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镀膜 镀膜材料

镀膜材料

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  镀膜材料一般是加热靶材使表面组分以原子团或离子形式被蒸发出来,并且沉降在基片表面,通过成膜过程(散点-岛状结构-迷走结构-层状生长)形成薄膜。

镀膜材料的发展

  镀膜技术的发展可以追溯到18世纪末,但真空镀膜技术是从20世纪30年代才开始崛起。1930年,由油扩散泵和旋片机械泵组成的真空机组为真空镀膜技术的发展推波助澜。

  真空镀膜发展初期,由于所用材料种类繁多,用户分散,用量甚少,所以无法形成镀膜材料的商品化生产。我国从事镀膜科研和镀膜技术的科技人员也只是根据自身工作的需要,开发所用材料,镀膜材料只是镀膜科技人员“自留地”上的产物。

  20世纪80年代,国外大型镀膜企业进入我国。随着材料用量的增加,国外材料厂商开始在我国寻找合作伙伴或代理经销商,真空镀膜材料终于在我国活跃起来。21世纪初,真空镀膜材料在我国开始大规模生产,并形成一定规模的市场。

真空镀膜材料

  真空镀膜材料也被称为真空镀膜用“源物质”,主要分为两类:一是真空蒸发法镀膜用的源物质:蒸发材料,二是真空溅射法镀膜用源物质:溅射靶材。真空蒸发法和真空溅射法均属于物理气相沉积(PVD)法。与物理气相沉积方法相应的,还有化学气相沉积(CVD)法。

  真空蒸发法是在真空条件下,用蒸发源加热蒸发材料,使之蒸发或升华进入气相,气相粒子流直接射向基片并在基片上沉积或结晶形成固态薄膜。真空蒸发镀膜是发展较早的镀膜技术,其设备相对简单,沉积速度高,膜层纯度高,应用相当广泛。按蒸发源不同,蒸发法主要有:电阻加热蒸发、电子束蒸发、电弧蒸发和激光蒸发等。

  真空溅射法是物理气相沉积法中的后起之秀。随着高纯靶材和高纯气体制备技术的发展,溅射镀膜技术飞速发展,在多元合金薄膜的制备方面显示出独到之处,主要溅射方法有:直流溅射、射频溅射、磁控溅射和反应溅射。在溅射装置内配以离子束源以及在衬底上施加偏压等方法使溅射方法不断推陈出新,以适应对薄膜材料瞬息万变的需求。

  此外,人们又综合蒸发法和溅射法两种方法的优缺点,取长补短,发展出一些新的方法,如离子镀和离子束辅助沉积等。由于这些方法嫁接两种方法的优点,不能简单地划分这类方法的归属,但他们仍然属于物理气相沉积方法。

镀膜材料的生产方法

  1、机械加工

  机械加工是利用已有的原材料,通过破碎、切割、球磨等机械加工获得所需形状的蒸发镀膜材料。如SiO2破碎颗粒、切割圆柱形颗粒、圆片、石英珠、石英环,Al2O3晶体颗粒等。

  2、烧结

  烧结主要包括大气内烧结和真空烧结。从原料粉末出发,通过混合、造粒、制片后在空气烧结炉或真空烧结炉中烧结,制成烧结颗粒、小片等蒸发镀膜材料。大部分氧化物蒸发镀膜材料多采用烧结法制备。

  3、晶体生长

  有些材料,如Ti2O3、Ti3O5、MgF2、MgO、Nb2O5、La2Ti2O7、ZnSe、ZnS等需要采用晶体生长技术获得晶体颗粒以满足用户要求。

制作镀膜材料的关键

  1、材料纯度

  为了获得符合要求的薄膜,往往要求使用纯度较高的镀膜材料,镀膜材料生产厂则希望获得高纯原料。但这种要求不能盲目,因为过高的纯度要付出过高的代价。

  实际上,不同用途薄膜对材料纯度的要求也不尽相同。就光学薄膜来说,膜层的指标往往体现在透过率、折射率等光谱性质上。如果透过率相差千分之一,在光谱图上已难于发现,大体上3N纯度的材料能满足一般光学薄膜的要求。一些特别情况,也不是一般意义上的高纯度,盲目要求4N,甚至5N高纯原料并非一剂良药。

  另外,还存在敏感杂质的问题,比如提高某一波段的透过率,首先需要清楚在该波段造成吸收的Z敏感杂质,控制该杂质,可达到事半功倍之效。对激光薄膜来说,对铁和锆的含量要求较高,因为铁和锆在某些激光波段造成吸收并引起薄膜的激光损伤。

  光学薄膜对材料纯度的要求相对较高,特别是制备多层膜时,杂质的影响可成叠加之势,因而对材料纯度的要求更高。但光学用途以外的其他膜层,如彩色装饰膜、机械保护膜、车灯反光膜等,对材料纯度的要求要比光学薄膜宽松。这里也存在敏感杂质的问题,比如一种彩色膜,某一种杂质,可能特别具有“毒性”,对这种颜色造成严重偏色。

  2、材料形状

  镀膜工艺对材料形状的要求来自两个方面,一是刚性的要求,如镀膜机设计本身的要求或镀膜工艺要求。二是习惯要求,一名技术人员长期使用一台镀膜机会形成特定的工艺条件。改变形状意味着改变工艺,对成功率会有一定风险。

  从材料本身角度考察,形状也会对膜层质量造成影响。Z的例子是日本产SiO2颗粒,石英玻璃破碎后,形成的颗粒有尖角,尖角受到电子束轰击后,容易爆裂,产生飞溅,对膜层质量造成影响。

  Optron公司将SiO2颗粒加热到软化温度,刚好使尖角软化,并自然收缩,尖角钝化,不但减少尖角爆裂,还消除颗粒内部应力,提高了磨料质量。在我国,更常用的方法是机械消除尖角的办法,如加工成圆柱颗粒或球状颗粒,效果也很好。另外如石英环、石英靶材等也避开了尖角的影响,广泛用于镀膜工艺中。

  3、材料密度

  对烧结磨料来说,密度常常成为一项重要指标。如材料密度过低,材料松软,加热时,材料放气喷溅,影响膜层质量。但密度并非越高越好,有些材料,特别是烧结靶材,密度过高,加热时易于开裂,镀膜工艺参数产生波动。折中、协调、寻求平衡点往往是解决问题的办法。

镀膜材料的应用

  1、在眼镜上的应用

  镀膜常用在相机镜头、近视、远视、老花镜等矫正眼镜上使用。

  镀膜是在表面镀上非常薄的透明薄膜。目的是希望减少光的反射,增加透光率,抗紫外线并抑低耀光、鬼影;不同颜色的镀膜,也使的成像色彩平衡的不同。此外,镀膜尚可延迟镜片老化、变色的时间。

  眼镜镀膜常用药品:二氧化锆(ZrO2)、二氧化硅(SiO2)、ITO(增加镜片导电抗紫外线)、HT-100(防水膜,防止老化和氧化)……

  镀膜原理:高电压电子枪将以上几种药品汽化,均匀分布在镜片表面。

  2、在汽车上的应用

  镀膜美容是漆面保护的Z高措施,可以避免氧化,达到使漆面增亮、抗酸碱、抗氧化、抗紫外线等多重功效。由于膜的材料本身是一种无机物,对车漆没有损害。

  一般在给车镀膜时,车身由于老化而变色脆化的漆皮及长年腐蚀形成的氧化层会一并除掉。可增加漆面硬度,避免小的划痕和光圈产生。保持时间也Z长,约有一年多。光学镀膜材料镀膜也不是十全十美的,镀完膜时光亮度不如封釉,所以并不适合爱靓的车友,整车镀膜的价格在千元以上。

 

2018-07-13  浏览次数:1698
本文来源:https://www.yiqi.com/citiao/detail_978.html
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