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 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