蒸镀为什么要一定在高真空的条件下进行?
薄膜是一种物质形态,它所使用的膜材料非常广泛,可以是单质元素或化合物,也可以是无机材料或有机材料。薄膜与块状物质一样,可以是单晶态的,多晶态的或非晶态的。近年来功能材料薄膜和复合薄膜也有很大发展。镀膜技术及薄膜产品在工业上的应用非常广泛,尤其是在电子材料与元器件工业领域中占有及其重要的地位。
在常压下蒸镀膜料无法形成理想的薄膜,事实上,如在压力不够低 ( 或者说真空度不够高 ) 的情况下同样得不到好的结果,得到的膜层不但不光亮,甚至发灰、发黑,而且机械强度极差,用松鼠毛刷轻轻一刷即可将铝层破坏。
在真空状态下进行镀膜可以避免空气分子的干扰和杂质的混入,确保被镀物表面的纯度和光滑度。如果在非真空状态下进行镀膜,则空气分子会与镀层反应或影响到被镀物表面的组成,改变了被镀物的材料特性和性能,影响到镀层的质量和长期使用寿命。同时,在真空下镀膜可以有效地控制镀层的厚度和均匀性,从而提高镀层的质量,提高被镀物的整体性能和稳定性。
真空镀膜的方式多种多样,不论是蒸发镀膜,还是溅射镀膜,或者离子镀膜、卷绕镀膜,其核心的镀膜工艺过程都需要在10-2~10-4Pa,甚至更高的真空环境下进行。需要真空环境的原因,主要涉及两个方面:
真空镀膜过程中,薄膜材料需要通过蒸发或者粒子轰击使其成为分子或者原子,然后以较大的自由程做直线运动,碰撞待镀膜基片表面凝结后最终形成薄膜;如果镀膜室的真空度不够,就意味着残余的气体分子过多,薄膜材料分子平均自由程变小,抵达基片的过程中,会与残余的气体分子频繁发生碰撞,最终使薄膜材料的分子(原子)无法顺利抵达凝结成膜。
其次是,残余气体分子过多的情况下,薄膜材料分子(原子)凝结成膜时会夹杂大量其杂质气态分子,使薄膜的纯净度下降,进而影响膜层分子的附着性,使其牢固度下降,同时不纯的膜层更容易被氧化而产生其他杂质。
另外,像通过粒子轰击方式来获得薄膜材料分子(原子)的,本身就需要在真空环境下实现,以及离子清洗等过程也无法离开真空环境。
真空条件下进行镀膜有以下几个原理:
1. 避免氧化反应:在真空条件下,空气中的气体被抽出,从而避免与被镀物和镀料发生氧化反应,保证镀层的纯度。
2. 避免灰尘、杂质:在真空条件下,由于气体被抽出,可以避免灰尘和其他杂质污染镀层和被镀物表面。
3. 控制镀层厚度:在真空条件下,可以对镀膜过程进行准确的监控和控制,从而实现对镀层厚度和均匀性的精确控制。
4. 提高镀层质量:真空条件下,镀层在离子和原子水平上可以更加完整、充实地形成,从而更加坚硬、光滑和致密,整体质量更加坚固和耐久。
真空镀膜具有以下优势:
1.镀层质量高:真空镀膜能够控制被镀物表面的温度和真空度,从而能够形成致密、光滑、均匀的镀层。与其他表面处理方法相比,真空镀膜的镀层质量更加高。同时,真空镀膜还能够更好地保护被镀物表面,延长其使用寿命。
2.生产效率高:相比较于其他表面处理方法,真空镀膜具有较高的生产效率和较短的时间周期。它还可以同时镀多个被镀物,从而满足批量生产的需要。此外,真空镀膜还可以达到特殊形状被镀物的镀层要求。
3.环保加工:使用真空镀膜可以大大减少化学品的使用和减少废水、废气等的产生,比其他金属表面处理方法更加环保。
4.应用范围广:真空镀膜可以被应用于与传统金属表面处理方法相兼容的材料(如金属、塑料等材料)。而且,真空镀膜可以在广泛的行业中使用,如航空航天、电子、汽车、光学、医疗、电力等行业。
真空蒸发、溅射镀膜和离子镀等通常称为物理气相沉积法,是基本的薄膜制备技术。它们都要求淀积薄膜的空间要有一定的真空度。所以,真空技术是薄膜制作技术的基础,获得并保持所需的真空环境,是镀膜的必要条件。
综上所述,真空条件下进行镀膜可以保证镀层的纯度和均匀性,提高镀层的质量和稳定性,使得被镀物更加可靠和耐用。