有機玻璃基材表面電子束蒸鍍鉻-鋁-二氧化硅薄膜實驗材料與方法
真空鍍膜技術是一種發展迅速,應用廣泛的表面成膜技術,它不僅可以用來制備各種特殊性能的薄膜涂層(如超硬、高耐蝕、耐熱和抗氧化等),而且還可用來制備各種功能薄膜材料和裝飾薄膜涂層等。真空蒸發鍍膜是真空鍍膜技術中的一種,是把待鍍膜的基體或工件置于高真空室內,通過加熱使蒸發材料汽化(或升華),以原子、分子或原子團離開熔體表面,凝聚在具有一定溫度的基片或工件表面,并冷凝成薄膜的過程。電子束蒸發鍍膜技術就是其中一種比較成熟的工藝, 它主要有以下優點:
(1) 電子束轟擊熱源的束流密度高,能獲得遠比電阻加熱源更大的能量密度,可以使高熔點材料蒸發,并且能有較高的蒸發速率;
(2) 由于被蒸發材料是置于水冷坩堝中,因而可避免容器材料的蒸發,以及容器材料和蒸發材料之間的反應,這就使得鍍膜的純度得以提高;
(3) 熱量可直接加到蒸鍍材料的表面,因而熱效率高,熱傳導和熱輻射的損失少。
電子束蒸發鍍膜技術將逐漸發展成為一種主流的真空鍍膜技術。鍍鋁膜是采用特殊工藝在基體表面鍍上一層極薄的金屬鋁而形成的一種材料,其中最常用的加工方法當數真空蒸鍍鋁法。鍍鋁膜的應用非常普遍,它已被廣泛地應用于食品、醫藥、化工等產品的包裝。鍍鋁膜具有極佳的金屬光澤和良好的反射性,具有優良的阻氣性、阻濕性、遮光性和保香性,而且還可以在一定程度上替代鋁箔,不但節省了能源和材料,還降低了商品包裝成本。
隨著鋁膜的廣泛應用,其弊端也已經顯現出來,那就是膜層和基體的結合力較差,鋁膜容易脫落,耐堿耐酸性較差。目前主要是通過在鍍鋁面上涂布一層底涂膠,來提高鋁膜和基體的粘結力,增強鋁膜的牢固度,使其不易脫落。但是在使用膠粘劑的過程中,也存在很多問題,如涂膠過多, 就會增加成本,而且還會使固化時間延長,容易發生鍍鋁層的遷移現象;如涂膠過少,就會影響鋁層的牢固度。所以我們應該尋找另一種工藝,來替代涂膠加鋁膜附著力的方法。本文應用電子束在有機玻璃上蒸發鍍鉻再鍍鋁,然后又在鋁膜上蒸鍍了一層二氧化硅,并對鋁膜的附著性、耐腐蝕性等進行了研究。
實驗材料及方法
實驗所用儀器為DM- 700 光學鍍膜機,其結構簡圖見圖1,電子槍為EEG- 6A型磁偏轉電子槍。
試驗基材為有機玻璃板,又稱亞克力板,大小為10cm×10cm,對其分別用酒精、去離子水進行超聲波清洗5～10 min,然后取出吹干待用;蒸鍍的鉻材料為高純鉻(99.99%)顆粒;蒸鍍的鋁材料為高純鋁(99.99%)絲;沉積工藝參數范圍:本底真空度≤6×10-3Pa, 蒸鍍鉻材料時電子槍加速電壓為6kV,束流為50～60mA;蒸鍍鋁材料時電子槍加速電壓為8kV,束流為80～90mA;蒸鍍二氧化硅材料時電子槍加速電壓為6kV,束流為40～50mA。
圖1 DM-700設備簡圖
對于鍍鋁層牢固度檢測方法,一般都是用膠粘帶來試驗。參考美國AIMCAL薄膜委員會技術參考書第二版中的有關測試方法,采用3M公司Scotch牌610號壓敏膠粘帶,寬度為2.5cm,把大約15cm長的膠粘帶貼在鍍鋁面上并用手指壓平,然后用一只手壓住樣品,另一只手以180°勻速剝離膠粘帶,用帶強光的燈箱檢驗鋁層脫落轉移情況,剝離面積不大于15%為合格。
雖然此方法比較直觀但是誤差也是比較大的,不能定性的檢測出鍍鋁膜的附著力大小,所以又使用劃痕儀對其進行附著力定性測試。最后對其進行耐腐蝕性測試,使用的腐蝕劑是濃度為10%的NaOH溶液。
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