真空镀膜(ncvm)工艺培训教材

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真空镀膜(NCVM)项目 工程师培训教材
编写人:张玉立 核准人:张经理
日期:08年03月20日
前 言:
• 1>.真空镀膜行业兴起背景:随着欧盟 RoHS指令的实施及各国针对环保问题纷纷 立法。传统高污染之电镀行业已不符合环保 要求,必将被新兴环保工艺取代。而真空镀 膜没有废水、废气等污染,在环保上拥有绝 对优势,必将兴起并普及。
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二.真空镀膜的工艺特性:
7.镀膜用金属材料范围极广,除铁金属外,各种金属及金属合金,理论上都可 用作镀材。常用的有铝、铜、镍、镍银合金、铬等。另因镀膜是物理过程,对 产品材料本身性能几乎没有影响。 8.镀膜产品能达到的品质水准: 附着力:无脱落---5%脱落。 RCA耐磨:200-350次。 硬度:1H-3H ABS+PC素材一般在500g擦1H; PMMA素材则可达3H,甚至4H。 其它诸如高低温、冷热冲击、盐雾测试、耐醇测试、化妆品测试、抗人造汗测 试等均可达到常规要求。
2.真空放气量: •
某些素材中可能含易挥发小分子(包括水分、增塑剂、残留
溶剂、未反应单体、增加剂等)在真空状态下将以气体形式溢出,破坏镀膜层的附着力:平整性 和外观.素材在常温下放气并不明显,但在真空状态下,随温度上升,放气量增大。不同材质素材, 其放气量差异较大,如一般ABS、ABS+PC含水量多在0.5%--0.2%之间,真空状态下ABS放气主 要含水分,CO和氢气,尼龙、尼龙+纤,聚乙烯醇材料等较易吸潮,水分含量更高严重干扰镀膜, 目前处理此类问题的办法有二种:一种是预烧烘处理,将水分含量控制在0.1%以下;另一种方法用底 涂UV封闭。但含量太高则不行,如增塑剂含量10%以上的增塑剂就会溢出。
要求特别高之产品,一般通过涂三层UV来实现, 但因增加一道工序, 不良率、 产能会相应降低。
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•二.真空镀膜的工艺特性:
• 9、生产过程时间局限性:因金属镀层长时间露置在空气 中会氧化发黑,不同材料氧化速度不同,其中锡镀层氧化速度最快,4H就会明显 发黑,另底漆UV静置时间如过长,漆膜太干也会影响镀膜层附着力。故底漆UV、 镀膜及面涂UV几个工序之间作业时间间隔依据实际作业经验一般限定在8-12H范 围内。
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•三.真空镀膜工艺对素材的适镀性及要求
• 作为真空镀膜的塑胶素材,其最基本的性能应包括附着性能、真空放气量和耐热 性等几方面的指标。
1.附着力: •
被镀素材应与真空镀膜材料有良好的附着结合强度,一般认为聚脂类
材料和镀铝膜层的结合力最强(如PET).衡量附着性能良否的标准是塑胶件表面自由能(表面活 性指数)一般表面自由能<33-35×10-5 N/CM的为弱极性塑胶(如PP)常用塑胶材质中附着力高 低依次为ABS → ABS+PC→ PC →PVC。真空镀层与素材之间的附着力可以通过实施底涂来加以 提高,还可以通过化学材料清洗、浸泡,等离子体预处理等来提高。
上反射,折射出的彩虹纹
涂用PU.
信赖性测试 涂料,底材及制程条件不佳造成涂层, 选用性能较佳的涂料,精确调整控制各制
NG
金属层,底材之间咬合,封闭不彻底.
程参数.
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真空不导电镀膜工艺流程
成型
前置处理
底涂UV
检验包装
面涂UV
直空镀膜
(不导电)
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不导电产品剖示图
表面UV 底涂UV
电磁波信 号
真空电镀
• 我们今天主要介绍的是物理气相沉积法。由于
这种方法基本都是处于真空环境下进行的,因此称它们为
真空镀膜技术。
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• 一.真空镀膜技术及设备两百年发展史(1805-2007)
•2>. 物理气相沉积法依据制作过程工艺不同又分为真空蒸发镀膜、磁控溅射镀膜 和离子镀膜。
•<a>.真空蒸发镀膜法:在真空室(镀炉)中加热蒸发容器中待形成薄膜的原材料,使其原子或 分子从表面气化逸出,形成蒸气流,入射到固体(待镀产品)表面,凝结形成固态薄膜的方法 (加热源又分为电阻加热源、电子束(枪)蒸发源、激光束蒸发源等)。 •<b>.磁控溅射镀膜法:在与靶材(待镀金属原材料,一般制作成圆筒形,靶束状故称靶 材) 平行的方向上施加磁场,利用电场与磁场正交的磁控原理使高速粒子(电子)在低温状态 下轰击靶材表面,使靶材金属原子从表面射出沉积在固体(待镀产品)表面形成金属膜层。 •<c>.离子镀膜法:是1963年美国Sandia公司首先提出来的,是在真空蒸发和真空溅射技术 基础上发展起来的一种镀膜技术。它是在真空条件下应用气体放电实现镀膜的。即在真空室 (镀炉)中使气体或蒸发物质电离,在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下,同时将蒸发物 或其反应物蒸镀在产品上。膜材气化方法有:电阻加热、电子束加热、阴极孤光放电加热。 气体分子或原子的离化和激活方式有:辉光放电型、电子束型、热电子型等离子电子束型及 高真空电弧放电型。奥科使用的方法是:利用电阻加热使膜材气化,被镀产品做为阴极,利 用高电压电流辉光光放电将充入的气体(氩气Ar)离化。离子镀膜附着力最高。
产品底涂UV后, 镀膜后不能进行人工全检,(用小批量试产的办法确定良品 率)作业过程中 , 通过治具加专用手柄、戴指套、口罩及车用无尘罩等办法预 防产品表面被污染、破坏。
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• 二.真空镀膜的工艺特性:
• 5.镀膜材料或蒸气流入射速度极高,一Leabharlann Baidu磁控溅射及蒸发镀金属原子入射
速度均在2000米/秒左右。 每炉镀膜时间(金属原子累积入射沉淀时间)一 般在15-20分钟左右,磁控溅射视工艺不同有所区别。 每炉产能以普通翻盖 手机外壳为例约1000PCS/炉,产品大小不同,每炉产能不同。
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二.真空镀膜的工艺特性:
3. 镀膜产品放置具有方向性:在立式、卧式镀炉中,产品均须于镀炉工装平 行平面放置。因为金属 材料随蒸气流作直线或弧线运动,而镀膜材料一般 均与工装平行放置。
镀膜室空间一定, 产品平面面积越大, 曲面越深, 产能就越低, 相应生产成本 就越高。 4.底涂UV后及镀膜后产品表面极其脆弱敏感,需特殊保护。因镀膜层仅几十 纳米, 对底涂UV层表面不良不具备遮蔽能力, 另镀层因太薄,镀膜层金属极 其柔弱,极易刮伤、碰伤。
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• 三.真空镀膜工艺对素材的适镀性及要求:
• 作为真空镀膜的塑胶素材,其最基本的性能应包括附着性能、真空放气量和耐热 性等几方面的指标。
• 3、耐热性:真空镀膜无论采用何种工艺,素材都必须面临升温考验,蒸
发源的辐射热,镀膜材料的高能粒子、气化原子、分子等离子体等,在素材上 的冷凝热和动能都将使素材(浅表层)迅速升温,如果素材的耐热性差,真 空镀膜时将出现皱纹,甚至整体收缩,过度受热还可以导致塑料分解,镀膜 起泡、剥落。不同塑料的耐热性千差万别。一般说来PVC材料的热稳定性较 差,热变形温度较低,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,电子塑胶件不是特薄,特细件一般做真空镀膜均不会产生变 形状况。
• 10、UV涂料及涂料施工特性:镀膜用底涂UV及面涂 UV涂料相比普通塑胶喷涂UV涂料,其有两个明显不同之特性:1)涂料材料组成 之固含量高,底漆UV最高;2)不含且不能添加普通喷涂用的惰性溶剂,须特殊 调配专用溶剂。故产品单位涂料用量及成本明显比普通塑胶喷涂高出很多,另底 漆UV、面涂UV及色精对UV能量范围的要求也较普通UV苛刻,一般底漆UV要求 600-1000mj/cm2 面涂UV要求800-1200 mj/cm2不同颜色之色精根据实际情况 调整UV灯能量。UV生产时过滤要求也比普通塑胶UV严格,一般要求用600目左 右过滤网进行过滤。UV膜厚要求为底涂UV湿膜20-25um、干膜12-20um、面涂 UV8-15um。
• 6.颜色制作途径多样化,目前有三种颜色制作途径:
• 一是在中涂UV或面涂UV中添加色精。因色精会与UV紫外光起作用,故添 加量一般2%;
• 二是在镀膜过程中充入气体,使气体与金属材料反应获得颜色(如 Ar2+O2+铝金属可获得黑色,O2+Al获得黄色);
• 三是前述两者相结合进行生产。一般来说颜色越深、越浓、越艳;附着力 会越差(加色精工艺)。
• 生产工序:
• 素材前处理->底涂UV ->镀膜->中涂UV ->面涂UV
• 1. 产品镀膜过程为真空环境,真空度极高。镀膜机内真空度1-5X10-
4T0RR(1TORR=1毫米水银柱高的压力,大气压为760TORR。我司镀膜机内真 空度1.3X10-3Pa)。 • * 镀膜机内气压极低, 产品中的添加剂、油脂、水分均会溢出, 所以产品注 塑时不可打脱模剂, 不可添加增塑剂, 不可直接加色粉成型。
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• 二.真空镀膜的工艺特性:
• 2. 纳米级厚度、膜厚均匀。真空镀膜膜层厚度仅数SHI十至数百纳米
(一般≤0.2um),膜层各部位厚度极为均匀。 • 例:镀铝层厚度达0.9nm时就可导电,达到30nm时性能就和固态铝材
相同,银镀层小于5nm时不能导电。各塑胶产品本身具有约0.5um的粗糙 度,结合第1条因素故塑胶表面均在镀膜前喷涂UV进行封闭流平,以达到 理想的镜面效果。 • 因镀膜层太薄,故对底涂UV材料外观要求近乎苛刻,这就要求涂装室 洁净度极高。同时产品外观面积越大,不良率就可能就越高(目前奥科生 产车间洁净度为10000级,喷涂室、烤 箱、镀膜车间洁净度3000级)。 • 镀膜厚度目前主要通过光透过率及反射率来控制,镀层越厚,透光率 越差,反射率越高。
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3. 真空镀膜技术1805年开始探索研究,19世纪一直处于探索,预研阶段。 20世纪后50年(1950年后)获得腾飞,其发展历程摘要如下:
• 1805年 开始研究接触角与表面能的关系。 • 1817年 透镜上形成减反射膜。 • 1904年 圆筒上溅射镀银获得专利。 • 1946年 用X射线吸收法测量薄膜的厚度,英国Good Fellow公司成立,紧接着1947年200英寸
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• 一.真空镀膜技术及设备两百年发展史(1805-2007)
•1>. 制膜(或镀膜)方法可以分为气相生成法、氧化法、离子 注入法、扩散法、电镀法、涂布法、液相生成法等。气相 生成法又可分为物理气相沉积法(physical Vapor Deposition简称PVD法)化学气相沉积法和放电聚合法等。
(不导电)
基材表面
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真空电镀对塑胶治具使用与设计的要求:
1、NCVM治具中间部位要掏空,如不掏空,就会在镀膜时有背面薄镀, 发黄的现象.并且产能也提不起来,也就是每炉数量低。 2、产品(素材)与治具之间的间隙要适当,否则会影响治具使用 寿命。 3、针对NCVM所使用治具都要加专用手柄和喷涂正反两面都要加 四个高1.5-2CM的支柱。具体对治具来料要求见附档工作表:
望远镜镜面镀铝成功。 • 1947年 美国国家光学实验室(DCLI)建立,用光透过率来控制薄膜的厚度。 • 1950年 溅射理论开始建立,半导体工业开始起步,各种微电子工业开始起步,塑料装饰膜开始出
现。 • 1953年 美国真空学会成立,以卷绕镀膜的方法制成抗反射的薄膜材料(3M公司)。 • 1954年 开始研制新型真空蒸发式卷绕镀膜机(德国Leybold莱宝公司)。 • 1956年 美国第一台表面镀有金属膜的汽车问世(Ford 汽车公司)。 • 1957年 美国真空镀膜学会成立,真空镀镉方法被航空工业所接受。 • 1959年 磁带镀膜设备研制成功(Temescal公司)。 • 1963年 开始研制部分暴露大气的连续镀膜设备,离子镀膜工艺研制成功, • 20世纪70年代 (1970年后)各种真空镀膜技术的应用全面实现产业化,薄膜技术的发展进入
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• 四:生产工艺流程及行业难题起因处理方法:
• 例如生产过程中, 常发生不良情形有: 油点、水点、雾白、咬底等, 其它同普通塑胶喷涂。
不良情形
产生原因
解决方法
油点/水点
素材表面、内部油污, 供气系统中 前处理烘烤,用精密空气过滤器,先进清
水分、油分。
洗设备处理底材。
油花/彩虹纹
液体涂料及颜色材料在均匀金属层 降低金属层表面涂料流动性,薄涂,多涂,中
黄金期。1995年 用于汽车车灯的在线团束溅射镀膜技术研制成功(Leybold公司)。
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4、不导电工艺前景
利用金属氧化物与金属化合物之 表面加工技术,外部表面呈现金属色 泽且不导电 ( 阻抗值无限大),此项有 利于人体健康和提高产品性能的新 型工艺势将成为表面处理技术之主 流
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• 二.真空镀膜的工艺特性:
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