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doc塑料基材上磁控溅射铝膜附着力研究
[doc]塑料基材上磁控溅射铝膜附着力研究
塑料基材上磁控溅射铝膜附着力研究
2Q?
NO.04
虽而dTecMnologyInnovationHerald
塑料基材上磁控溅射铝膜附着力研究
王策
(合肥工业大学
干蜀毅
合肥230009)
高新技术
摘要:
在光学塑料表面上运用磁控溅射镀制的单质金属铝膜,常出现膜层与基片的附着力差的问题.本文结合光学塑料的性质,通过
薄膜附着力理论分析,提_出在工艺上改进铝膜附着力的方法.通过实验证明其方法的可行性.
关键词:
金属薄腱铝膜附着力光学塑料
中图分类号:
F239.62文献标识号:
A文章编号:
1673-0534(2008)02(a)
一0004一o2
光学塑料以其性能优异,质量轻,容易
加工成型,不腐蚀及价格低廉等特点,越来越
广泛地应用于日常生活,工业及科研等领域.
而为了提高光学光学塑料的性能,光学塑料的
的镀膜倍受人们的重视.在镀膜技术中,以真
空镀膜技术在塑料制品的应用上最为广泛.
通过真空镀膜技术,使得在塑料表面沉积
一
层单质金属层,使其具有表面亮丽,金属
感强,提高光学塑料的使用性能.在光学塑
料表面镀制的单质金属膜,常发生膜层与基片
的附着力差,特别是在磁控溅射中,镀制铝膜,
最常见的质量的问题是:
脱膜,膜层附着力
差等,这直接影响到镀膜塑料的应用.本文
从光学塑料的特性出发,通过薄膜附着力理论
分析,提出在工艺上改进铝膜附着力的方法.
1光学塑料的特性
光学塑料的种类很多,最常用的有:
聚甲
基丙烯酸甲酯(PMMA),聚碳酸酯(PC)和聚
苯乙烯(PS)等.一般,光学塑料作为镀膜基体
材料有如下的一些特性.
光学塑料的耐热性相对于金属或玻璃差,
吸水率高,使得沉积温度受到限制.其次,光
学塑料具有低的表面能,介电性能高,摩擦后
易产生静电,这样使得表面容易吸附灰尘.
塑料表面的清浩程度直接影响到膜层与基片
的附着力.此外,光学塑料的热膨胀系数大,
如塑料的热膨胀系数要比金属大一个数量级,
在成膜过程中或成膜后,由温度变化产生热应
力,如果应力过大会导致膜层开裂甚至脱落现
象-
2薄膜的附着机理【3_51
薄膜附着力是膜层与基板或膜层与膜层
之间的键合力或键合强度,其单位是单位面积
上的力或能.根据附着力产生的原可以分
为物理吸附与化学吸附两类.物理吸附能的
作用范围通常在0.05,0.5eV,它主要是由范
德华力和静电力所引起的,而化学吸附能则在
0,5,l0eV之间,其作用力在l06N/cm以
上.主要是当基板与薄膜原子之间发生位移
或交换时,产生很强的化学吸附键合力.其中
化学吸附可分为3种类型:
(1)由两相邻材料之
间发生了化学反应所引起的附着力;
(2)由扩散
所引起的附着力.这是两种材料接触而存在
浓度梯度时,引起向对方扩散各自的原子,这
样必然引起原子之间的作用力;(3)”类扩散”
所引起的附着力.这是由于原子具有较大的
动能,当冲击基片的时候打入基片而引起的
“类扩散”.可见,由化学吸附引起的附着力比
物理吸附要大得多.
从能量角度来讲,将单位面积的薄膜从其
基片上剥离下来所需要做的功即是薄膜附着
力的量度.其表达式:
玎=-,+一
式中,,’r,,,B分别是薄膜,基片的表面
能以及薄膜与基片之间的界面能.因此,薄
膜,基片的表面能越高,薄膜基片的界面
能越低,m1】薄膜的附着力也就越高.
3影响附着力的因素
(1)基片表面粗糙度和结构缺陷对薄膜附
着力的影响很大,一般,塑料板材的粗糙度较
大,虽然其表面与薄膜易形成机械咬合界面,
但是由于塑料本身结构比较疏松,常含有易挥
发的低分子物,而在真空状态下这些低分子物
更容易挥发,这样不仅增加真空系统的负担,
同时这些低分子物与镀膜材料发生反应,其生
成物会降低膜层的附着力.所以,存镀膜前,
光学塑料板材一般要经过硬化处理的.否则,
如果直接镀上一层单质金属薄膜,这样常导敏
金属薄膜不连续,不光滑,表面金属感莘.光
学塑料在真空室的放气量,尤其是在受到辐射
热时的放气量要比玻璃材料的大很多倍.为_r
提高光学塑料表面硬度,改善膜层与光学塑料基
片的粘结性能,应在光学塑料上镀1,1Ou1TI厚
度的过渡层.用于磁控溅射镀膜的光学塑料
的过渡层一般是有机材料,与板材形成结合牢
固的硬膜层,从而光学塑料板材能够应用r实
际1=业生产.经过硬化处理的光学塑料,虽然
表面光洁,放气量减少,但是相对丁玻璃,金
属等放气量还是很大的,而在沉积区域温度较
高,达使得低分子物挥发量更大,因此,在溅射
镀膜中,在合理的范围内,应该提高基片的走
速,使得光学塑料板材少沉积区域较高温度的
影响,减少放气量,这样有利于膜层与基片的
附着力.
(2)光学塑料表面的清洁度是影响薄膜附
着力的重要因素.如果表面的清洁度0好的
话,其表面会有一个污染层,它灰使得基片表
面的化学键达到饱和,沉积薄膜后,其影响到
薄膜的附着力.同时光学塑料易产生静电和
吸水率高,减低其表面的界面能.所以,镀膜
前对基片的表面清洁处理是非常重要的.
(3)镀膜室的本底真空度和工作真空度也
是影响薄膜附着力的重要因素.在薄膜附着
力中,由化学吸附引起的附着力比物理吸附要
大得多,而真空镀制的薄膜与光学薄膜的表面
键合主要是扩散型和类扩散型.为此,应使得
的溅射粒子具有大的动能和能量去轰击塑料
板材,提高粒子与光学塑料表面的结合能.同
时由于真空室里的残余气体大多数为水蒸汽,
油蒸汽,氢气,一氧化碳等,残余气体的种类
不同,会对塑料表面造成不同的污染,其中水
4科技创新导报ScienceandTechnoIogyInnovationHerald
表1不同工艺参数下镀Al膜
样品本底真空度工作真空度基片速度
序号(Paj(Pa)(m/min)
l90xE-37.0xE-IO.7
9.0~E一050×8一lO9
9.0~E一330xE-IO.7
49O~E-33.O一lO.9
59.OxE-33.0xE-114
S60-E—33OxE-1O.9
SOxS_33.0xE-1O9
85.OxE-,33OxE—l14
940×E-33O×E_I14
蒸汽千?
油蒸汽对薄膜的附着力危害很大.所
以在镀膜时,在合理范围内,应取高的本底真
空度和工作真空度,尽量减少残余气体对薄膜
附着力的影响.
4实验及附着力测试
本文主要是针对已经经过表面硬化处理
的光学塑料(PMMA)进行真空镀单质金属铝
膜.本文采用的是磁控溅射镀膜方式,具有
“低温”,”高速”的特点.设备中的泵
组为机械泵+罗茨泵+扩散泵.镀膜前,先
存净化对经过硬化处理的PMMA板材表面
先进行超声波清洗,主要目的是去除基片表面
的灰尘1可能残留的油渍等异物,并且不含有
活性离子,然后用离子风枪吹净基片表面,即
用强离子风清除物体表面的静电及异物,尘
埃等,之后将处理好的板材放进真空室中.
抽真空度到预定的本底真空度,充入Ar气使
得真空度达到需要的工作真空度.根据调剂
不同的工艺条件对PMMA板材镀制单质金属
铝膜(约l2nm).其主要工艺参数如表l所
.
为了容易识别各种不同参数下镀制的样
品,我们给于每次实验的样品标于相应的序
号,并且.对每次实验镀制的样品进行附着力测
试.目前,薄膜附着力的测试方法主要有压痕
法,拉张法以及剥离法等,本文采用的是剥离
法的一种,先对用百格刀对薄膜划出百格,再
用3M胶带用力粘附,胶带垂直拉起,这样反复
五次,看薄膜的脱落情况,如果脱落的薄膜小
于5%部分,则该薄膜的附着力达到很好的效
果.从测试的结果来看,从对样品l,9的测试
中,薄膜的附着力总地来说是越来越好,但是
成品l,5的测试中,薄膜的附着力较差,远达
不到脱落的薄膜小于5%部分,而在6,9中,
薄膜的附着力好,达到脱落的薄膜小于5%部
分的要求.
从测试的结果来看,本底真空度是铝薄膜
附着力的主要影响因素,在一定范围内,本底
(下转6页)
Q:
业
ScienceandTechnologyInnovationHerald
增长的各种嵌入式设备.可以预计,随着视
觉技术的飞速发展,视觉技术与嵌入式设备结
合将形成一个全新而具有美好前景的发展方
向..
参考文献
[1]陈启安软件人机界面设计[M].北京:
高
等教育出版社,2004.
[2]KrugerAntonio,JiangXiaoyi.Imwov
ingHumanComputerInteraction
ThroughEmbeddedVi~onTechnology
[C],MultimediaandExpo,2007IEEE
InternatiOnalConferenceon25July
2007:
687—690.
【3]SDrab,NArtner.Motiondetectionas
图l通过手机摄像头检索酒店信息过程图示
interactiontechniqueforgamesand
aPPlicationsonmobiledevices.in
PERMID,2005:
5355.
[4]JSch6ing,A.Kriiger,HJM6ller,
InteractiOnofmobilecameradevices
withphysicalmaps,AdjunctProceeding
oftheFourthInternatiOnalConfer
enceonPervasiveComputing,2006.
【5]MRohs,CRoduner.Cameraphones
withDeninputasannotationdevices.
inPERMID,2006.
16lXFan,XXie,ZLi,eta1.Phototo
Search:
UsingMultimodalQueriesto
SearchtheWebfromMobileDevices
[C].Proceedingsofthe7thACM
高新技术
相关内容检索
SIGMMInternationalWorkshoponMu1一
timediaInformationRetrieva1.incOn—
junctionwithACMMultimedia2005:
143150.Singapore,Nov,2005.
(上接4页)
真空度越高,铝附着力越好;基片速度以及工
作真空度对薄膜附着力也起到一定的影响,速
度快工作真空度低,有利与薄膜的附着力.镀
膜真空室抽至本底真空度时,主要的残余气体
是水蒸汽*uNt蒸汽,几乎没有氧气和氮气.在
真空状态下,残余气体不断撞击基片表面,如
约在l04Pa的高真空状态下,残余气体分子不
断撞击固体表面,而被固体表面捕获构成一层
分子层需要的时间约为1S.作者认为除了铝
薄膜材料与光学塑料板材(PMMA)固有的特
性外,残余气体是影响铝薄膜附着力的主要因
素,特别是残余气体中的水蒸汽和油蒸汽.
再者,光学塑料板材的吸水率大,这样会降低
光学表面的活力,对铝薄膜与PMMA板材的
结合有不利的影响.真空度越高,残余气体
越少,相应的水蒸汽和油蒸汽越少;基片运行
速度快,相应基片受到沉积区域的温度影响
少;工作真空度(实用的溅射工作压强约为0.
3,0,SPa)越底,分子平均自由程越高,溅射原
子达到基片时具有的能量越高.所以在光学
塑料板材上镀制单质金属铝薄膜时,第?
基
片镀前进行前处理,使得基片具有好的清洁
度,防止塑料板才表面产生静电,增加其表面
活性,这对后续镀制的薄膜与基片的附着力有
很大影响.第二,根据设备,在一定合理的范
围内,选择高本地真空度和工作真空度以及大
的基片运行速度,这对薄膜与光学塑料板材的
附着力无不有好处.再者,有条件的话,可
以把镀制好的薄膜进行退火处理,使得膜层与
基片间的各种应力得到调整,品格排列规则,
使得薄膜处于稳定状态,这样有利于提高薄膜
的附着力.当然,如果在溅射装置的抽气系
统上配置分子泵或低温蹦泵等解决返油现象,
这对镀制薄膜的附着力是很有好处的.
5结语
在光学塑料表面镀制的单质金属膜,常发
生膜层与基片的附着力差,特别是在磁控溅射
中,镀制铝膜.本文光学塑料的特性出发,通
过薄膜附着力理论分析,提出在工艺上改进铝
膜附着力的制备工艺.镀膜前,先对光学塑
料表面超声清洗,然后离子风枪吹净,使得清
洁和去静电的作用,,在一定合理的范围内,选
择高本地真空度和工作真空度以及大的基片
运行速度,这样可以达到提高薄膜与光学塑料
板材的附着力.通过实验证明其方法的可行
6科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald
性.
参考文献
[1]潘永强,卢进军.光学塑料真空镀膜附着力
机理与工艺研究【J】.应用光学,2003,24
(3):
32—34.
[2】李颜霞.塑料真空镀膜IM】.北京:
化学工业
出版社,l990.
【31啻晋发,顾培夫.现代光学薄膜技术【M1.杭
州:
浙江大学出版社,2006.
【4j腾林,杨邦朝,崔红玲,杜晓松.金属薄膜附
着性的改进.电子元件与材料,2003,6:
41—44.
【5】唐伟忠.薄膜制备材料制备原理,技术及
应用【M】.北京:
冶金工业出版社,2002.
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