Навигация
Вакуумная металлизация полимерных материалов
49030
знаков
1
таблица
14
изображений
1.7 Вакуумная металлизация полимерных материалов
В настоящее время металлизированные полимерные материалы используют не только в декоративных целях. Их начинают применять также и в качестве функциональных элементов при производстве различной электронной аппаратуры, авиационных двигателей и многих других изделий. Развитие технологии металлизации позволило эффективно решать такие до недавнего времени трудно разрешимые технические задачи, как изготовление устройств частотной модуляции телевизионных антенн, прозрачных для видимой области инфракрасных экранов, надувных спутников, используемых в качестве радиолокационных отражателей.
Рост производства металлизированных полимеров и расширение областей их применения обусловлены, прежде всего, возможностью методом металлизации получать материалы, сочетающие высокие эксплуатационные свойства металлов и полимеров. Разработаны и широко применяются на практике следующие основные технологические процессы, основанные на методах вакуумной металлизации полимерных материалов:
1. Изготовление пленочных упаковочных материалов, применяющихся для хранения продуктов, лекарственных препаратов и т.д.
2. Изготовление злектро- и радиотехнических изделий, функциональных элементов сенсоров (конденсаторов, элементов техники СВЧ, тонкопленочных термопар, мембран, электростатических экранов, фотопроводящих элементов, пленочных систем для записи информации и др.).
3. Изготовление гибких тепловых экранов различного назначения, представляющих собой металлизированную с одной или двух сторон полимерную пленку.
4. Создание гибких печатных плат (полиимидная пленка с медным покрытием).
5. Декоративная отделка изделий.
Металлические покрытия, нанесенные на полимерные материалы, качественно изменяют их свойства. Даже нанесение металлического слоя небольшой толщины придает полимерам электропроводность и металлический блеск, защищает от воздействия Уф- и ИК-излучений, атмосферного старения. Вакуумная металлизация полимерных пленок позволяет создать совершенно уникальный материал, сочетающий легкость и гибкость основы и поверхностные свойства, присущие металлу. Причем как процесс металлизации в вакууме, так и предварительная обработка при правильно выбранных технологических режимах не влияют существенно на свойства самой основы. Все изменения происходят только в тонком приповерхностном слое полимера.
Уникальные свойства металлизированных полимерных материалов обусловливают их широкое применение в различных отраслях промышленности. На протяжении последних лет наблюдается устойчивая тенденция роста потребления различных металлизированных полимеров. Причем первое место с существенным отрывом занимают металлизированные АБС-пластики. Это связано с большим объемом его потребления в автомобилестроении. Доля применения металлизированных полимерных материалов в этой отрасли составляет 35…40 %. В остальных отраслях потребление распределяется следующим образом: электроника – 24, приборостроение – 21, судостроение и другие отрасли - 21 %.
Основными способами, позволяющими формировать металлические покрытия на поверхности полимерных материалов, являются химическая, гальваническая, вакуумная металлизация, металлизация распылением и некоторые другие. По сравнению с ними вакуумная металлизация отличается, во-первых, более широкими возможностями в создании тонкопленочных металлополимерных систем с сочетанием элементов различной природы, во-вторых, - более высокими экологическими параметрами производства, что в настоящее время является весьма важным.
1.8 Особенности вакуумной металлизации полимерных материалов
Полимерные материалы как объекты вакуумной металлизации имеют следующие основные особенности:
1. Относительно низкая поверхностная энергия. Следствием этого является малое время жизни атомов металла в адсорбированном состоянии (tа), а также высокое значение коэффициента диффузии и низкая способность поверхности к зародышеобразованию конденсированной фазы.
2. Высокая микрогетерогенность поверхностных слоев полимерных материалов. В поверхностных слоях могут находиться различные по фазовому составу, дисперсности, электрофизическому состоянию структурные образования. Эти образования при выходе на поверхность определяют значительную неоднородность поверхностных свойств, в том числе и адсорбционной активности.
3. Сильно выраженная зависимость физико-механических свойств полимеров от температуры.
В результате исследования процессов взаимодействии атомов металла с поверхностью полимера установлены следующие основные закономерности:
1. Проявление высокой нестационарности процесса конденсации на начальных стадиях осаждения (на стадии образования островковой пленки). Коэффициент конденсации атомов металла на поверхность полимера сложным образом зависит от времени осаждения (рисунок 13).
В момент времени t1 плотность реиспаренных атомов очень высока и коэффициент конденсации имеет минимальное значение. Именно на этой стадии отмечается образование диспергированного покрытия. При дальнейшем осаждении образовавшиеся зародыши захватывают атомы металла как непосредственно из газовой фазы, так и в результате присоединения диффундирующих по поверхности частиц и определяют, таким образом, дальнейшее повышение К. При t=t2 интегральная область захвата зародышей перекрывает всю поверхность, и в процессе дальнейшего роста покрытия коэффициент конденсации не изменяется. На этой стадии (при t>t2) природа материала подложки (полимера) не оказывает заметного влияния на коэффициент конденсации, так как взаимодействие атомов осуществляется только с образовавшимся покрытием.
Рисунок 13 – Изменение коэффициента конденсации атомов металла в процессе осаждения
2. Сложный характер влияния температуры полимерной подложки на коэффициент конденсации (рисунок 7.14). В общем случае температурная зависимость Кк является немонотонной и зависит от природы полимера.
Рисунок 14 – Температурная зависимость коэффициента конденсации атомов металла на поверхности полиэтилентерефталата (полярного полимера) (1) и полиэтилена (неполярного полимера) (2)
Характер температурной зависимости определяется конкурирующим влиянием следующих основных процессов:
1) термической активацией процессов реиспарения, так как вероятность реиспарения Wp=1/tа (tа=toexp(Q/RT)) при нагреве подложки возрастает;
2) влиянием подвижности активных элементов макромолекул полимера на процессы зародышеобразования.
При осаждении атомов металла на поверхность неполярных полимеров, например, полиэтилена (ПЭ) при Т>Тс в условиях высокой сегментальной подвижности макромолекул увеличивается вероятность выхода их адсорбционно-активных участков на поверхность полимера и участия в процессах адсорбции и последующей конденсации атомов металла, что приводит к возрастанию коэффициента конденсации.
Установлено, что при осаждении на поверхности полимеров, нагретой до высокой температуры (полимер находится в вязко-текучем состоянии), при определенных условиях не происходит образование сплошной пленки (рисунок 15).
Рисунок 15 – Зависимость оптической прозрачности металлического покрытия, нанесенного на полиэтилен, от температуры поверхности
Данный эффект объясняется диффузией атомов металла в объем расплава полимера. При Т>Ткр в поверхностном слое полимера формируется композиционный металлонаполненный материал, в котором металл находится в предельно мелкодисперсном состоянии. При кристаллизации, например, ПЭ атомы металла концентрируются в основном на поверхности образующихся кристаллов полимера в виде отдельных кластеров.
Для ряда систем полимер – металл на границе раздела фаз установлено образование химических металлорганических соединений. Таким образом, при вакуумной металлизации полимеров путем изменения температуры поверхностного слоя предоставляется возможность создания систем с большой диффузионной границей и образованием на границе раздела фаз химических соединений. Близкие к описанным выше процессы имеют место и при термообработке металлизированных полимеров.
Нанесение металлического покрытия на поверхность ориентированных полимеров имеет ряд особенностей. В частности, коэффициент конденсации, морфология частиц металла зависят от соотношения направления ориентации макромолекул в поверхностном слое и плоскости падения атомов металла. Если осаждение атомов осуществляется в плоскости, совпадающей с направлением ориентации макромолекул, то коэффициент конденсации имеет низкие значения. Если же преимущественная ориентация макромолекул и плоскость падения атомов перпендикулярны, то коэффициент конденсации выше. При этом на поверхности одноосно ориентированных полимеров образуются эллипсовидные частицы металла, форма которых обусловлена различием коэффициентов диффузии атомов металла в направлении ориентации и нормально к нему.
Коэффициент К зависит и от уровня механических напряжений, создаваемых в полимерных подложках. Причем наиболее сильно эта зависимость наблюдается при осаждении атомов металла на неполярные полимеры (ПЭ, ПТФЭ). При осаждении же на полярные полимеры данный эффект практически отсутствует. Эта особенность должна учитываться при выборе технологии и режимов изготовления полимерных деталей, подвергаемых последующей металлизации.
Похожие работы
... по применению кадмиевых покрытий является более высокая стоимость по сравнению с цинковым покрытием и высокая токсичность кадмия и его соединений. Никелевое покрытие широко применяется как защитно-декоративное покрытие деталей РЭС из сталей и алюминиевых сплавов, работающих в легких и средних условиях эксплуатации. Это покрытие имеет высокую механическую прочность, коррозионную стойкость и ...
... классификация многослойных покрытий, наносимых на инструментальный материал, приведена в табл.4. Таблица 4 Классификация многослойных покрытий для режущего инструмента. Многослойные Одноэлементные Многоэлементные Многокомпонентные Композиционные На основе Соединения одного Тугоплавкого металла Пример: ...
... поле, электрическое высокочастотное поле); - количеством электродов в газоразрядной камере (двухэлектродные, трехэлектродные и многоэлектродные системы). Рассмотрим наиболее широко используемые ионно-плазменные методы получения тонких пленок. 1.2.1 Катодное распыление Конструкция установки для катодного распыления, изображенной на рис. 2, состоит из газоразрядной камеры 1, в которую вводится ...
... и красок повышенным содержанием пигмента (наполнителя) и, как правило, природой пленкообразователя. В связи с отсутствием грунтовочных составов белого цвета при отделке столярно-строительных изделий в качестве грунтовок используются эмали или краски, а также допускается использование олифы Отделка распылением Отделка распылением заключается в раздроблении окрасочных составов сжатым ...
0 комментариев