Для приобретения товарного вида и определенных технических свойств на современном производстве все готовые изделия покрываются различными материалами. Особенно актуальным этот вопрос является для металлических деталей, где покрытие играет не столько декоративную роль, сколько защищает металл от коррозии и прочих вредных факторов окружающей среды.

Вакуумное напыление

В современном производстве самой продвинутой технологией нанесения покрытий на детали является вакуумное напыление. Технология заключается в прямой конденсации пара наносимого покрытия на поверхность детали. Определяется три основных стадии такого напыления:

Испарение вещества, из которого будет создаваться покрытие;

Перенос созданного пара к поверхности, на которую вещество будет наноситься;

Конденсация пара на поверхность детали и создание покрытия из него.

Установка для хромирования литых дисков

Методы вакуумного напыления

Помимо вакуума, в напылении могут учувствовать и другие физические процессы. Нижеприведенная классификация также будет касаться и веществ, которые будут напыляться на поверхность.

Вакуумно-плазменное напыление

Вакуумно-дуговое нанесение покрытий проводится по следующему механизму. Катодом выступает поверхность, на которую необходимо нанесение пленки, анодом выступает подложка газоразряда. Когда дуга накаляет атмосферу до предельной температуры, происходит переход напылительного материала в газообразную фазу и перенос его к катоду. Затем молекулы напылителя конденсируются на поверхности изделия, образуя однородный слой. Однородность в установках вакуумно-дугового напыления может быть отрегулирована вплоть до получения исходного изделия с разводами напылителя.

Такая сложная технология применяется для нанесения сверхтвердых покрытий на режущие и сверлящие инструменты. Крепкие износостойкие буры для перфораторов создаются с помощью вакуумно-плазменного напыления.

Высокопрочные буры для перфоратора

Ионно-вакуумное напыление

Считается самым экологически чистым способом нанести покрытие на любую металлическую поверхность. Минус заключается в дорогостоящем оборудовании, далеко не каждое предприятие может себе позволить его покупку и установку.

Жесткие требования также предъявляются к чистоте поверхности, однако конечный результат превосходит все ожидания. Нанесенное покрытие отличается высокой однородностью, прочностью и износоустойчивостью, поэтому таким способом напыляют покрытия на детали и механизмы, которые будут эксплуатироваться в жестких климатических условиях. Является последней операцией, после которой дальнейшая обработка деталей не допускается – ни сварки, ни резки быть не должно.

Вакуумное напыление алюминия

Нанесение алюминия считается самым популярным способом металлизации практически любой поверхности. Универсальность алюминия позволяет наносить его на такие необычные поверхности, как пластик и стекло, причем, в отличие от остальных металлов, здесь не нужно дополнительное лаковое покрытие для прочности. Алюминий обычно используется в декоративных целях – им обрабатываются автомобильные аксессуары и отражатели для фар, косметические элементы, ручки шкафов и дверей, швейные принадлежности. Этот металл хоть и не отличается высокой прочностью, однако отработка технологии позволила сильно уменьшить стоимость такого напыления, делав его самым распространенным в мире.

Отражатель автомобильной фары с алюминиевым покрытием

Вакуумное напыление металлов

Помимо алюминия, имеется ряд не менее распространенных металлов для напыления. Благодаря различным физическим и химическим свойствам они нашли применение абсолютно во всех отраслях промышленности. Основные назначения напыленных металлов:

улучшение проводимости;

повышение изоляции;

придание износоустойчивых и антикоррозийных свойств.

Регулирование температуры при нанесении слоя покрытия позволяет придать конечному изделию практически любой оттенок, этим часто пользуются для нанесения покрытий «под золото» (используются никеле-титановые сплавы).

Широкое распространение напыление титана и серебра нашли в медицине. Эти уникальные металлы очень хорошо взаимодействуют с организмом человека и имеют антибактериальные свойства. Имплантаты и хирургические инструменты (а также стоматологические и прочие) практически везде имеют напыление серебра – высокая гарантия прочности и стерильности инструмента.

Вакуумное ионно-плазменное напыление

Под воздействием высоких температур покрытие не просто конденсируется на поверхности детали, оно буквально запекается на нем, что придает конечному изделию очень высокие технические характеристики – износоустойчивость при механическом воздействии и хорошую сопротивляемость жестким погодным условиям.

Установка вакуумного напыления УВН

Приборы типа УВН – современные высокотехнологические установки вакуумного напыления. В зависимости от назначения, может оборудоваться любыми устройствами для испарения вещества и его переноса на поверхность детали. Строение:

Технологическая камера закрытого типа – область, где размещается деталь, которая обрабатывается в процессе вакуумного напыления.

Блок управления – панель с кнопками и регуляторами, которые позволяют задавать все необходимые параметры перед началом работы. Современные варианты установок вакуумного напыления оборудованы цифровыми дисплеями для отображения параметров процесса в реальном времени.

Корпус установки скрывает под собой все важные механические и электронные узлы агрегата, защищая их от случайного и несанкционированного вмешательства, а также обеспечивая безопасность оператору станка. В зависимости от размера машины, комплектуется колесиками (с тормозными колодками, для маленьких моделей), либо устанавливается стационарно (для мощных и производительных камер).

Классическая УВН

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.

Установка для вакуумной металлизации

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.

Результат вакуумной металлизации

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.

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.

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.

 Вакуумное напыление основано на создании направленного потока частиц (атомов, молекул, кластеров) наносимого материала на поверхность изделий и их конденсации.
Процесс включает несколько стадий: переход напыляемого вещества или материала из конденсированной фазы в газовую, перенос молекул газовой фазы к поверхности изделия, конденсацию их на поверхность, образование и рост зародышей, формирование пленки.
 Вакуумное напыление - 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 химического 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 поверхности и малом химическом сродстве частица отражается поверхностью.
 Температура поверхности детали, выше которой все частицы отражаются от нее и пленка не образуется, называется критической температурой напыления вакуумного; 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, несколько превышающих температуру поверхности при напылении. Часто посредством вакуумного напыления создают многослойные пленочные структуры из различных материалов.
 Напыление вакуумное используют в планарной технологии полупроводниковых микросхем, в производстве тонкопленочных гибридных схем, изделий пъезотехники, 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.).

 
Рис. П2.1.

 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 непрерывного 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 самостоятельные устройства, выполняющие заданные функции:
 ·создание вакуума;
 ·испарение или распыление материала пленок;
 ·транспортировка и осаждение покрытия;
 ·контроль режимов вакуумного напыления и свойств пленок;
 ·электропитание.

 Установки вакуумного напыления

 Вакуумная установка резистивного напыления серии DV-502B (Рис. П2.2.) (данная установка является настольной)

Рис. П2.2.

 Установка ВАТТ1600-4ДК (Рис. П2.4.) предназначена для нанесения комбинированного покрытия, которое может состоять из слоя металла, слоя соединения этого металла (оксид, нитрид, карбид) и слоя SiOx.

Рис. П2.3.

 Применяя различные соединения титана возможно получать различные оттенки золотого, синего, зеленого, черного и некоторых других цветов (Рис. П2.4.). Покрытия можно наносить на листы нержавеющей стали с любой обработкой поверхности: зеркальной, шлифованной, декоративной текстурированной или обычной матовой. Габариты вакуумной установки позволяют напылять листы размером 1500х3000 мм. Листы после напыления могут быть покрыты самоклеющейся защитной пленкой. Стоимость напыления – от 700 руб./кв.м.

 

Рис. П2.4. Применение вакуумного напыления.

Нержавеющая сталь:

 Для вакуумного напыления нитридом титана используют подложку из нержавеющей стали.
 ·элегантность и изящество в отделке;
 ·коррозионная стойкость, устойчивость к воздействию атмосферных воздействий;
 ·соответствие самым строгим гигиеническим требованиям;
 ·легкость ухода и долговечность;
 ·термостойкость и пожаробезопасность;
 ·отличное сочетание с другими отделочными материалами (стекло, пластик, дерево, камень).

Технические характеристики:

 ·Материал подложки - сталь нержавеюшая, 08Х18Н10 (AISI 304);
 ·Толщина подложки 0,5мм – 1,5 мм;
 ·Покрытие нитрид титана, толщина 0,2-6 мкм;
 ·Цвет покрытия - различные оттенки золотого;
 ·Светорассеивание - от зеркального до матового;
 ·Механические свойства - допускает многократный изгиб и холодную штамповку;
 ·Атмосферостойкость - не менее 50 лет.

Метод получения материала

 Покрытие на нержавеющей стали TIN, TiO2 и TiON получено методом ионно-плазменного напыления в вакуумной камере.
 Листы нержавеющей стали, после предварительной обработки, которая обеспечивает высокую отражающую способность покрытия, помещаются в герметичную вакуумную камеру. Во время процесса напыления в камере создается глубокий вакуум, который обеспечивает заданный цвет и стойкость покрытий.
 При ионно - плазменном напылении ионы плазмы, обладающие высокой энергией, выбивают с поверхности титанового листа атомы титана, которые в свою очередь, проходя через высокоразреженное облако азота или кислорода, окисляясь, внедряются в материал подложки.
 Такой процесс обеспечивает хорошие адгезионные и декоративные свойства покрытия.
 Технологии вакуумного напыления являются чрезвычайно энергозатратными, и во многих странах превращаются в нишевой продукт. Многие компании заменяют вакуумное напыление на более производительное и менее затратное атмосферное плазменное напыление.
 Качества и свойства материала:
 Высокая атмосферная и антикоррозионная стойкость декоративного покрытия подтверждена сертификатом соответствия ГОСТ №СХ02.1.3,0040 от 18.09.96г. и составляет 50 лет в условиях городской атмосферы;
 Цвет может быть достигнут любой, но технологический процесс отлажен под три основных цвета: имитирующий цвет золота - покрытие TiN, синий - покрытие TiO2, имитирующий цвет свежей меди - покрытие TiON;
 Отражающая способность покрытия - 60-70%;

Области применения:

 ·Кровля куполов церквей и крыш зданий;
 ·Наружная реклама (таблички, объемные и плоские буквы из нержавеющей стали);
 ·Декоративное оформление зданий и интерьеров помещений;
 ·Реставрация памятников культуры;
 ·Изготовление фрагментов сувениров и фурнитуры.
 Вакуумное напыление применяется для изделий как из чёрного металла так и других металлов, используются различные напыления, в том числе и под золото, серебро (Рис. П2.5.).

 

Рис. П2.5. Применение вакуумного напыления.

 Материалы покрытий:
 TiN - нитрид титана (золотисто-бронзовый,повышенной износостойкости);
 TiOx1Cx2Nx3 - карбонид титана
 Gr - хром (белый);
 TiOx - оксид титана (голубой, многоцветный, перламутровый);
 NiGr - нихром (светло-серый);
 ZrN - нитрид циркония (светло-золотистый);
 также алюминий, медь и т.д., по желанию заказчика.
 Цвет, твердость и другие параметры покрытия могут варьироваться в широком диапазоне материалов и оттенков.
 Важными характеристиками микросхем является быстродействие, электрические контакты, формат матрицы и т.д. Для повышения одного из самого важного параметра – быстродействие – требуется повысить проводимость электрических контактов. Наиболее простым способом сделать это является вакуумное напыление элементов через свободные маски. Золото обладает очень хорошей проводимостью, что дает возможность повысить скорость прохождения информации.

Микросхема PRAM-памяти компании Intel (Рис. П2.6.)

 Материал: Золото(серебро).

 
Рис. П2.6. Микросхема PRAM-памяти компании Intel

Подшипники скольжения центробежных насосов (Рис. П2.6.)

 Самой главной характеристикой подшипника является его ресурс. Для его повышения у подшипников скольжения разработана специальная технология детонационного напыления с нанесением нанопорошков. В процессе детонационного напыления получены наноструктурированные покрытия с содержанием монокарбида 62%. Испытания таких покрытий на трение и износ в воде показали, что они обладают пониженным коэффициентом трения, высокой нагрузкой заедания по сравнению с обычным покрытием из керамического порошка.
 Технологии: вакуумное напыление
 Отрасль: Электроника и Электротехника
 Материал: быстрозакаленные магнитные порошки БЗМП системы Nd-Fe-B.

Рис. П2.6. Подшипник скольжения

Высокоскоростное напыление

 Высокоскоростное газопламенное напыления по праву считается наиболее современной из технологий напыления. Твердосплавные покрытия, нанесенные методами высокоскоростного напыления, по всем статьям превосходят гальванические покрытия , процесс создания которых признан чрезвычайно канцерогенным .
 В начале 80-х годов появились установки высокоскоростного напыления, более простые по конструкции и основанные на классической схеме ЖРД, со скоростью газового потока более 2000 м/с. Плотность покрытий достигает 99%. В качестве наносимого материала используют порошки карбидов, металлокарбидов, сплавов на основе Ni, Cu и др. Для увеличения скорости частиц увеличивают скорость истечения продуктов сгорания путем повышения давления в камере сгорания до 1,0…1,5 МПа, а в конструкцию соплового аппарата вводят сопло Лаваля. На Рис. П2.7. представлена схема распылителя системы ВСН.

Рис. П2.6. Схема высокоскоростного порошкового распылителя:
1 - подача порошка (осевая); 2 - подача кислорода; 3 - подача топлива;
4 - подача порошка (радиальная); 5 - ствол.

Навигация:

Процесс вакуумного напыления состоит из группы методов напыления покрытий (тончайших плёнок) в вакуумной сфере, при каких компенсация выходит действием непосредственного конденсирования пара, причиняемого элемента.

Существуют следующие этапы вакуумного напыления:

• Выработка газов (пара) с компонентов, производящих возмещение;
• Транспортировка паров к подложке;
• Накопление паров в подложке и создание напыления;

К перечню методов напыления вакуумным способом относятся приведенные ниже научно-технические движения, а помимо этого быстрые типы этих операций.

Перечень методов термо-напыления:

• Испарение при помощи гальванического луча;
• Испарение при помощи лазерного луча.

Испарение вакуумной дугой:

• Сырье выпаривается в катодном пятнышке, за это отвечает электрическая дуга;
• Эпитаксия при помощи молекулярного луча.

Ионное рассеивание:

• Первоначальные сырьевые материалы распыляются бомбардировкой ионным потоком и воздействуют на подложку.

Применение

Вакуумное возмещение применяют с целью развития в плоскости компонентов, устройств и механизмов эксплуатационных покрытий - проводников, изолянтов, износостойких, коррозионно-стабильных, эрозийно-устойчивых, антифрикционных, антизадирных, барьерных и прочих. Данные манипуляции используются с целью нанесения украшающих покрытий, к примеру, при сборке часовых механизмов с позолоченной поверхностью и покрытие оправы для очков. Единый из основных операций микроэлектроники, где применяется с целью нанесения проводящих слоев (металлизации). Вакуумное возмещение используется с целью извлечения оптических покрытий: просветляющих, отражающих, фильтрующих.

В научно-техническую область способен быть внедрён химико активный газ, к примеру, ацетилен (с целью покрытий, вводящих углерод), неметалл, воздушное пространство. Хим. отклик в плоскости подложек запускается нагреванием, либо ионизацией и диссоциацией газов одной из конфигураций газового строя.

Благодаря использованию методов вакуум напылений обретают покрытие толщина которого может составлять несколько ангстрем либо достигать многих микрон, как правило в следствии нанесения напыления поверхность не требует дополнительного обрабатывания.

Методы вакуумного напыления

Судьба каждой из крупиц напыляемого компонента при соударении с поверхностью, составляющие пребывает в зависимости от ее энергии, температуры плоскости и хим. сродства элементов пленки и составляющих. Атомы или молекулы, достигнувшие плоскости, имеют все возможности либо отразиться с нее, либо адсорбироваться и через конкретный период времени, покинуть ее (десорбция), либо адсорбироваться и создавать в плоскости конденсат (уплотнитель). При высоких энергиях крупиц, высокой температуре плоскости и незначительном хим. сродстве, элемент отражается поверхностью. Температура плоскости детали, больше которой все частицы отражаются с нее и слой не сформируется, называется серьезной температурой напыления вакуумного, её значимость пребывает в зависимости от естества элементов пленки и плоскости составляющих, и от состояния плоскости. При крайне небольших потоках испаримых элементов, в том числе и в случае если данные частицы в плоскости адсорбируются, однако редко встречаются с другими аналогичными частицами, они десорбируются и не могут создавать зародышей, то есть слой совершенно не возрастает. Серьезной частотой потока испаримых компонентов с целью данной температуры плоскости называется наименьшая плотность, при которой частицы конденсируются и образовывают покров.

Вакуумно-плазменное напыление

Согласно этому методу нетолстые пленки толщиной 0,02-0,11 мкм получаются в следствии нагрева, улетучивания и осаждения компонента на подложку в отделенной камере при сжатом давлении газа в ней. В камере с помощью вакуумного насоса создается наибольшее воздействие остаточных газов приблизительно 1,2х10-3 Па.

Рабочая камера подразумевает собой металлический или стеклянный колпак с концепцией наружного водяного остужения. Камера расположена в центральной плите и создает с ней вакуумно-защищенное соединение. Подложка, в которой ведется напыление, закреплена на держателе. К подложке прилегает нагреватель, раскаливающий подложку вплоть до 2400-4400 оС, с целью улучшения адгезии напыляемой пленки. Конденсатор включает в себя нагреватель и источник напыляемого компонента. Переходная заслонка закрывает протекание паров с испарителя к подложке. Возмещение длится в процессе времени, когда затворка не захлопнута.

Для нагрева напыляемого компонента в основном используется 2 типа испарителей:

• Прямонакальный многопроволочный либо двухленточный теплообменник, изготовляемый с вольфрама или молибдена;
• Электронно-радиальные испарители с нагревом испаримого компонента гальванической бомбардировкой.

Для напыления пленок с многокомпонентых элементов применяется взрывное улетучивание. При этом конденсатор нагревается вплоть до 15000 оС и посыпается порошком из смеси испаримых элементов. Аналогичным методом удаётся приобретать композиционные напыления.

Некоторые популярные элементы для покрытий (к примеру, золото) располагают некачественной адгезией с кремнием и другими полупроводниковыми элементами. В случае низкокачественной адгезии испаримого элемента к подложке, испарение прокладывают в 2 пласта. Сначала поверх подложки наносят пласт сплава, имеющего отменную адгезию к полупроводниковой подложке. Затем напыляют главный слой, у которого присоединение с подслоем ранее отличное.

Ионно-вакуумное напыление

Данный метод заключается в распылении элемента причиняемого компонента, присутствующего перед негативным потенциалом, из-за бомбардировки ионами бездейственного газа, возникающих в процессе возбужденности тлеющего разряда внутри установки вакуумного напыления.

Материал отрицательно заряженного электрода распыляется пред влиянием ударяющихся о него ионизованных атомов бездейственного газа. Данные пульверизированные переходные атомы и осаждаются поверх подложки. Главным преимуществом ионно-вакуумного метода напыления является отсутствие необходимости нагрева испарителя вплоть до высокой температуры.

Механизм возникновения перетлевающего разряда. Разлагающийся разряд отслеживается в камерах с низким давлением газа между 2-я металлическими электродами, на которые подается высокое напряжение вплоть до 1-3 кВт. При этом негативный электрод как правило заземлен. Катодом является мишень с распыляемого элемента. С камеры предварительно откачивается воздушное пространство, далее запускается газ вплоть до давления 0,6 Па.

Тлеющий разряд получил свое название из-за наличия в мишени (катоде) так называемого тлеющего сияния. Это сиянье обуславливается большим падением способности в тесном пласте объёмного заряда около катода. К зоне TC прилегает область фарадеевого тёмного места, переходящая в положительный столбец, что является самостоятоятельной частью разряда, совершенно непригодной с прочих слоев разряда.

Вблизи анода, помимо этого, имеется небольшой слой объёмного заряда, называемый анодным слоем. Другой элемент межэлектродного промежутка захвачен квазинейтралом плазмы. Подобным методом, в камере отслеживается растровое свечение с чередующихся тёмных и светлых полос.

Для прохождения тока между электродами необходима устойчивая эмиссия электронов катода. Эту эмиссию разрешается вызвать согласно принуждению с помощью нагрева катода, или облучения его ультрафиолетовым светом. Подобного рода разряд является несамостоятельным.

Вакуумное напыление алюминия

В отдельных вариантах, в особенности при напылении пластмассы, используется металлизация алюминием, а этот металл — сырье достаточно легкое и никак не износостойкое, в этом случае нужны определенные специальные научно-технические способы. Пользователю необходимо понимать, что аналогичные компоненты лучше всего беречь от загрязнения сразу же по истечении штамповки, а помимо этого, нежелательно пользоваться различными смазывающими порошками и присыпками в пресс-фигурах.

Вакуумное напыление металлов

Металлы, которые могут испаряться только при температуре ниже зоны их плавления, разрешается прогревать прямоточным воздействием тока, серебряные и золотые компоновки испаряют в челночных ваннах с танталовой или вольфрамовой. Возмещение требуется производить в камере под давлением меньше 10-3 mm рт. ст.

Вакуумное ионно-плазменное напыление

Для возникновения самостоятельного тлеющего разряда необходимо вызвать эмиссию электронов с катода с помощью подачи высокого напряжения величиной 2-4 кВт между электродами. В случае если заложенное напряжение превышает способности ионизации газа в камере (как правило Ar), в этом случае, в следствии столкновений электронов с молекулами Ar, газ ионизируется с образованием положительно заряженных ионов Ar+. В следствии, в области катодного черного пространства возникает небольшой зрительный разряд и следовательно, сильное электрическое поле.

Ионы Ar+, приобретающие энергию в предоставленной зоне, выбивают атомы элемента катода, в тот же момент, провоцируя эмиссию побочных электронов с катода. Эта эмиссия и сохраняет самостоятельный тлеющий разряд. Переходные атомы с элемента катода доходят подложки и осаждаются на ее плоскости.

Установка вакуумного напыления УВН

Конструкция вооружена значимым комплексом современных приборов и устройств, что гарантируют осаждение покрытий металлов их синтезов и сплавов с учрежденными особенностями, отличной адгезией и высокой равномерностью согласно части площади.

Комплекс устройств и приборов, что входят в структуру аппарата:

• Полуавтоматический источник управления вакуумной системой;
• Магнетронная распылительная теория в стабильном токе;
• Концепция нагревания (с контролем и поддержанием поставленной температуры);
• Концепция очистки напыляемых товаров в области перетлевающего разряда;
• Концепция перемещения продуктов в вакуумной сфере;
• Числовой вакуумметр;
• Концепция контроля противодействия возрастающих пленок;
• Инверторный источник питания магнетронов.

Существует много способов 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, 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 , 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:

Аппарат для нанесения покрытий - схема

• 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.

Основные функции:

• 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.