有机玻璃基材表面电子束蒸镀铬-铝-二氧化硅薄膜实验材料与方法

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京印刷学院印刷包装材料与技术北京市重点实验室 作者:桑利军
          真空镀膜技术是一种发展迅速,应用广泛的表面成膜技术,它不仅可以用来制备各种特殊性能的薄膜涂层(如超硬、高耐蚀、耐热和抗氧化等),而且还可用来制备各种功能薄膜材料和装饰薄膜涂层等。真空蒸发镀膜是真空镀膜技术中的一种,是把待镀膜的基体或工件置于高真空室内,通过加热使蒸发材料汽化(或升华),以原子、分子或原子团离开熔体表面,凝聚在具有一定温度的基片或工件表面,并冷凝成薄膜的过程。电子束蒸发镀膜技术就是其中一种比较成熟的工艺, 它主要有以下优点:

      (1) 电子束轰击热源的束流密度高,能获得远比电阻加热源更大的能量密度,可以使高熔点材料蒸发,并且能有较高的蒸发速率;

     (2) 由于被蒸发材料是置于水冷坩埚中,因而可避免容器材料的蒸发,以及容器材料和蒸发材料之间的反应,这就使得镀膜的纯度得以提高;

     (3) 热量可直接加到蒸镀材料的表面,因而热效率高,热传导和热辐射的损失少。

       电子束蒸发镀膜技术将逐渐发展成为一种主流的真空镀膜技术。镀铝膜是采用特殊工艺在基体表面镀上一层极薄的金属铝而形成的一种材料,其中最常用的加工方法当数真空蒸镀铝法。镀铝膜的应用非常普遍,它已被广泛地应用于食品、医药、化工等产品的包装。镀铝膜具有极佳的金属光泽和良好的反射性,具有优良的阻气性、阻湿性、遮光性和保香性,而且还可以在一定程度上替代铝箔,不但节省了能源和材料,还降低了商品包装成本。

      随着铝膜的广泛应用,其弊端也已经显现出来,那就是膜层和基体的结合力较差,铝膜容易脱落,耐碱耐酸性较差。目前主要是通过在镀铝面上涂布一层底涂胶,来提高铝膜和基体的粘结力,增强铝膜的牢固度,使其不易脱落。但是在使用胶粘剂的过程中,也存在很多问题,如涂胶过多, 就会增加成本,而且还会使固化时间延长,容易发生镀铝层的迁移现象;如涂胶过少,就会影响铝层的牢固度。所以我们应该寻找另一种工艺,来替代涂胶加铝膜附着力的方法。本文应用电子束在有机玻璃上蒸发镀铬再镀铝,然后又在铝膜上蒸镀了一层二氧化硅,并对铝膜的附着性、耐腐蚀性等进行了研究。

实验材料及方法

      实验所用仪器为DM- 700 光学镀膜机,其结构简图见图1,电子枪为EEG- 6A型磁偏转电子枪。

      试验基材为有机玻璃板,又称亚克力板,大小为10cm×10cm,对其分别用酒精、去离子水进行超声波清洗5~10 min,然后取出吹干待用;蒸镀的铬材料为高纯铬(99.99%)颗粒;蒸镀的铝材料为高纯铝(99.99%)丝;沉积工艺参数范围:本底真空度≤6×10-3Pa, 蒸镀铬材料时电子枪加速电压为6kV,束流为50~60mA;蒸镀铝材料时电子枪加速电压为8kV,束流为80~90mA;蒸镀二氧化硅材料时电子枪加速电压为6kV,束流为40~50mA。

DM-700 

图1 DM-700设备简图

         对于镀铝层牢固度检测方法,一般都是用胶粘带来试验。参考美国AIMCAL薄膜委员会技术参考书第二版中的有关测试方法,采用3M公司Scotch牌610号压敏胶粘带,宽度为2.5cm,把大约15cm长的胶粘带贴在镀铝面上并用手指压平,然后用一只手压住样品,另一只手以180°匀速剥离胶粘带,用带强光的灯箱检验铝层脱落转移情况,剥离面积不大于15%为合格。

       虽然此方法比较直观但是误差也是比较大的,不能定性的检测出镀铝膜的附着力大小,所以又使用划痕仪对其进行附着力定性测试。最后对其进行耐腐蚀性测试,使用的腐蚀剂是浓度为10%的NaOH溶液。

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