鋼材、鎳、鈾、金剛石表面鍍鈦金屬薄膜，提高了鋼材、鈾、金剛石等材料的耐腐蝕性能，使得使用領(lǐng)域更加廣;而鎂作為硬組織植入材料，在近年來投入臨床使用，當(dāng)在鎂表面鍍制一層鈦金屬薄膜，不但加強(qiáng)了材料的耐蝕性，而且鈦生物體相容性好，比重小、毒性低、更易為人體所接受;在云母、硅片、玻璃等材料上鍍上鈦金屬薄膜，研究其對(duì)電磁波的反射、吸收、透射作用，對(duì)于高效太陽能吸收、電磁輻射、噪音屏蔽吸收和凈化等領(lǐng)域具有重要意義。



除此之外，磁控濺射作為一種非熱式鍍膜技術(shù)，主要應(yīng)用在化學(xué)氣相沉積(CVD)或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)生長困難及不適用的鈦薄膜沉積，可以獲得大面積非常均勻的薄膜。包括歐姆接觸Ti金屬電極薄膜及可用于柵絕緣層或擴(kuò)散勢(shì)壘層的TiN、TiO2等介質(zhì)薄膜沉積。



在現(xiàn)代機(jī)械加工工業(yè)中，濺鍍包括Ti金屬、TiAl6V4合金、TiN、TiAlN、TiC、TiCN、TiAlOX、TiB2、等超硬材料，能有效的提高表面硬度、復(fù)合韌性、耐磨損性和抗高溫化學(xué)穩(wěn)定性能，從而大幅度地提高涂層產(chǎn)品的使用壽命，應(yīng)用越來越廣。



3.離子鍍



離子鍍Z早是由D.M.Mattox在1963年提出的。在真空條件下，利用氣體放電使氣體或蒸發(fā)物質(zhì)離化，在氣體離子或蒸發(fā)物質(zhì)離子轟擊作用的同時(shí)，把蒸發(fā)物質(zhì)或其反應(yīng)物蒸鍍?cè)诨稀?br />


離子鍍是將輝光放電、等離子技術(shù)與真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)相結(jié)合的一門新型鍍膜技術(shù)。它兼具真空蒸鍍和濺射鍍膜的優(yōu)點(diǎn)，由于荷能粒子對(duì)基體表面的轟擊，可以使膜層附著力強(qiáng)，繞射性好，沉積速率高，對(duì)環(huán)境無污染等好處。



離子鍍的種類多種多樣，根據(jù)鍍料的氣化方式(電阻加熱、電子束加熱、等離子電子束加熱、多弧加熱、高頻感應(yīng)加熱等)、氣化分子或原子的離化和激發(fā)方式(輝光放電型、電子束型、熱電子型、等離子電子束型等)，以及不同的蒸發(fā)源與不同的電離方式、激發(fā)方式可以有很多種不同的組合方式。



總體來說比較常用的有：直流放電二極型、多陰極型、活性反應(yīng)蒸鍍(ARE)、空心陰極放電離子鍍(HCD)、射頻放電離子鍍(RFIP)、增強(qiáng)的ARE型、低壓等離子型離子鍍(LP-PD)、電場蒸發(fā)、感應(yīng)加熱離子鍍、多弧離子鍍、電弧放電型高真空離子鍍、離化團(tuán)束鍍等。



由于離子鍍膜層具有非常優(yōu)良的性能，所以越來越受到人們的重視，特別是離子鍍TiN、TiC在工具、模具的超硬鍍膜、裝飾鍍膜等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，并將占據(jù)越來越重要的地位。



在鐘表行業(yè)，因?yàn)殁仧o毒無污染，與人體皮膚接觸，不會(huì)引起過敏等不良反應(yīng)，在表帶上沉積一層鈦膜還能起到表面裝飾的作用，可以做成金黃、黑色、灰色、紅棕色、橙色等很多種顏色，增加美觀效果。



在機(jī)加工刀具方面，鍍制的TiN、TiC以其硬度高、耐磨性好，不粘刀等特性，使得刀具的使用壽命可提高3～10倍，生產(chǎn)效率也有效提高。



在固體潤滑膜方面，Z新研制的多相納米復(fù)合膜TiN-MoS2/Ti及TiN-MoS2/WSe2，這類薄膜具有摩擦系數(shù)低，摩擦噪聲小，抗潮濕氧化能力較高，高低溫性能好，抗粉塵磨損能力較強(qiáng)及磨損壽命較長等特點(diǎn)，被運(yùn)用于車輛零部件上。



與此同時(shí)，離子鍍鈦也在航空航天，光學(xué)器件等領(lǐng)域應(yīng)用廣，收效明顯。



4.分子束外延



分子束外延(MBE)是一中很特殊的真空鍍膜工藝，是在10-8Pa的超高真空條件下，將薄膜的諸組分元素的分子束流，在嚴(yán)格的監(jiān)控之下，直接噴射到襯底表面。



MBE的突出優(yōu)點(diǎn)在于能生長極薄的單晶膜層，并且能精確地控制膜厚和組分與摻雜適于制作微波，光電和多層結(jié)構(gòu)器件，從而為制作集成光學(xué)和超大規(guī)模集成電路提供了有力手段。利用反應(yīng)分子束外延法制備TiO2薄膜時(shí)，不需要考慮中間的化學(xué)反應(yīng)，又不受質(zhì)量傳輸?shù)挠绊?，并且利用開閉擋板(快門)來實(shí)現(xiàn)對(duì)生長和中斷的瞬時(shí)控制，因此膜的組分和摻雜濃度可隨著源的變化而迅速調(diào)整。MBE的襯底溫度Z低，因此有減少自摻雜的優(yōu)點(diǎn)。



5.化學(xué)氣相沉積



化學(xué)氣相沉積是一種化學(xué)生長方法，簡稱CVD(Chemical Vapor Deposition)技術(shù)。這種方法是把含有構(gòu)成薄膜元素的一種或幾種化合物的單質(zhì)氣體供給基片，利用加熱、等離子體、紫外光乃至激光等能源，借助氣相作用或在基片表面的化學(xué)反應(yīng)(熱分解或化學(xué)合成)生成要求的薄膜。



真空鍍鈦的CVD法中Z常用的就是等離子體化學(xué)氣相沉積(PCVD)。利用低溫等離子體作能量源，樣品置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光放電(或另加發(fā)熱體)使樣品升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體，氣體經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在樣品表面形成固態(tài)薄膜。



在等離子化學(xué)氣相沉積法中，等離子體中電子溫度高達(dá)104K，電子與氣相分子的碰撞可以促進(jìn)氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，生成活性很高的各種化學(xué)基團(tuán)，產(chǎn)生大量反應(yīng)活性物種而使整個(gè)反應(yīng)體系卻保持較低溫度。



而普通的CVD法沉積溫度高(一般為1100℃)，當(dāng)在鋼材表面沉積氮化鈦薄膜時(shí)，由于溫度很高，致使膜層與基體間常有脆性相出現(xiàn)，致使刀具的切削壽命降低。利用直流等離子化學(xué)氣相沉積法，在硬質(zhì)臺(tái)金上沉積TiN膜結(jié)構(gòu)與性能均勻。








四，真空鍍膜的優(yōu)缺點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)



表面有較好的金屬質(zhì)感且細(xì)膩。

顏色較水電鍍可解決七彩色的問題如魔幻藍(lán)、閃銀燈；水電鍍顏色較單調(diào)，一般只有亮銀、亞銀等少數(shù)幾種。

基材材質(zhì)選用范圍廣，如PC、ABS、PMMA，（水鍍只能選擇ABS、ABS+PC）。

通過鍍銦錫可做成半透的效果，燈光可以從產(chǎn)品中發(fā)出來。

不污染環(huán)境。



2.缺點(diǎn)



蒸鍍靶材受熔點(diǎn)限制，太高熔點(diǎn)的不易采用。

真空蒸鍍不過UV油，其附著力較差，要保證真空蒸鍍的附著力，均需后續(xù)進(jìn)行特殊的噴涂處理。





五，真空鍍膜涂料

1.底漆



目前除了PET等少數(shù)幾種塑料材料不需要表面涂裝外，大多數(shù)塑料尤其是塊狀工程塑料在真空鍍膜之前均需進(jìn)行底涂預(yù)處理。底涂預(yù)處理是真空鍍膜前處理的一種，可有效提高鍍層的附著力、平整度等性能，如等離子處理改善了鍍層與基材的附著力。



底涂處于基材和真空鍍層之間，其作用主要有：



（1）通過底涂封閉基材，防止真空鍍膜時(shí)基材中的揮發(fā)性雜質(zhì)逸出，影響鍍膜質(zhì)量;



（2）塑料表面較粗糙，底涂預(yù)處理后，可通過涂層獲得光滑平整的鏡面效果;



（3）在薄膜材料上預(yù)涂底漆可進(jìn)一步加強(qiáng)薄膜的阻隔性;



（4）預(yù)涂底漆有利于獲得更厚的真空鍍層，展現(xiàn)出更高的反射效果和力學(xué)性能;



（5）某些表面極性較低的基材如PP等與鍍層的附著力較差，通過底漆可獲得較好的鍍層附著性;



（6）對(duì)某些耐熱性較差的塑料基材，底涂可以起到一定的熱緩沖作用，保護(hù)基材免遭熱致形變。



由于底漆位于基材和鍍膜的中間，其性能應(yīng)當(dāng)滿足基材和真空鍍層兩方面的要求，具體包括以下幾個(gè)方面：



（1）與塑料基材、真空鍍層均有較好的粘附性，這是作為真空鍍膜底漆應(yīng)具備的Z基本性能;

  

（2）應(yīng)具有良好的流平性，這是決定真空鍍層是否具有高光澤和鏡面效果的關(guān)鍵;

  

（3）不應(yīng)含有揮發(fā)性小分子，主要是指殘留單體、揮發(fā)性添加劑、揮發(fā)性雜質(zhì)和高沸點(diǎn)溶劑等，其在真空升溫環(huán)境下會(huì)逐漸逸出，從多方面破壞鍍膜質(zhì)量和性能;

  

（4）應(yīng)具有一定的耐熱性，其熱膨脹性要和真空鍍層的熱脹冷縮性能相適應(yīng)，抗熱形變和熱分解性能應(yīng)滿足真空鍍膜工藝的要求;

  

（5）對(duì)于柔性基材，底涂應(yīng)具有足夠的柔韌性，否則易造成鍍層連帶開裂，甚至崩脫。

  

2.面漆

  

真空鍍層通常較薄(不超過0.2 μm)，耐磨性等力學(xué)性能較差。面漆不但起到保護(hù)鍍層的作用，還可賦予真空鍍膜制品良好的硬度、耐磨性等力學(xué)性能。面漆的主要性能要求包括：

  

（1）對(duì)鍍層有較高的附著力，這是涂層起保護(hù)作用的基礎(chǔ);

  

（2）應(yīng)具有足夠的耐磨性，以保護(hù)極薄的真空鍍層免受機(jī)械擦傷;

  

（3）具有較高的阻隔性，即本身要具有較好的耐水、耐腐蝕性及耐候性，阻止氧氣等對(duì)鍍膜有腐蝕性的物質(zhì)直接接觸真空鍍層，保護(hù)鍍層免受腐蝕;

  

（4）面漆組成本身不能含有可能腐蝕鍍層的組分或雜質(zhì);

  

（5）對(duì)于需要突出光亮度的真空鍍膜場合，面漆也應(yīng)保證有較高的透明性和表面光澤。

  

某些真空鍍膜工藝無需面漆，如鍍膜材料為鉻、不銹鋼時(shí)，其鍍層耐腐蝕性好、硬度高且耐劃傷性強(qiáng)，因此對(duì)制品性能要求不高時(shí)，可不必涂裝面漆。





六，蒸發(fā)鍍膜穩(wěn)定性與均勻性的控制

1、蒸鍍工藝方式的選擇



熱電阻蒸鍍與電子束蒸鍍是Z為常見的蒸發(fā)鍍膜方式，其中熱電阻蒸鍍的原理是通過電流加熱蒸發(fā)蒸發(fā)舟上的原料，而電子束蒸鍍的原理是通過電子束加熱蒸發(fā)水冷坩堝上的原料。



熱電阻蒸鍍的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡單、價(jià)格低、可靠性較高，對(duì)原料預(yù)熱充分，不容易導(dǎo)致化合物原料分解，其缺點(diǎn)在于能達(dá)到的溫度不高，加熱器使用壽命不長。



電子束蒸鍍的優(yōu)點(diǎn)在于能達(dá)到的溫度更高，蒸發(fā)速度快，但缺點(diǎn)是難以有效控制電流，容易導(dǎo)致低熔點(diǎn)材料快速蒸發(fā)，且電子束能量多被水冷系統(tǒng)帶走，熱效率低，電子束轟擊還容易造成化合物原料的分解，坩堝存在污染原料的可能性，另外會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的X射線。



因此在具體的真空鍍膜生產(chǎn)工作中，我們可以根據(jù)以上分析來選擇適宜的蒸發(fā)鍍?cè)O(shè)備和工藝方式，例如MgF2的熔點(diǎn)只有1261℃，考慮到熔點(diǎn)低如選用電子束蒸鍍很難控制預(yù)蒸鍍時(shí)間和電流，容易蒸鍍不均勻且產(chǎn)生殘留原料，原料也易受坩堝的污染。因而更適合使用熱電阻蒸鍍的方式，可以調(diào)節(jié)電流來充分預(yù)蒸鍍，先消除原料中的雜質(zhì)，避免直接蒸鍍?cè)鲜軣岵痪鶎?dǎo)致的噴濺，進(jìn)而能夠保證蒸鍍的穩(wěn)定性和均勻性。

  

2、蒸鍍時(shí)間與溫度的控制

  

蒸發(fā)鍍的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)告訴我們，原料充足情況下鍍膜厚度與蒸鍍時(shí)間呈線性關(guān)系，這表明高真空情況下蒸鍍速率比較均勻。而基片的溫度，通常對(duì)鍍膜厚度影響不大，其原因在于高真空環(huán)境下分子間碰撞很小，蒸發(fā)分子遇基片表面迅速凝結(jié)。因此如MgF2原料的蒸鍍基片溫度通常保持60℃即可。

  

3、原料狀態(tài)的影響

  

不同的原料狀態(tài)可能會(huì)對(duì)蒸鍍過程造成較大的影響。實(shí)驗(yàn)研究成果表明：

  

在蒸鍍條件一致的前提下，粉末狀的原料狀態(tài)結(jié)構(gòu)松散，原料內(nèi)的水與空氣較多，實(shí)際蒸鍍前應(yīng)充分溶解原料，原料質(zhì)量損失相對(duì)較大，光照度較差;多晶顆粒的原料狀態(tài)由于生產(chǎn)過程已經(jīng)除氣脫水，結(jié)構(gòu)均勻致密，實(shí)際蒸鍍前原料質(zhì)量損失相對(duì)較小，光照度較好。

  

實(shí)際蒸鍍中我們發(fā)現(xiàn)，單晶原料蒸鍍的薄膜組成形式為大分子團(tuán)，冷卻后形成大顆粒柱狀結(jié)構(gòu)，薄膜結(jié)構(gòu)疏松，耐磨性差，而多晶原料薄膜為小分子沉積，更適宜于用作蒸鍍?cè)稀?br />
  

4、蒸發(fā)源與基片間距的影響

  

蒸發(fā)源與基片間距會(huì)對(duì)薄膜均勻性等造成一定影響，根據(jù)實(shí)際鍍膜經(jīng)驗(yàn)，蒸發(fā)源與基片間距較小的情況下，薄膜厚度相對(duì)更大，均勻性也相對(duì)更好。因此在實(shí)際鍍膜生產(chǎn)中，我們需要考慮如何合理調(diào)整蒸發(fā)源與基片的間距，確保各區(qū)域的基片與蒸發(fā)源間距Z佳。

  

綜上所述，不同方式的蒸鍍工藝，不同蒸鍍時(shí)間，不同原料狀態(tài)，以及蒸發(fā)源與基片間距，都會(huì)對(duì)蒸鍍質(zhì)量帶來一定影響。因此需要在蒸鍍過程中選取Z為適合的原料和工藝方式。



PVD工藝——電子功能變色龍

PVD (Physical Vapor Deposition)技術(shù)是制備薄膜材料的主要技術(shù)之一，在真空條件下采用物理方法，將某種材料氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體(或等離子體)過程，在基板材料表面沉積具有增透、反射、保護(hù)導(dǎo)電、導(dǎo)磁、絕緣、防腐蝕、抗氧化、防輻射、裝飾等特殊功能的薄膜材料的技術(shù)。用于制備薄膜材料的物質(zhì)被稱為PVD鍍膜材料。經(jīng)過多年發(fā)展，PVD鍍膜技術(shù)被用于應(yīng)用于電子、光學(xué)、機(jī)械、建筑、材料等領(lǐng)域，濺射鍍膜和真空蒸發(fā)鍍膜是主流的兩種PVD鍍膜方式。

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濺射鍍膜工藝概念

所謂濺射鍍膜是指在真空室中，利用荷能粒子（如正離子）轟擊靶材，使靶材表面原子或原子團(tuán)逸出，逸出的原子在工件的表面形成與靶材成分相同的薄膜，這種制備薄膜的方法稱為濺射鍍膜。目前，濺射法主要用于形成金屬或合金薄膜，特別是用于制作電子元件的電極和玻璃表面紅外線反射薄膜。另外，濺射還應(yīng)用于制備功能薄膜，如液晶顯示裝置的In2O3 –SnO2透明導(dǎo)電陶瓷薄膜。



濺射鍍膜有兩種方式：一種稱為離子束濺射，指真空狀態(tài)下用離子束轟擊靶表面，使濺射出的粒子在基體表面成膜，該工藝較為昂貴，主要用于制取特殊的薄膜；另一種稱為陰極濺射，主要利用低壓氣體放電現(xiàn)象，使處于等離子狀態(tài)下的離子轟擊靶面，濺射出的粒子沉積在基體上。它采用平行板電極結(jié)構(gòu)，膜料物質(zhì)做成的大面積靶為陰極，支持基體的基板為陽極，安裝于鐘罩式真空容器內(nèi)。為減少污染，先將鐘罩內(nèi)的壓強(qiáng)抽到小于l0-3~ 10-4Pa，然后充入Ar，使壓強(qiáng)維持在l~10 Pa。在兩極之間加數(shù)千伏的電壓進(jìn)行濺射鍍膜。

與蒸發(fā)鍍膜相比，濺射鍍膜時(shí)靶材（膜料）無相變，化合物成分穩(wěn)定，合金不易分餾，因此適合制備的膜材非常廣。由于濺射沉積到基體上的粒子能量比蒸發(fā)時(shí)酌能量高50倍，它們對(duì)基體有清洗和升溫作用，所以形成的薄膜附著力大。特別是濺射鍍膜容易控制膜的成分，通過直接濺射或者反應(yīng)濺射，可以制備大面積均勻的各種合金膜、化合物膜、多層膜和復(fù)合膜。濺射鍍膜易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化作業(yè)和規(guī)模化生產(chǎn)。但是，由于濺射時(shí)要使用高電壓和氣體，所以裝置比較復(fù)雜，薄膜易受濺射氣氛的影響，薄膜沉積速率也較低。此外，濺射鍍膜需要事先制備各種成分的靶，裝卸靶不太方便，靶的利用率不太高等。

濺射鍍膜工藝的應(yīng)用領(lǐng)域廣



P V D真空離子鍍膜技術(shù)是在真空的環(huán)境中將鈦、鋯、鉻、金、石墨等金屬材料或非金屬材料在各種氣體的反應(yīng)中利用濺射、蒸發(fā)或離子反應(yīng)等技術(shù)，在基材上形成一種金屬薄膜的表面處理工藝，相對(duì)比PVD真空鍍膜有很多優(yōu)點(diǎn)：該工藝對(duì)環(huán)境無污染，是綠色環(huán)保的工藝，對(duì)操作人員無傷害，金屬膜層硬度高，結(jié)合力非常牢固、致密性很好，抗腐蝕性強(qiáng)，而且膜層厚度非常均勻。

真空鍍膜的運(yùn)作原理：PVD技術(shù)表示在真空條件下，采用物理方法，將材料源——固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體（或等離子體）過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。

在高真空并且高溫的爐內(nèi)，加入不同的氣體，結(jié)合散發(fā)的離子就能形成不同的顏色，然后發(fā)生變化的離子沉積在產(chǎn)品的表層，形成致密膜層。如加入N2，鍍出來的顏色是金色；加入C?H? ，顏色就是黑色；加入O2，顏色就會(huì)是七彩和藍(lán)色；如加入N2和C?H? ，顏色就會(huì)是玫瑰金色等等，所以顏色是各種氣體與離子相互交叉產(chǎn)生的效果哦！

常見的PVD裝飾鍍膜主要有以下幾大色系：

1. N2 C?H?，玫瑰色（rose gold）是一種黃金和銅的合金，由于其具有非常時(shí)尚、靚麗的玫瑰紅色彩，因而用于首飾設(shè)計(jì)和加工。又稱粉色金（pink gold）、紅色金（red gold）。由于這種金屬曾經(jīng)在19世紀(jì)初期風(fēng)行于俄羅斯，因而又稱俄羅斯金（Russian gold），不過這一術(shù)語現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。

2. N2，金色，用離子鍍膜的方式，讓靶材上的黃金沉積到要鍍的工件之上，一般由仿金層和表面金層兩層，表面金層的顏色與24K黃金一樣，厚度可以根據(jù)客戶的要求鍍不同的厚度。

3. 仿金系列（包括仿金色和仿玫瑰金），不含黃金，一般成份是由TiN TiCN ZrN ZrCN等陶瓷化合物組成，顏色與IP玫瑰金和IP金接近，但很難達(dá)到真金的亮度。

4. Ar，銀色，一般是鉻的化合物，顏色深淺可以調(diào)整，可分冷色系列和暖色系列，冷色系列帶藍(lán)調(diào)，金屬光感好，暖色系列帶黃調(diào)，接近不銹鋼本色。

5. 灰色系列 ，一般成份是鈦的化合物或鉻的化合物也可以是幾種靶材的混合物，顏色深淺可以調(diào)整，色調(diào)根據(jù)客戶的要求也可以調(diào)整。

6. C?H?，黑色，一般是成份是金屬的碳化物，顏色深淺可以調(diào)整，可亮可啞，色調(diào)根據(jù)客戶的要求也可以調(diào)整，不同的金屬碳化物具有不同的特性和色調(diào)，可以根據(jù)客戶的需要選擇不同的膜系。

7. O2藍(lán)色，有天空藍(lán)，冰藍(lán)色，海洋藍(lán)，深藍(lán)等等，不同色系成份也有所不一樣。

8. 紫色，咖啡色，O2七彩等不常用顏色。

PVD工藝
PVD是眾多表面處理（金屬鍍膜）工藝中的其中一種，通過物理的方法在工件表面沉淀成一層薄膜的工藝，相對(duì)于電鍍來說，PVD屬于干法鍍膜技術(shù)，它不是在溶液中進(jìn)行，而是在真空條件下，是采用物理方法將材料源（固體或液體）表面氣化成氣態(tài)原子或分子，或部分電離成離子，并通過低壓氣體（或等離子體）過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。



PVD的整個(gè)流程可以簡化成如下:

PVD，由于這種方法基本都是處于真空環(huán)境下進(jìn)行，因此也稱真空鍍膜技術(shù)。PVD按鍍料氣化的方式可分為：真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍膜、真空離子鍍膜三大類，具體的細(xì)分見下圖。

PVD為什么要在真空環(huán)境下進(jìn)行?

1、防止氣體“污染”，如：鍍金屬膜時(shí)可以防止氧化，

大氣中的各種氣體對(duì)鍍膜來說是屬于雜質(zhì)氣體，如果不抽真空在鍍膜過程中會(huì)和膜材料發(fā)生反應(yīng)影響膜材料的純度，進(jìn)而影響膜材料的各種理化性能。
2、鍍的過程中不會(huì)受空氣分子碰撞，有較大的動(dòng)量到達(dá)待鍍件表面

如果不抽真空，會(huì)導(dǎo)致分子自由程過短，對(duì)蒸發(fā)鍍而言，會(huì)影響膜材料到達(dá)基片的能量，造成附著力低；對(duì)濺射鍍而言，會(huì)影響離子的濺射能量進(jìn)而影響膜材料到達(dá)基片的能量，而如果氣體太少，氣體分子不能成為離子，沒有很多可以轟擊靶材，所以也不行（對(duì)于蒸發(fā)鍍，真空度：P ≤ 10-3 Pa，保證蒸發(fā)，粒子具分子流特征，以直線運(yùn)動(dòng)；對(duì)于濺射鍍，充氬氣后真空度：10-2<P<10Pa，利于輝光放電）。



3、在真空的條件下，鍍膜材料的熔點(diǎn)較常壓下低

金屬或非金屬材料的蒸發(fā)與在大氣壓條件下相比容易得多在真空（負(fù)壓）狀態(tài)下，鍍膜材料的熔點(diǎn)較常壓下低，易于融化蒸發(fā)（對(duì)于蒸發(fā)類型的鍍膜），縮短蒸發(fā)時(shí)間，提高蒸發(fā)效率，以鋁為例，在大氣壓下，鋁要加熱到2400℃才能大量蒸發(fā)，但在1.3MPa的大氣壓強(qiáng)下，只要加熱到847℃就可以大量蒸發(fā)。
真空蒸發(fā)鍍膜

原理：真空蒸發(fā)鍍膜的原理極為簡單，可以簡單理解為，在真空室內(nèi)通過加熱使材料靶材蒸發(fā)，形成蒸汽流，同時(shí)保證待鍍件較低的溫度，使得靶材在待鍍件表面凝固。



真空蒸發(fā)鍍膜的基本工藝流程：

鍍前準(zhǔn)備→抽真空→離子轟擊→烘烤→預(yù)熔→蒸發(fā)→取件→膜層表面處理→成品


圖：真空蒸發(fā)鍍膜主要工藝流程

真空蒸發(fā)鍍膜工藝的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、容易操作；成膜的速率快（0.1-50um/min），效率高；制得薄膜純度高；膜厚可控性好；用掩?？梢垣@得清晰的圖形。
缺點(diǎn)：薄膜的厚度均勻性不易控制；靶材對(duì)于鍍件幾乎沒有沖擊，薄膜與基片（待鍍件）的結(jié)合不是十分緊密，附著力不高；此外其鍍膜速度較低，繞射性差（對(duì)基片的背面以及側(cè)面的沉積能力）；蒸發(fā)容器有污染的隱患，工藝重復(fù)性不好；此方法只適合制備低熔點(diǎn)材料薄膜。

  磁控濺射鍍膜

首先理解濺射現(xiàn)象：就像往平靜的湖水里投入石頭會(huì)濺起水花一樣，用高速離子轟擊固體表面使固體中近表面的原子或分子從固體表面逸出，這種現(xiàn)在稱為濺射現(xiàn)象。

真空濺射鍍膜工藝有分多種，其中磁控濺射鍍膜應(yīng)用較廣，其原理基于高能離子轟擊靶材的濺射效應(yīng)，整個(gè)濺射過程都是建立在輝光放電的基礎(chǔ)上，即濺射的離子都來源于氣體放電（通常把在電場作用下氣體被擊穿而導(dǎo)電的物理現(xiàn)象稱之為氣體放電），而放電的過程產(chǎn)生輝光，輝光的產(chǎn)生是因?yàn)榇罅康碾娮?、原子碰撞?dǎo)致原子中的核外電子受激躍到高能態(tài)，而后又衰變到基態(tài)并發(fā)射出光子，大量的光子就形成輝光。如下：



磁控濺射鍍膜的過程如下：

兩電極之間存在少量的游離的電子，在電場E的作用下，在飛向基片過程中與氬原子發(fā)生碰撞，使其電離產(chǎn)生出Ar正離子和新的電子。
其中，Ar正離子因帶正電荷，在電場作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發(fā)生濺射，在濺射粒子中，中性的靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜。
而新的電子（二次電子）飛向基片，二次電子在加速飛向基片的過程中受到電場和磁場的作用，向產(chǎn)生E（電場）×B（磁場）所指的方向漂移，簡稱E×B漂移，其運(yùn)動(dòng)軌跡近似于一條擺線。若為環(huán)形磁場，則電子就以近似擺線形式在靶表面做圓周運(yùn)動(dòng)，它們的運(yùn)動(dòng)路徑不但很長，而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域內(nèi)等離子體密度很高，并且在該區(qū)域中電離出大量的Ar 離子來轟擊靶材，從而實(shí)現(xiàn)了高的沉積速率。隨著碰撞次數(shù)的增加，二次電子的能量消耗殆盡，逐漸遠(yuǎn)離靶表面，并在電場E的作用下沉積在基片上。由于該電子的能量很低，傳遞給基片的能量很小，致使基片溫升較低。


圖：磁控濺射的原理

視頻：磁控濺射的原理

磁控濺射主要工藝流程：

l）基片清洗，主要是用異丙醇蒸汽清洗，隨后用乙醇等浸泡基片后快速烘干，以去除表面油污；
2）抽真空，真空須控制在2×104Pa以上，以保證薄膜的純度；

3）加熱，為了除去基片表面水分，提高膜與基片的結(jié)合力，需要對(duì)基片進(jìn)行加熱，溫度一般選擇在150℃~200℃之間；

4）氬氣分壓，一般選擇在0.01~1Pa范圍內(nèi)，以滿足輝光放電的氣壓條件；

5）預(yù)濺射，預(yù)濺射是通過離子轟擊以除去靶材表面氧化膜，以免影響薄膜質(zhì)量；

6）濺射，氬氣電離后形成的正離子在正交的磁場和電場的作用下，高速轟擊靶材，使濺射出的靶材粒子到達(dá)基片表面沉積成膜；

7）退火，薄膜與基片的熱膨脹系數(shù)有差異，結(jié)合力小，退火時(shí)薄膜與基片原子相互擴(kuò)散可以有效提高粘著力。



圖：磁控濺射主要工藝流程

磁控濺射鍍膜與其他鍍膜工藝對(duì)比：

1、優(yōu)點(diǎn)：工藝重復(fù)性好，薄膜純度高，可以在大面積的基片上獲得厚度均勻的薄膜，磁控濺射相比于蒸鍍，磁控濺射能精確控制膜層厚度，沉積薄膜的致密度有所加強(qiáng)，附著力好；不受靶材熔點(diǎn)的限制，對(duì)于大部分材料，只要能制成靶材，就可以實(shí)現(xiàn)濺射，所以可以沉積金屬膜層，也可以沉積非金屬膜層、化合物膜層。
2、缺點(diǎn)：成膜速度較蒸鍍慢（0.01-0.5um/min），設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，濺射靶材一旦穿透就會(huì)導(dǎo)致整塊靶材的報(bào)廢，所以靶材的利用率低，成本比蒸鍍高。
 真空離子鍍膜

真空離子鍍是一種結(jié)合了真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)和輝光放電等離子體技術(shù)的PVD技術(shù)。

真空離子鍍膜過程如下，分成兩步：

1、蒸發(fā)源接陽極，工件接陰極（這里跟磁控濺鍍相反），當(dāng)通以三至五千伏高壓直流電以后，蒸發(fā)源與工件之間產(chǎn)生輝光放電。由于真空罩內(nèi)充有惰性氬氣，在放電電場作用下部分氬氣被電離，從而在陰極工件周圍形成一等離子暗區(qū)。帶正電荷的氬離子受陰極負(fù)高壓的吸引，猛烈地轟擊工件表面，致使工件表層粒子和臟物被轟濺拋出，從而使工件待鍍表面得到了充分的離子轟擊清洗。
2、隨后，接通蒸發(fā)源交流電源，蒸發(fā)料粒子熔化蒸發(fā)，進(jìn)入輝光放電區(qū)并被電離。帶正電荷的蒸發(fā)料離子，在陰極吸引下，隨同氬離子一同沖向工件，當(dāng)拋鍍于工件表面上的蒸發(fā)料離子超過濺失離子的數(shù)量時(shí)，則逐漸堆積形成一層牢固粘附于工件表面的鍍層。


離子鍍的原理簡圖

視頻：磁控濺射的原理

離子鍍工藝綜合了蒸發(fā)（高沉積速率）與濺射（良好的膜層附著力）工藝的特點(diǎn)，真空離子鍍膜與其他鍍膜工藝對(duì)比：

優(yōu)點(diǎn)：
1）膜層的附著力強(qiáng)，不易脫落，這是離子鍍膜的重要特性；
2）繞射性好，可鍍基片的正反面甚至內(nèi)孔、凹槽、狹縫等復(fù)雜結(jié)構(gòu)；
3）鍍層質(zhì)量好，鍍層致密，厚度均勻，氣泡少；
4）成膜速度快，可達(dá)50um/min，可鍍制厚達(dá)30um的鍍層，是制備厚膜的重要手段。
5）清洗過程簡化，離子鍍工藝自身就有一種離子轟擊清洗作用，并且這一作用還一直延續(xù)于整個(gè)鍍膜過程，清洗效果極好。
缺點(diǎn)：由于電弧處的高溫以及離化粒子的撞擊，電弧離子鍍極易產(chǎn)生一些大顆粒，這嚴(yán)重影響鍍膜質(zhì)量；鍍膜時(shí)基板的溫度會(huì)升高到攝氏幾百度，膜與基體間存在較寬的過渡界面；會(huì)有氣體分子吸附；上述的缺點(diǎn)使離子鍍的應(yīng)用受到很大的限制。

三種鍍膜方式與薄膜性質(zhì)的比較：



PVD的應(yīng)用
PVD與水電鍍一樣，都屬于表面處理的范疇，都是通過一定的方式使一種材料覆蓋在另一種材料表面，獲得一層或者多層具有裝飾的作用或具有一定功能(耐磨、耐蝕、耐熱、導(dǎo)電等)的膜層。


一、由于PVD與水電鍍?cè)诠に嚿系牟煌琍VD與水電鍍對(duì)比，特點(diǎn)如下：
1、環(huán)保，真空鍍膜是在真空爐里進(jìn)行，不會(huì)產(chǎn)生有毒或有污染的物質(zhì)和氣體，對(duì)環(huán)境無不利影響；而水電鍍是在含鍍層金屬溶液里進(jìn)行，會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。

2、成本，水電鍍因工藝較簡單，從設(shè)備到環(huán)境的要求均沒有PVD苛刻，水電鍍?cè)诔杀旧嫌袃?yōu)勢(shì)。

3、鍍層性能，同樣的膜厚下，PVD鍍膜膜層與工件表面的附著力更大，可以折彎90度以上不發(fā)生裂化或者剝落，膜層的硬度更高，耐磨性和耐腐蝕性更好，膜層的性能也更穩(wěn)定；但通常情況下，水電鍍的膜厚比真空鍍的厚，水電鍍膜厚一般為15~20um，真空電鍍的膜厚一般為0.3μm～5μm，其中裝飾鍍膜膜層的厚度一般為0.3μm~1μm，因此，為保證真空鍍膜的附著力，均需后續(xù)進(jìn)行特殊的噴涂處理，比如過一層UV油。

4、膜層的種類與顏色， 水電鍍可以鍍的膜層的種類只有鍍金屬和合金，顏色較單調(diào)，常用一般只有亞銀色、灰銀，金色，黑鉻色，半光鉻等幾種；PVD鍍膜可以鍍的膜層的種類更為廣（包括金屬和非金屬），可以鍍出的各種膜層的顏色也更多，甚至可以鍍閃銀、魔幻藍(lán)、裂紋、水滴銀等五花八門的顏色或七彩色；

5、材料適應(yīng)范圍，對(duì)于塑膠材料，水電鍍通常只能對(duì)ABS塑膠和少量的ABS+PC塑膠材料上進(jìn)行電鍍加工，具有一定的局限性，而真空電鍍工藝可以適用的塑膠材料范圍相當(dāng)廣，除了ABS、ABS+PC塑膠之外，真空電鍍還可以在PC、PP、PMMA、PA、PS、PET等常見工程塑膠表面加工出金屬鍍膜效果，隨著技術(shù)的發(fā)展成熟，目前甚至可以在軟性塑膠表面進(jìn)行真空鍍膜加工了，比如TPU、TPE、PVC軟膠、硅膠、橡膠制品等；

6、鍍層的單面性；PVD可以單獨(dú)對(duì)工件的外表面、或者單獨(dú)對(duì)工件的內(nèi)表面進(jìn)行真空鍍，另一表面可以保留塑膠原有的外觀和功能，水電鍍由于采用的是浸泡式的電鍍方式，工件的內(nèi)外表面都被電鍍，如需局部不被電鍍，可以通過涂絕緣油或貼特殊的膠紙進(jìn)行遮蓋。

7、鍍層的導(dǎo)電性，PVD可以精確控制鍍層厚度，可以進(jìn)行導(dǎo)電和不導(dǎo)電真空電鍍（NCVM），而水電鍍的鍍層本身較厚，無法實(shí)現(xiàn)不導(dǎo)電。

8、鍍層的膜形差異



                傳統(tǒng)電鍍工藝示意圖                                      PVD鍍膜涂層工藝示意圖
一般濕式鍍層所制作之鍍膜會(huì)在表面覆蓋成一個(gè)薄膜層 ，不論底材之原先形狀為何，表面所呈現(xiàn)出來的薄膜層都會(huì)趨于平坦。PVD 鍍層會(huì)依底材形狀平均在上方形成一個(gè)鍍膜層，依底材高低形狀有所不同，經(jīng)鍍膜后的高低形狀也是依照原先底材之態(tài)樣。

二、PVD的應(yīng)用

1、裝飾膜

主要是為了改善工件的外觀裝飾性能和色澤，同時(shí)使工件更耐磨耐腐蝕延長其使用壽命；其能得到光亮、華貴的表面，在顏色上，成熟的有七彩色、銀色、透明色、金黃色、黑色、以及由金黃色到黑色之間的任何一種顏色，能夠滿足裝飾性的各種需要。
PVD裝飾鍍層顏色:

一般的金屬靶材在可見光的范圍內(nèi)(380-780nm顯示出高的反射率，呈現(xiàn)銀白色，但有些有色金屬，例如，金和銅，在特定的波長范圍內(nèi)具有選擇性的吸收，這樣就出現(xiàn)特殊的色彩。金在波長470nm附近的光線下，由于電子躍遷而產(chǎn)生選擇性的吸收，因而呈現(xiàn)出特有的金黃色。
在離子鍍膜中，常常用靶材加氣體(氮?dú)?、氧氣、乙炔、甲烷、氬氣?，形成金屬化合物的方法來調(diào)試各種顏色，甚至通過調(diào)整氣體比例、用量、濺射功率、濺射時(shí)間、基材處理溫度、濺射溫度、濺射時(shí)間等工藝參數(shù)，可以控制鍍出的顏色深淺變化；鍍膜結(jié)束后可以用相關(guān)的儀器對(duì)顏色進(jìn)行測(cè)量，使顏色得以量化，以確定鍍出的顏色是否滿足要求。
各種金屬化合物對(duì)于光譜的反射率曲線形式不一樣，如下圖有金、銀、鋁、鐵和TiN的反射率曲線，由圖可見，TiN的反射率曲線和黃金的較為相似，因而它們顏色與比較相近。黑色系列如TiC和CrC由于具有低的反射率,膜層吸收了大部波長的可見光,所以我們看上去是黑色的。


PVD鍍膜涂層常用置配：

鋯＋氮?dú)猓狐S綠調(diào)金黃色
鋯＋甲烷：深淺黑色

鋯＋氧氣：白色、透明膜

鋯＋氮?dú)猓淄椋航鹕⒎旅倒褰?br />
鉻＋甲烷：深淺黑色

鉻＋氮?dú)猓簻\黑色

鉻＋氮?dú)猓淄椋恒y灰色

鉻＋氧氣：輕黃色、紫色、綠色

SUS＋氧氣：紫色

SUS＋氮?dú)猓核{(lán)色

SUS＋甲烷：亮黑色

SUS＋甲烷＋氮?dú)猓核{(lán)黑色

硅＋氮?dú)猓汉谏?br />
硅＋氧氣：混濁白、透明膜

硅＋甲烷：黃色、綠色、藍(lán)色、黑色(靶材純度高于99%能調(diào)黑色)

鈦＋氧氣：光學(xué)膜七彩色。

鈦＋甲烷：深淺黑色( DLC制備不能達(dá)標(biāo))

鈦＋氮?dú)猓悍陆鹕?、黃銅色、紫色、紅色

鈦＋氮?dú)猓淄椋悍旅倒褰稹⒑诰G色、復(fù)古黃、棕色、紫色

鎢＋氮?dú)猓鹤攸S色

鎢＋甲烷：深淺黑色

鎢＋氧氣：紫色，鮮黃色，棕色，藍(lán)色

以上裝飾薄膜常用材料及其常用氣體，通常甲烷和乙炔都可互替，但涉及部分顏色甲烷效果更好。除以上常用材料外，
金屬靶材還有鎳、鋁、鉭、鉿、錳、銅、鋅、銦、錫、等，均有在鍍膜中使用。多質(zhì)靶材如鈦鋁、鉻鋁、鈦鋯、銅錳、鎳鉻、硅鋁、釩錸、鎢鉬等等。
另外在裝飾膜中我們還常常利用到光的另外一種特性：干涉性。如藍(lán)色，紫色,，都涉及到這方面的特性，當(dāng)氧氣量達(dá)到一定程度后，膜層的顏色隨著膜層厚度變化而發(fā)生變化，大致如下表：



真空鍍膜可生產(chǎn)顏色種類常用的有：

1.金色  2.鋯金色  3.香檳金色  4.玫瑰金色  5.古銅色  6.紅銅色  7.咖啡色  8.鈦色  9.銀色  10.灰色  11.黑色  12.黑色  13.紫紅色  14.寶石藍(lán)色  15.翠綠色  16.彩虹色
2、功能膜

主要是為了提高工件的表面硬度和耐磨性，降低表面的摩擦系數(shù)，提高工件的使用壽命；這方面主要應(yīng)用在各種零部件（齒輪、軸承、曲軸、活塞等）、刀具（如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等）、模具（注塑模、沖壓模、壓鑄模等）等產(chǎn)品中，可以使壽命成倍提高，較好地實(shí)現(xiàn)了低成本、高效益的效果。

在生活中，我們會(huì)看到金黃色的、鈷銅色的、黑色的等七雜八色的鉆頭、銑刀、模具等，這些就是經(jīng)過鍍膜技術(shù)加工后的涂層工具。
3、光學(xué)膜

1）增透膜/減反膜（AR膜）：
增透膜/減反膜是利用薄膜反射光與基底反射光發(fā)生干涉來調(diào)節(jié)反射率從而影響透過率，當(dāng)膜層為光波波長的四分之一時(shí),兩組反射光發(fā)生干涉,從而相互抵消，達(dá)到減反效果，因?yàn)楦鶕?jù)能量守恒，在吸收率基本不變的情況下透過率會(huì)增加，從而達(dá)到增透效果。
應(yīng)用：在我們生活中會(huì)常常接觸到增透膜/減反膜，例如：攝像頭鏡片經(jīng)常會(huì)鍍有增透膜來增強(qiáng)拍攝效果；電腦顯示器、手機(jī)屏幕經(jīng)常會(huì)鍍有增透膜使圖像更清晰，還可以減少反光造成的晃眼、看不清等情況，降低用眼疲勞。

2）反射膜/截止膜：

反射膜/截止膜是通過設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)膜層結(jié)構(gòu)及厚度，使其對(duì)特定波段的光呈現(xiàn)高反的薄膜。
應(yīng)用：目前我們生活也可以時(shí)常見到鍍有截止膜的產(chǎn)品，例如：防藍(lán)光手機(jī)屏就鍍有藍(lán)光截止膜，（藍(lán)光，是指波長在400~500納米的光線。藍(lán)光是一種可見光，藍(lán)光波短、能量高，能夠直接穿透晶狀體直達(dá)眼底視網(wǎng)膜上），手機(jī)屏或屏保護(hù)屏鍍上防藍(lán)光膜對(duì)藍(lán)光波段的光呈現(xiàn)高反效果，對(duì)其他可見光波段呈現(xiàn)較高透射效果。




3）顏色膜：

顏色膜是通過設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)膜層結(jié)構(gòu)及厚度，使其對(duì)不同波段的可見光呈現(xiàn)不同的反射率和透過率，從而調(diào)節(jié)其呈現(xiàn)出的顏色。
應(yīng)用：在我們生活中會(huì)常常接觸到顏色膜，例如：某些產(chǎn)品的防偽標(biāo)識(shí)鍍有顏色膜，利用不同角度入射光對(duì)應(yīng)的相對(duì)膜厚不同的原理，使其防偽標(biāo)識(shí)從不同角度看呈現(xiàn)不同顏色。
手機(jī)后蓋漸變色也是顏色膜的一種：



4、防水膜：

原理：AF防污防指紋玻璃是根據(jù)荷葉原理，在玻璃外表面涂制一層納米化學(xué)材料，將玻璃表面張力降至較低，灰塵與玻璃表面接觸面積減少90%，使其具有較強(qiáng)的疏水、抗油污、抗指紋能力；使視屏玻璃面板長期保持著光潔亮麗的效果。
防水膜是在產(chǎn)品鍍一層具有抗油污和抗水性能的頂膜，使水、塵等臟污與產(chǎn)品的接觸面積變小呈110度角，與使其不易粘附于產(chǎn)品表面，所以其表面會(huì)更加光潔、爽滑，增加了防水、防霧、防塵、防指紋等防污染的功能。
防水膜已經(jīng)普遍用在我們生活中，例如，現(xiàn)在大部分的手機(jī)屏幕及其鋼化膜都鍍有防水膜，使其表面會(huì)更加光潔、爽滑、有手感，并增強(qiáng)其防水。

5、PVD在塑膠件上的應(yīng)用

由于塑膠具有易成型、成本低、質(zhì)量輕、耐腐蝕等特點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用十分廣，但因其塑膠本身存在的一些缺點(diǎn)制約了塑膠的擴(kuò)大應(yīng)用。近些年伴隨著塑膠表面真空鍍膜技術(shù)的誕生和日趨成熟的應(yīng)用，使塑膠部件在保留原有特性的同時(shí)具有了金屬的質(zhì)感，將有機(jī)材料和無機(jī)材料結(jié)合起來，提高了它的物理、化學(xué)性能，提升了塑膠材料在現(xiàn)代工業(yè)方面的應(yīng)用范圍。
塑膠真空鍍膜技術(shù)優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1．使塑膠表面具有金屬質(zhì)感；因?yàn)橄鄬?duì)于鋁、銅、鐵、不銹鋼等金屬部件來講，塑膠部件的制造工藝具有得天獨(dú)厚的大批量低成本易加工等優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過表面真空鍍膜加工的塑膠部件在工業(yè)品的外觀方面已經(jīng)或正在越來越廣的取代金屬部件，從而降低工業(yè)及消費(fèi)電子類產(chǎn)品的制造成本，提升和鞏固了產(chǎn)品在同行業(yè)競爭中的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
2．賦予塑膠產(chǎn)品導(dǎo)電性能；相對(duì)于單純的塑膠部件，真空鍍膜加工后的塑膠產(chǎn)品可以根據(jù)使用場合的需要賦予產(chǎn)品良好的導(dǎo)電性能，比如大多數(shù)電子消費(fèi)品加工制造過程強(qiáng)調(diào)的電磁屏蔽性能（EMI）即可通過在塑膠件內(nèi)壁進(jìn)行導(dǎo)電性真空鍍膜加工的方式而獲得，在相同的功效下，相對(duì)于原來采用銅箔或鋁箔的制造工藝，真空鍍膜EMI工藝具有無可比擬的成本優(yōu)勢(shì)。
3．可以進(jìn)行不導(dǎo)電真空電鍍（NCVM）；對(duì)于工作過程中需要對(duì)外發(fā)射無線信號(hào)的電子消費(fèi)品外觀裝飾件而言，需要塑膠件具有金屬光澤的同時(shí)，還要保證塑膠表面的金屬電鍍層不會(huì)屏蔽或者衰減設(shè)備的無線電信號(hào)（比如藍(lán)牙信號(hào)、射頻信號(hào)等），不導(dǎo)電真空鍍膜（NCVM）技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生了，這種真空鍍膜技術(shù)既保證了塑膠表面的金屬質(zhì)感，又不會(huì)影響到設(shè)備對(duì)外的信號(hào)發(fā)射；相對(duì)于水電鍍的鍍層導(dǎo)電影響電子信號(hào)，不導(dǎo)電真空電鍍（NCVM）工藝為廣大的設(shè)計(jì)研發(fā)工程師提供了一種魚和熊掌兼得的完美選擇。
4． 可以進(jìn)行單層電鍍；通俗的講，可以單獨(dú)對(duì)塑膠產(chǎn)品的外表面、或者單獨(dú)對(duì)塑膠產(chǎn)品的內(nèi)表面進(jìn)行真空電鍍加工，而另一表面可以保留塑膠原有的外觀和功能，這一點(diǎn)相對(duì)于浸泡式作業(yè)的水電鍍工藝而言又是一道無法跨越的坎。
5． 真空鍍顏色多樣化，真空電鍍因其工藝的便利性，可以在紅、黃、藍(lán)三基色的基礎(chǔ)上調(diào)整配方和比例從而形成千變?nèi)f化的電鍍顏色效果（比如粉色、紅色、綠色等），而水電鍍則只能制作光鉻、啞鉻、黑鉻、白鉻等寥寥可數(shù)的少數(shù)幾種顏色效果，與真空電鍍的顏色豐富程度不可同日而語。
6． 材料適應(yīng)范圍廣；水電鍍通常只能對(duì)ABS塑膠和少量的ABS+PC塑膠材料上進(jìn)行電鍍加工，具有一定的局限性，而真空電鍍工藝可以適用的塑膠材料范圍相當(dāng)廣，除了ABS、ABS+PC塑膠之外，真空電鍍還可以在PC、PP、PMMA、PA、PS、PET等常見工程塑膠表面加工出金屬鍍膜效果，隨著技術(shù)的發(fā)展成熟，目前甚至可以在軟性塑膠表面進(jìn)行真空鍍膜加工了，比如TPU、TPE、PVC軟膠、硅膠、橡膠制品等。
7． 可以進(jìn)行半透明真空電鍍；針對(duì)現(xiàn)代消費(fèi)電子類產(chǎn)品越來越新潮的外形設(shè)計(jì)，現(xiàn)在前端的電子產(chǎn)品的隱藏式顯示屏，即采用了半透明真空電鍍技術(shù)，其原理是，在LED顯示屏的外面配置一層經(jīng)過半透明真空鍍加工的透明塑膠視窗，在設(shè)備未開啟的狀態(tài)下，其LED顯示面板是隱藏看不見的，當(dāng)設(shè)備通電開啟后，顯示面板上的LED發(fā)光字體可以透過電鍍塑膠視窗被消費(fèi)者或者用戶看到，從而提高產(chǎn)品的科技感和時(shí)尚感。
8． 環(huán)保無毒；真空電鍍技術(shù)是一種通過物理的方式將融化的金屬離子附著于塑膠產(chǎn)品的表面形成鍍膜層的工藝，整個(gè)加工過程無需添加任何化學(xué)品或化學(xué)制劑，是一種 無毒環(huán)保的加工工藝，隨著全球?qū)G色環(huán)保的重視力度加大，通過化學(xué)方式進(jìn)行水電鍍加工工藝由于存在三價(jià)鉻、六價(jià)傷等非環(huán)保的原因已漸漸淡出電子消費(fèi)品、食物相關(guān)用品、玩具品及相關(guān)行業(yè)了。
9． 優(yōu)良的環(huán)境耐候性能；真空電鍍工藝可以賦予產(chǎn)品更加優(yōu)良的耐極端使用環(huán)境的性能，比如耐高溫高濕、耐低溫、耐熱燙、高鹽份（耐鹽霧）、耐紫外線照射老化、耐化妝品、耐汗液、耐酸堿等性能；一般的噴油工藝或水電鍍工藝是無法滿足這些性能要求的。
塑膠件真空鍍層的結(jié)構(gòu)：



1、在真空鍍膜前要先在塑膠基材表面進(jìn)行底漆UV涂裝的主要原因：

1）增加鍍層與塑膠基材表面的附著力
底漆UV涂料中的活性稀釋劑對(duì)塑膠基材具有較強(qiáng)的侵蝕能力，活性稀釋劑將塑膠基材輕微溶脹或軟化，這樣涂料固化后在底漆UV與基材介面之間形成了互穿網(wǎng)絡(luò)，可以提高整個(gè)鍍膜層的附著力。
如果直接在塑膠基材表面進(jìn)行真空鍍膜，而不做底漆UV噴涂的話，因金屬鍍膜層缺少對(duì)塑膠基材的侵蝕力，會(huì)導(dǎo)致鍍膜層與塑膠基材附著不良的現(xiàn)象。
2）封閉基材內(nèi)的殘留物，確保鍍膜質(zhì)量
通過UV涂層來封閉基材內(nèi)的塑化劑殘留物、腐蝕性氣體殘留及脫模劑潤滑劑等油脂性分子殘留，防止真空鍍膜時(shí)或工件使用過程中基材中的這些揮發(fā)性雜質(zhì)溢出，影響鍍膜質(zhì)量。
基材中如有揮發(fā)性雜質(zhì)釋放會(huì)使鍍鋁膜層發(fā)彩、變色、氧化、發(fā)黑等，影響真空電鍍的金屬質(zhì)感和外觀效果。
3）提高基材表面平整度，確保鏡面鍍膜效果
一般來說，塑料表面本身具有0.51nm左右的粗糙度，真空鍍膜的厚度不超過0.2μm，無法填平基材表面的凹凸不平，得不到理想的鏡面反射效果。而底漆UV涂層的厚度一般達(dá)到10-20μm，表面平整度在0.1μm以下，涂裝UV底漆后可填平塑膠基材表面的缺陷并得到理想的真空鍍膜金屬光澤效果。
4）降低金屬鍍層和塑膠直接接觸的熱膨脹系數(shù)，減少膜層破裂的概率
塑料基材與真空鍍層通常為金屬)兩者熱膨脹系數(shù)相差很大，在真空鍍膜升溫、降溫過程中膜層容易破裂，膜層越厚，破裂的可能性越大，因此選用合適的涂層作為過渡層，可以減少內(nèi)應(yīng)力的積累和破裂的發(fā)生。
2、在真空鍍膜后再進(jìn)行面漆UV涂裝的主要原因：

主要是為了增加塑膠表面的硬度，塑膠材料易成型的特性決定了其表面不具備良好的耐刮傷性能，真空鍍的鍍層一般較薄，真空鍍?cè)阱兡ね瓿珊?，還在鍍膜層表面加罩了一層光固化UV涂料，提升了產(chǎn)品表面的硬度，提升了產(chǎn)品的耐刮花、耐劃傷、耐磨性能， 可以達(dá)到4H級(jí)別的硬度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出水電鍍工藝的抗刮傷耐磨級(jí)別。
PVD用于汽車模具

隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展及工藝水平的提高，尤其是高強(qiáng)度板在汽車鈑金上的普遍應(yīng)用，冷作模具易發(fā)生變形、磨損、疲勞和斷裂等失效形式，嚴(yán)重影響了模具的使用壽命。在汽車模具領(lǐng)域，表面處理技術(shù)主要是解決沖壓件的拉傷問題，以及提高模具使用壽命。單傳統(tǒng)的TD、電鍍、熔射由于受變形量、鍍膜次數(shù)以及鍍膜均勻性的限制已不能滿足高速發(fā)展的需要。

決此類問題，在沖壓領(lǐng)域引進(jìn)了一種新型表面處理工藝——PVD。PVD(Physical VaporDeposition)，是指利用物理過程實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)移，將原子或分子由源轉(zhuǎn)移到基材表面上的過程。它的作用是可以使某些有特殊性能(強(qiáng)度高、耐磨性、散熱性、耐腐性等)的微粒噴涂在性能較低的母體上，使得母體具有更好的性能。

 PVD技術(shù)工作原理 

PVD表面處理工藝的工作原理為：將要鍍膜處理的工件2置于真空容器1的電弧蒸發(fā)源3中，在高真空條件下，通過電弧蒸發(fā)源加熱使其蒸發(fā)，當(dāng)蒸發(fā)分子的平均自由程大于真空室的線性尺寸以后，蒸汽的原子和分子從蒸發(fā)源表面溢出后，很少受到其他分子或原子的沖擊與阻礙，可直接到達(dá)工件基體表面上，遇有基體溫度較低，便凝結(jié)其上而成膜。


 PVD表面處理技術(shù)要求 

為了保證處理后的工件硬度和使用壽命，PVD處理技術(shù)對(duì)原材料有一定的要求。

(1)材質(zhì)要求：高速鋼、預(yù)硬鋼、熱作模具鋼、工具鋼、冷作模具鋼。比如：T10A鋼、7SiCrMnMoV鋼、CrWMn鋼或Cr12Mo1V1等。

(2)熱處理要求：工具鋼、冷作模具鋼材經(jīng)過三次500℃以上的高溫回火。

(3)尺寸要求：較大尺寸600mm×400mm×280 mm?？讖?孔深比或槽寬/槽深比應(yīng)大于1。

(4)其他要求：模具上必須有可供上掛夾持用的孔、螺紋孔、臺(tái)階等，以供后續(xù)包綁、上掛用。

 具體實(shí)施方式 

(1)對(duì)鑲塊進(jìn)行補(bǔ)焊及拋光處理，補(bǔ)焊后必須進(jìn)行回火去應(yīng)力處理。沖壓模具Ra＜0.5μm，而成形面需Ra＜0.2μm，便于提高PVD 處理后效果。

(2)脫脂處理。包含4個(gè)步驟：①去油；分三個(gè)超聲波清洗槽，每個(gè)槽里面的清洗劑含量逐漸降低，每個(gè)槽清洗時(shí)間為5～10min。②清水去污；分三個(gè)清水清洗槽，一個(gè)槽清水噴淋，時(shí)間為3min，第二和第三個(gè)槽用超聲波清洗，時(shí)間均為3min。③去離子水清洗；分為三個(gè)槽，一、二槽為去離子水超聲槽，時(shí)間3min，第三個(gè)槽為去離子水浸泡清洗，時(shí)間3min。④脫水；用熱風(fēng)吹8～10min，保證工件干燥。

(3)噴砂處理。所選噴料為銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂或海南砂中的一種。噴砂步驟能夠使工件表面或形狀發(fā)生變化，由于磨料對(duì)工件表面的沖擊和切削作用，使工件的表面獲得一定的清潔度和不同的粗糙度，使工件表面的機(jī)械性能得到改善，因此提高了工件的抗疲勞性，增加了它和涂層之間的附著力，延長了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和裝飾。

(4)對(duì)鑲塊進(jìn)行PVD處理。①氮化處理；將PVD 爐抽真空，通入液氨，加熱使氨氣蒸發(fā)對(duì)冷沖壓模具表面進(jìn)行處理。②涂層沉積；具體選用TiN、CrN、TiCN、TiAlN或CrAlN中的一種，根據(jù)工件不同的要求，選用涂層種類。

(5)對(duì)PVD后的工件進(jìn)行拋光，沖壓模具Ra＜0.5μm，而成形面需Ra＜0.2μm。

(6)對(duì)PVD后的工件進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表1所示。



(7)復(fù)合涂層的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的檢驗(yàn)方法與標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。



鑲塊通過PVD處理，表面光潔度得到很【返回列表】