一种使用杂化的混合折射率材料的镀膜方法与流程

1.本发明涉及光学薄膜制造，具体涉及一种使用杂化的混合折射率材料的镀膜方法，是一种在塑料表面、玻璃基底或陶瓷表面等进行彩色耐用薄膜沉积的一种应力可控、反射光强均匀可调的镀膜方法。


背景技术：

2.目前，用于电子产品外观件的壳体外观需要进行色彩设计来满足消费者的审美和产品整体外观的协调性。一般而言，涂层工艺和油漆印刷等表面加工方式只能实现一定的色彩，而且彩色层的牢固度大多不能满足苛刻的环境测试要求。因此，目前普遍采用溅射或蒸发镀膜的加工方式来实现外观件表面的牢固彩色薄层。公开号cn209851936u、cn111020658a涵盖了两类在pet树脂基材表面进行彩色镀膜加油墨印刷的多彩膜层加工方法，其中镀膜层的色彩通过膜层厚度实现控制并匹配不同油墨以实现特定色彩。公开号cn104529186a公开了一种在玻璃表面镀制多彩渐变色膜层并结合油墨实现绚丽色彩的加工工艺。上述专利(申请)所涉及的加工方式，在实际调整膜层色彩中，需要利用光学软件调节高低折射率层的厚度来改变镀层的光学特征。在改变厚度的同时，可见光波段的光谱特征容易变化，人眼所感受的色相发生改变，而镀膜材料自身的折射率往往比较固定，因此具有一定局限性。
3.在磁控溅射设备中，si(或nb或ti)靶材上方施加电磁场，同时对真空腔充入大量氩气等高原子数惰性分子，氩原子受到电磁力作用具有高能量轰击靶材，溅射出si(或nb或ti)原子。溅射出来的原子经过由离化室的射频能量激发的活性氧作用，形成氧化物如sio2或nb2o5等。同一设备中可以设计多个靶材工位，不同靶材上方的电磁场互不干扰，通过多靶位设计，可以实现不同种类原子如si和nb的同时溅射，经过充足的离化激发，就能形成杂化的混合折射率镀层。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种方便的调节镀层通透性并保持反光色泽色相，同时膜层叠层应力可调的镀膜工艺或方法。在多种镀膜设备中使用便捷，易于调控，不仅可以实现膜层叠层光强度梯度调节来快速匹配油墨色彩和基底材质的变化，而且能够通过sianbboc或si
p
tiqor中si和nb(ti)的分子比例来调节膜层的刚性，以实现与基材应力-应变更好匹配的“块材料”性能。
5.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种使用杂化的混合折射率材料的镀膜方法，是以透明塑料、玻璃材料或陶瓷为基底，通过磁控溅射设备或者电子束蒸发设备实现膜层沉积，并使用杂化的混合折射率镀层实现一系列镀层的反射率均匀可控、反射色相保持不变的多彩镀膜工艺；具体包括以下步骤：
6.(1).在以pet塑料/玻璃/陶瓷为基底的膜上利用磁控溅射设备镀上膜系构成材料为sio2、sianbboc、si
p
tiqor的镀膜层，其中sianbboc、si
p
tiqor介质材料的分子比例均能通过
电力大小调整变化；
7.(2).在需要的情况下，在镀膜层表面结合所适配的油墨色彩进行调配，通过调整sianbboc或si
p
tiqor中si和nb(ti)的分子比例来控制所镀膜层的色彩和亮度；
8.其中，1≤a≤3，0≤b≤3，1≤c≤10，1≤p≤3，0≤q≤3，1≤r≤10。
9.所述膜系材料由sio2做低折射率层、sianbboc、si
p
tiqor或nb2o5、tio2构成高折射率层进行彩色镀膜设计。
10.所述sio2膜层的厚度为1nm-300nm，sianbboc(或si
p
tiqor)膜层的厚度为1nm-300nm。
11.对于彩色可调控混合折射率镀层，通过调整sianbboc或si
p
tiqor中si和nb(ti)的分子比例来改变膜层的应力和硬度特征。
12.本发明采用上述技术方案所设计的一种杂化的混合折射率镀膜方法，具有以下有益效果：
13.(1)本发明以玻璃材料为基底完成的彩色膜的最优化膜系设计和工艺技术镀制，不仅膜层牢固，使用杂化的混合折射率镀层(sianbboc、si
p
tiqor等)实现一系列镀层反射率均匀可控，同时镀层的光学厚度保持不变，属于一种“原位”改变某高/低折射率层折射率大小的镀膜工艺；
14.(2)通过适当的掺杂，杂化的sianbboc材料具有比sio2更小的应力，结合膜层厚度匹配，杂化的混合折射率镀层可以实现在pet塑料材质表面的超强附着。pet基材+杂化混合材料镀层+油墨的加工工艺，成品可以耐受100摄氏度水煮2小时后，膜层与pet基材百格完整度大于4b(参考国标gb/t 9286-1998)；拉拔力测试可达到基材膜片镀膜后与玻璃盖板粘附紧密，剥离力可达25n，剥离测试结束后膜层仍能完整附着在pet基材表面(参考某移动产品终端板材&玻璃材料检测测试标准)。
附图说明
15.图1表示本发明实施例1的一种混合折射率镀层的膜层结构示意图；
16.图2表示本发明实施例2的一种含混合折射率镀层的膜层结构示意图；
17.图3表示实例1所指一种混合杂化材料折射率镀膜叠层的反射光谱变化示意图；
18.图4表示实例1所含一种混合杂化材料折射率镀膜叠层的透射光谱变化示意图。
具体实施方式
19.本发明一种杂化的混合折射率镀膜技术，是以透明塑料、玻璃材料或陶瓷为基底，通过磁控溅射设备或者电子束蒸发设备实现膜层沉积，并使用杂化的混合折射率镀层实现一系列镀层的反射率均匀可控、反射色相保持不变；同时应力刚度易于调节的多彩镀膜方法。
20.实施例1
21.本发明一种杂化的混合折射率镀膜方法，以经过离子清洁的pet片材为底材，膜系构成材料为sio2、sianbboc(或si
p
tiqor)等构成，其中sianbboc或(si
p
tiqor)等介质材料的分子比例均可通过设备参数调整变化。如在磁控溅射设备中，si靶材上方施加2.0kw(1-18kw范围均可)的电力，在nb靶材上方施加12.0kw(1-18kw范围均可)电力，可形成少量si杂化的
sianbboc混合杂化镀层，该镀层折射率约为2.22，低于nb2o5的2.34。该膜层结构从第一层到第六层以此为：sio2、sianbboc、sio2、sianbboc、sio2、sianbboc。其中，1≤a≤3，0≤b≤3，1≤c≤10，1≤p≤3，0≤q≤3，1≤r≤10。其膜层为金色镀膜系，表1为金色膜系设计的厚度，
22.表1：(金色膜系设计的厚度)
[0023][0024]
工艺实践过程中为匹配油墨通透性所调整的镀膜工艺参数如下表所示：
[0025]
表2(未杂化的sio2/nb2o5结构参数-a)
[0026][0027]
表3(杂化的sio2/sianbboc结构参数-b)
[0028][0029]
表4(杂化的sio2/sianbboc结构参数-c)
[0030][0031]
表5(不同程度杂化的sianbboc折射率数据)
[0032][0033]
需要说明的是，工艺a是传统的sio
2-nb2o5镀膜叠层，工艺b和c是有sio2和不同程度杂化的sianbboc所构建的膜层堆积工艺。在使用同时工作的si靶材和nb靶材实现杂化的sianbboc镀层时，真空设备的离化能量可以不做改变，在本例中作为高折射率的nb2o5或sianbboc材料的光学厚度保持不变。
[0034]
工艺可以实现在膜层光学厚度不发生改变下，实现反射亮度和透射强度的均匀调控。如表5所示，通过改变si靶材和nb靶材上方的电力配比，随着si靶材功率增加，sianbboc镀层的折射率可以由2.34均匀降低至1.5左右，接近线性相关。其对应的高低折射率叠层光谱强度可以实现0％-100％的比例降低，并且保持高低折射率叠层的反射色向保持不变，均
为金黄色。
[0035]
本例所指的工艺不限于金黄色，高低折射率介质膜层实现的所有镀膜色彩都能够通过本例所示杂化折射率镀层工艺，便捷地调控其反射/透射强度。
[0036]
完成上述示例所代表的工艺，可以采用磁控溅射或者电子束蒸发镀膜设备实现。
[0037]
实施例2
[0038]
本发明一种杂化的混合折射率镀膜方法，主要说明该镀膜方法在调整膜层叠层应力时的作用。如图2所示，以pet或玻璃材料为基底，以构成材料为sio2/sianbboc的高亮青绿色膜系做低折射率层，nb2o5做高折射率层，sio2纯材料比nb2o5的内部应力大得多，一般溅射成膜等厚度的sio2薄层应力值约为nb2o5的六倍以上，掺杂nb分子的sianbboc材料可以有效降低应力。在本例中，使用sianbboc/nb2o5做低/高折射率层，相比于传统的sio2/nb2o5结构，能够有效地降低内部应力，非常适用于柔性基材的表面镀膜。该膜层结构从第一层到第六层以此为：sianbboc、nb2o5、sianbboc、nb2o5、sianbboc、nb2o5。其中，1≤a≤3，0≤b≤3，1≤c≤10。
[0039]
表6为亮绿色膜系结构设计，其中用sianbboc材料代替sio2纯材料时，光学厚度基本不变。
[0040]
表6(亮绿色膜系设计厚度)
[0041][0042]
表7为a产品制作工艺中在pet基材上镀制该亮绿色膜系结构，膜层表面经过丝网印刷配合油墨产生炫丽的绿色反光，并紧密贴覆在玻璃壳体作为电子终端的保护壳。由表中对比可以看出，sianbboc/nb2o5叠层比sio2/nb2o5叠层具有更好的附着力，在膜层和软基材同时承受拉力的剥离测试过程中，sianbboc/nb2o5叠层可以承受更强的拉力，而且在拉力测试后膜层仍能紧密附着在pet基材表面。
[0043]
表7(a产品制作工艺中sianbboc/nb2o5叠层与sio2/nb2o5叠层的性能表现)
[0044]
[0045]
表8(a产品制作工艺中sianbboc/nb2o5叠层与sio2/nb2o5叠层的工艺参数表)
[0046][0047]
表8所示为a产品制作工艺中所使用杂化镀层sianbboc的膜层参数，混合的sianbboc膜层比sio2膜层折射率稍高，莫氏硬度比sio2明显降低，sianbboc/nb2o5叠层比sio2/nb2o5叠层具有更低的应力，叠层的高、低折射率材料的应力更接近，故具有更好的性能表现。
[0048]
本例所指的sianbboc镀层参数可根据产品需要，添加不同含量的si和nb比例来调节膜层刚度，无法一一例举；所涵盖的工艺为杂化的sianbboc材料比sio2材料刚度更低，在软性基材表面，通过溅射或电子束蒸发，选择合适的参数，使用sianbboc(或si
p
tiqor)/nb2o5(或tio2、ti3o5)层，可以形成与基材附着紧密，在承受应力和形变不易破裂的低应力镀层。
[0049]
本发明以pet塑料/玻璃/陶瓷为基底，使用低折射率的sio2，高折射率的si3n4或sianbboc或si
p
tiqor等进行光学镀膜，sio2/sianbboc膜层叠层兼具鲜艳色泽和耐弯折强度，与pet塑胶基材拥有一致匹配的韧性，膜层与软性基材耐受多次弯折及高低温测试后附着良好，基材膜片镀膜后与玻璃盖板粘附紧密，成品经高低温循环后剥离力高达25n。