真空鍍膜(ncvm)工藝培訓(xùn)教材

1、日期:08年03月20日,編寫人：張玉立核準(zhǔn)人：張經(jīng)理,真空鍍膜(NCVM)項目工程師培訓(xùn)教材,前 言：,1>.真空鍍膜行業(yè)興起背景：隨著歐盟RoHS指令的實(shí)施及各國針對環(huán)保問題紛紛立法。傳統(tǒng)高污染之電鍍行業(yè)已不符合環(huán)保要求，必將被新興環(huán)保工藝取代。而真空鍍膜沒有廢水、廢氣等污染，在環(huán)保上擁有絕對優(yōu)勢，必將興起并普及。,一．真空鍍膜技術(shù)及設(shè)備兩百年發(fā)展史(1805-2007),1>. 制膜(或鍍膜)方法可以分為氣相生成法、

2、氧化法、離子注入法、擴(kuò)散法、電鍍法、涂布法、液相生成法等。氣相生成法又可分為物理氣相沉積法（physical Vapor Deposition簡稱PVD法）化學(xué)氣相沉積法和放電聚合法等。 我們今天主要介紹的是物理氣相沉積法。由于這種方法基本都是處于真空環(huán)境下進(jìn)行的，因此稱它們?yōu)檎婵斟兡ぜ夹g(shù)。,一．真空鍍膜技術(shù)及設(shè)備兩百年發(fā)展史(1805-2007),2>.  物理氣相沉積法依據(jù)制作過程工藝不同又分為真空蒸發(fā)鍍

3、膜、磁控濺射鍍膜和離子鍍膜。.真空蒸發(fā)鍍膜法：在真空室(鍍爐)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(待鍍產(chǎn)品)表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜的方法（加熱源又分為電阻加熱源、電子束（槍）蒸發(fā)源、激光束蒸發(fā)源等）。.磁控濺射鍍膜法：在與靶材(待鍍金屬原材料，一般制作成圓筒形，靶束狀故稱靶材)   平行的方向上施加磁場，利用電場與磁場正交的磁控原理使高速粒子(電子)在低溫狀態(tài)

4、下轟擊靶材表面，使靶材金屬原子從表面射出沉積在固體（待鍍產(chǎn)品）表面形成金屬膜層。.離子鍍膜法：是1963年美國Sandia公司首先提出來的，是在真空蒸發(fā)和真空濺射技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種鍍膜技術(shù)。它是在真空條件下應(yīng)用氣體放電實(shí)現(xiàn)鍍膜的。即在真空室（鍍爐）中使氣體或蒸發(fā)物質(zhì)電離，在氣體離子或被蒸發(fā)物質(zhì)離子的轟擊下，同時將蒸發(fā)物或其反應(yīng)物蒸鍍在產(chǎn)品上。膜材氣化方法有：電阻加熱、電子束加熱、陰極孤光放電加熱。氣體分子或原子的離化和激活方式有

5、：輝光放電型、電子束型、熱電子型等離子電子束型及高真空電弧放電型。奧科使用的方法是：利用電阻加熱使膜材氣化，被鍍產(chǎn)品做為陰極，利用高電壓電流輝光光放電將充入的氣體（氬氣Ar）離化。離子鍍膜附著力最高。,,,3. 真空鍍膜技術(shù)1805年開始探索研究,19世紀(jì)一直處于探索,預(yù)研階段。 20世紀(jì)后50年(1950年后)獲得騰飛,其發(fā)展歷程摘要如下:,1805年   開始研究接觸角與表面能的關(guān)系。

6、1817年   透鏡上形成減反射膜。1904年   圓筒上濺射鍍銀獲得專利。1946年   用X射線吸收法測量薄膜的厚度,英國Good Fellow公司成立,緊接著1947年200英寸望遠(yuǎn)鏡鏡面鍍鋁成功。1947年   美國國家光學(xué)實(shí)驗(yàn)室（DCLI）建立，用光透過率來控制薄膜的厚度。1950年   濺射理論開始建立,半導(dǎo)

7、體工業(yè)開始起步,各種微電子工業(yè)開始起步,塑料裝飾膜開始出現(xiàn)。1953年   美國真空學(xué)會成立，以卷繞鍍膜的方法制成抗反射的薄膜材料(3M公司)。1954年   開始研制新型真空蒸發(fā)式卷繞鍍膜機(jī)（德國Leybold萊寶公司）。1956年  美國第一臺表面鍍有金屬膜的汽車問世（Ford 汽車公司）。1957年   美國真空鍍膜學(xué)會成立，真空鍍

8、鎘方法被航空工業(yè)所接受。1959年   磁帶鍍膜設(shè)備研制成功（Temescal公司）。1963年   開始研制部分暴露大氣的連續(xù)鍍膜設(shè)備，離子鍍膜工藝研制成功，20世紀(jì)70年代 (1970年后）各種真空鍍膜技術(shù)的應(yīng)用全面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，薄膜技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入黃金期。1995年  用于汽車車燈的在線團(tuán)束濺射鍍膜技術(shù)研制成功(Leybold公司)。,4、不導(dǎo)電工藝前景,利用金屬氧化

9、物與金屬化合物之表面加工技術(shù),外部表面呈現(xiàn)金屬色澤且不導(dǎo)電 ( 阻抗值無限大),此項有利于人體健康和提高產(chǎn)品性能的新型工藝勢將成為表面處理技術(shù)之主流,二．真空鍍膜的工藝特性:生產(chǎn)工序：素材前處理->底涂UV ->鍍膜->中涂UV ->面涂UV1.  產(chǎn)品鍍膜過程為真空環(huán)境,真空度極高。鍍膜機(jī)內(nèi)真空度1-5X10-4T0RR（1TORR=1毫米水銀柱高的壓力,大氣壓為760TORR。我司鍍膜機(jī)

10、內(nèi)真空度1.3X10-3Pa）。* 鍍膜機(jī)內(nèi)氣壓極低, 產(chǎn)品中的添加劑、油脂、水分均會溢出, 所以產(chǎn)品注塑時不可打脫模劑, 不可添加增塑劑, 不可直接加色粉成型。,二．真空鍍膜的工藝特性:2.  納米級厚度、膜厚均勻。真空鍍膜膜層厚度僅數(shù)SHI十至數(shù)百納米(一般≤0.2um)，膜層各部位厚度極為均勻。 例：鍍鋁層厚度達(dá)0.9nm時就可導(dǎo)電，達(dá)到30nm時性能就和固態(tài)鋁材相同，銀鍍層小于5nm時不能導(dǎo)電。

11、各塑膠產(chǎn)品本身具有約0.5um的粗糙度，結(jié)合第1條因素故塑膠表面均在鍍膜前噴涂UV進(jìn)行封閉流平，以達(dá)到理想的鏡面效果。 因鍍膜層太薄，故對底涂UV材料外觀要求近乎苛刻，這就要求涂裝室潔凈度極高。同時產(chǎn)品外觀面積越大，不良率就可能就越高（目前奧科生產(chǎn)車間潔凈度為10000級，噴涂室、烤 箱、鍍膜車間潔凈度3000級）。 鍍膜厚度目前主要通過光透過率及反射率來控制，鍍層越厚，透光率越差，反射率越高。,二．真空鍍膜的工藝特

12、性:,3. 鍍膜產(chǎn)品放置具有方向性：在立式、臥式鍍爐中，產(chǎn)品均須于鍍爐工裝平行平面放置。因?yàn)榻饘?#160;    材料隨蒸氣流作直線或弧線運(yùn)動，而鍍膜材料一般均與工裝平行放置。    鍍膜室空間一定, 產(chǎn)品平面面積越大, 曲面越深, 產(chǎn)能就越低, 相應(yīng)生產(chǎn)成本就越高。4.底涂UV后及鍍膜后產(chǎn)品表面極其脆弱敏感,需特殊保護(hù)。因鍍膜層僅幾十納米, 對底涂UV層表面不

13、良不具備遮蔽能力, 另鍍層因太薄，鍍膜層金屬極其柔弱，極易刮傷、碰傷。     產(chǎn)品底涂UV后, 鍍膜后不能進(jìn)行人工全檢,(用小批量試產(chǎn)的辦法確定良品率)作業(yè)過程中 , 通過治具加專用手柄、戴指套、口罩及車用無塵罩等辦法預(yù)防產(chǎn)品表面被污染、破壞。,二．真空鍍膜的工藝特性:5.鍍膜材料或蒸氣流入射速度極高，一般磁控濺射及蒸發(fā)鍍金屬原子入射速度均在2000米/秒左右。 

14、60; 每爐鍍膜時間（金屬原子累積入射沉淀時間）一般在15-20分鐘左右，磁控濺射視工藝不同有所區(qū)別。   每爐產(chǎn)能以普通翻蓋手機(jī)外殼為例約1000PCS/爐，產(chǎn)品大小不同，每爐產(chǎn)能不同。6.顏色制作途徑多樣化，目前有三種顏色制作途徑： 一是在中涂UV或面涂UV中添加色精。因色精會與UV紫外光起作用，故添加量一般2%； 二是在鍍膜過程中充入氣體，使氣體與金屬材料反應(yīng)獲得顏色（如Ar2+O2+鋁金屬可

15、獲得黑色,O2+Al獲得黃色）； 三是前述兩者相結(jié)合進(jìn)行生產(chǎn)。一般來說顏色越深、越濃、越艷；附著力會越差（加色精工藝）。,二．真空鍍膜的工藝特性:,7.鍍膜用金屬材料范圍極廣，除鐵金屬外，各種金屬及金屬合金，理論上都可用作鍍材。常用的有鋁、銅、鎳、鎳銀合金、鉻等。另因鍍膜是物理過程，對產(chǎn)品材料本身性能幾乎沒有影響。8.鍍膜產(chǎn)品能達(dá)到的品質(zhì)水準(zhǔn): 附著力：無脫落---5%脫落。   RCA耐磨：200-3

16、50次。  硬度：1H-3H  ABS+PC素材一般在500g擦1H；PMMA素材則可達(dá)3H，甚至4H。   其它諸如高低溫、冷熱沖擊、鹽霧測試、耐醇測試、化妝品測試、抗人造汗測試等均可達(dá)到常規(guī)要求。 要求特別高之產(chǎn)品，一般通過涂三層UV來實(shí)現(xiàn), 但因增加一道工序, 不良率、產(chǎn)能會相應(yīng)降低。,二．真空鍍膜的工藝特性:9、生產(chǎn)過程時間局限性：因金屬鍍層長時間露置在空氣中會

17、氧化發(fā)黑，不同材料氧化速度不同，其中錫鍍層氧化速度最快，4H就會明顯發(fā)黑，另底漆UV靜置時間如過長，漆膜太干也會影響鍍膜層附著力。故底漆UV、鍍膜及面涂UV幾個工序之間作業(yè)時間間隔依據(jù)實(shí)際作業(yè)經(jīng)驗(yàn)一般限定在8-12H范圍內(nèi)。10、UV涂料及涂料施工特性：鍍膜用底涂UV及面涂UV涂料相比普通塑膠噴涂UV涂料，其有兩個明顯不同之特性：1）涂料材料組成之固含量高，底漆UV最高；2）不含且不能添加普通噴涂用的惰性溶劑，須特殊調(diào)配專用溶劑。故產(chǎn)

18、品單位涂料用量及成本明顯比普通塑膠噴涂高出很多，另底漆UV、面涂UV及色精對UV能量范圍的要求也較普通UV苛刻，一般底漆UV要求600-1000mj/cm2  面涂UV要求800-1200 mj/cm2不同顏色之色精根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整UV燈能量。UV生產(chǎn)時過濾要求也比普通塑膠UV嚴(yán)格，一般要求用600目左右過濾網(wǎng)進(jìn)行過濾。UV膜厚要求為底涂UV濕膜20-25um、干膜12-20um、面涂UV8-15um。,三．真空鍍膜工藝對素材

19、的適鍍性及要求作為真空鍍膜的塑膠素材，其最基本的性能應(yīng)包括附著性能、真空放氣量和耐熱性等幾方面的指標(biāo)。 1.附著力：被鍍素材應(yīng)與真空鍍膜材料有良好的附著結(jié)合強(qiáng)度，一般認(rèn)為聚脂類材料和鍍鋁膜層的結(jié)合力最強(qiáng)（如PET）.衡量附著性能良否的標(biāo)準(zhǔn)是塑膠件表面自由能（表面活性指數(shù)）一般表面自由能＜33-35×10-5 N/CM的為弱極性塑膠（如PP）常用塑膠材質(zhì)中附著力高低依次為ABS → ABS+PC→ PC →PVC。真

20、空鍍層與素材之間的附著力可以通過實(shí)施底涂來加以提高，還可以通過化學(xué)材料清洗、浸泡,等離子體預(yù)處理等來提高。 2.真空放氣量：某些素材中可能含易揮發(fā)小分子（包括水分、增塑劑、殘留溶劑、未反應(yīng)單體、增加劑等）在真空狀態(tài)下將以氣體形式溢出，破壞鍍膜層的附著力：平整性和外觀.素材在常溫下放氣并不明顯，但在真空狀態(tài)下，隨溫度上升，放氣量增大。不同材質(zhì)素材，其放氣量差異較大，如一般ABS、ABS+PC含水量多在0.5％--0.2％之間，真

21、空狀態(tài)下ABS放氣主要含水分,CO和氫氣，尼龍、尼龍+纖，聚乙烯醇材料等較易吸潮，水分含量更高嚴(yán)重干擾鍍膜，目前處理此類問題的辦法有二種：一種是預(yù)燒烘處理,將水分含量控制在0.1%以下;另一種方法用底涂UV封閉。但含量太高則不行，如增塑劑含量10％以上的增塑劑就會溢出。,三．真空鍍膜工藝對素材的適鍍性及要求：作為真空鍍膜的塑膠素材，其最基本的性能應(yīng)包括附著性能、真空放氣量和耐熱性等幾方面的指標(biāo)。 3、耐熱性：真空鍍膜無論采

22、用何種工藝，素材都必須面臨升溫考驗(yàn)，蒸發(fā)源的輻射熱,鍍膜材料的高能粒子、氣化原子、分子等離子體等，在素材上的冷凝熱和動能都將使素材（淺表層）迅速升溫，如果素材的耐熱性差，真空鍍膜時將出現(xiàn)皺紋，甚至整體收縮，過度受熱還可以導(dǎo)致塑料分解，鍍膜起泡、剝落。不同塑料的耐熱性千差萬別。一般說來PVC材料的熱穩(wěn)定性較差，熱變形溫度較低，通常最高只能在60-70℃下使用，一般工程塑料可以在200℃以下使用，電子塑膠件不是特薄，特細(xì)件一般做真空鍍膜均不

23、會產(chǎn)生變形狀況。,四：生產(chǎn)工藝流程及行業(yè)難題起因處理方法： 例如生產(chǎn)過程中, 常發(fā)生不良情形有: 油點(diǎn)、水點(diǎn)、霧白、咬底等, 其它同普通塑膠噴涂。,真空不導(dǎo)電鍍膜工藝流程,成型,,前置處理,底涂ＵＶ,直空鍍膜（不導(dǎo)電）,面涂ＵＶ,檢驗(yàn)包裝,,,,,不導(dǎo)電產(chǎn)品剖示圖,,,,,基材表面,底涂ＵＶ,真空電鍍（不導(dǎo)電）,表面ＵＶ,電磁波信號,真空電鍍對塑膠治具使用與設(shè)計的要求：,1、NCVM治具中間部位要掏空,如不掏空,就會在鍍膜時