Напыление на стекло металлов, их окислов позволяет либо улучшить качество стекла, либо придать ему дополнительные полезные свойства. Например, бывает напыление на . Или тонировочное.

Насколько сложный это процесс – напыление? Можно ли осуществить его своими руками, в домашней лаборатории? Какие полезные свойства придаются стеклу напылением?

На эти и другие вопросы мы ответим в статье далее на нашем портале.

Напыление металла на стекло: как это делается

Установка для магнетронного напыления на стекло

Есть два основных способа напыления металла на стекло:

1. Пиролитический способ – напыление производится в процессе изготовления стекла.
2. Вакуумное напыление на стекло – осуществляется на специальных установках на уже готовые листы стекла.

Разработано несколько методов вакуумного напыления на стекло: катодный, ионно-плазменный, магнетронный и т.д. В виду своей простоты и относительной дешевизны процесса наибольшей популярностью пользуется магнетронное напыление на стекло.

Установка для напыления: вид внутри установки

По своему принципу оно напоминает работу обычной электронно-лучевой трубки телевизоров старого образца: разогнанные в магнитном поле ионы инертных газов встречают на своем пути мишень (металл, оксид металла) и выбивают из нее атомы, которые тонким слоем покрывают размещенное поперек линий магнитного поля стекло.

Простота магнетронного способа оказалась настолько соблазнительной, что возникла идея делать напыление на стекло своими руками. В Москве и других городах было несколько попыток реализовать ее в домашних условиях – занимались созданием доморощенных установок, главным образом, специалисты предприятий соответствующего профиля.

Сразу предупредим: создать в домашних (гаражных) условиях устойчиво работающее оборудование для магнетронного напыления, дающее качественные результаты, никому из известных нам умельцев пока не удалось. Хотя эксперименты продолжаются.

Виды стекла с напылением

Стекло с зеркальным напылением в составе оконного стеклопакета

В быту мы настолько часто встречаем стекло с разными видами напыления, что даже перестаем обращать на него внимание. Самый бросающийся в глаза пример - стекло с зеркальным напылением. То самое, которое позволяет видеть изнутри дома, но не позволяет заглянуть во внутрь.

Принципиально оно от зеркала с подложкой из амальгамы отличается лишь тем, что в промышленных условиях наносится настолько тонкий отражающий слой металлов, что стекло обретает свойства полупрозрачности: в одном направлении через него видеть можно, в другом – можно увидеть лишь собственное отражение.

Обычно в качестве «шпионского окна» используется стекло с титановым напылением: благодаря уникальным свойствам титана такие стёкла долговечны, не меняют своих свойств десятками лет.

Стекло с титановым напылением в витрине

В Москве цена стекла с зеркальным напылением – от 360 руб./м?. Кстати говоря, покупая зеркальную плёнку для стёкол, вы ничего не выиграете: суммарная цена «стекло+плёнка» будет такой же.

Не надо путать стёкла с зеркальным напылением со стеклом с напылением серебра. Напыление ионами серебра используется для создания энергосберегающих стёкол. Они не пропускают инфракрасное излучение из квартиры на улицу, способствуют сбережению тепла. Среди специалистов их обозначает кратко: .

Другой распространенный вариант применения вакуумной магнетронной технологии - тонировка стекол напылением. Она пользуется популярностью у автомобилистов. Окна в жилых строениях, все-таки, дешевле тонировать плёнкой (см. статьи и ).

Минеральные стекла с сапфировым напылением для часовых циферблатов

Нельзя не сказать несколько слов о стёклах с сапфировым напылением. Они используются в часовой промышленности, для остекления циферблатов. Обычный материал для этого – минеральное стекло, искусственно выращиваемое из кристаллов оксида кремния. Но для Джеймса Бонда и прочих любителей использовать наручные часы вместо кастета такое стекло кажется недостаточно прочным, подверженным царапинам; поэтому швейцарские часовщики научились «выращивать» стекло из искусственных сапфиров. Оно обладает очень большой твёрдостью и соответствующей ценой.

Компромисс между стоимостью и качеством был найден в создании минерального стекла с сапфировым напылением: оно почти также дешево, как обычное минеральное, и почти также твердо, как сапфировое. Одна беда: напыление со временем стирается.

Некоторые новорусские почитатели творчества Яна Флеминга (автора Бондианы) спрашивают, нет ли для часов стекла с алмазным напылением?

Увы, еще не появилось. Но ждём с минуты на минуты – специально для обитателей Рублёвки!

Так отличают энергосберегающее стекло от обычного Остекление лоджии стёклами с тонирующим напылением

Портфельная компания РОСНАНО «SPGlass» запустила производство бюджетных энергоэффективных стеклопакетов для пластиковых окон с выдающимися характеристиками по тепло- и солнцезащите, светопрозрачности и сроку службы.

Индустриальный холдинг SP Glass - портфельная компания РОСНАНО - запустил производство бюджетных энергоэффективных стеклопакетов Lifeglass для пластиковых окон, которые превосходят по характеристикам распространённые на российском рынке низкоэмиссионные стеклопакеты и столь же доступны по цене. Об этом компания объявила на прошедшем в апреле в Италии 13-м международном форуме производителей светопрозрачных конструкций - Форуме STiS-2017.

Окна со стеклопакетами Lifeglass обеспечат комфорт жителям квартир и частных домов любого типа. Они столь же многофункциональны, сколь и прозрачны. С ними в жилых помещениях будет тепло зимой, прохладно летом и светло в любое время года. Это позволит существенно сократить расходы на кондиционирование и отопление. При этом использовать стеклопакеты Lifeglass можно не только при первичном остеклении, но и при замене старых пластиковых окон на новые.

Основу продукта составляет стекло модели Lifeglass, разработанное и произведённое на заводе Pilkington в Раменском районе Московской области - предприятии в составе холдинга SPGlass. Это стекло с магнетронным нано-напылением, выполненное по технологии DoubleSilver. В состав напыления входят просветляющие и закрепляющие слои, а также два слоя серебра, которые наделяют стекло беспрецедентными характеристиками по теплоизоляции, солнцезащите и светопрозрачности.

Стекло DoubleSilverпроизводится на заводе Pilkington на одном из самых современных в мире коутеров - машин по нанесению покрытий на стекло. Стекло в коутере последовательно проходит через 22 вакуумные магнетронные камеры, внутри которых две «мишени» из определённых напыляемых материалов бомбардируются ионами инертного газа. Освобождённые таким образом атомы напыляемых материалов равномерно осаждаются на поверхность стекла и встраиваются в его кристаллическую решётку.

Многоступенчатая система контроля качества и удвоенное количество «мишеней» внутри магнетронных камер на коутере Pilkington гарантируют высокое качество стекла DoubleSilver и позволяют сделать этот высокотехнологичный продукт, который используется для остекления жилых комплексов и знаковых архитектурных объектов по всему миру, доступным для покупателя обычных окон ПВХ.

Непосредственно стеклопакеты Lifeglass производятся под контролем Группы компаний STiS - ещё одного предприятия в составе холдинга SP Glass.

«Стеклопакет Lifeglass многократно превосходит по ряду показателей распространенные на российском рынке низкоэмиссионные стеклопакеты: светопропускание - 75%, солнечный фактор - 49%, коэффициент эмиссии - 0,03%, при этом он столь же доступен по цене. Мы не сомневаемся, что в ближайшие два года Lifeglass полностью заменит собой любой другой низкоэмиссионный стеклопакет, став новым базовым энергоэффективным оконным решением для остекления квартир и частных домов - как на первичном, так и на вторичном рынке», -

В строительных и производственных сферах все чаще применяются высокопрочные пластики. Они превосходят традиционные твердые материалы за счет своей небольшой массы, податливости в обработке и практичности. И все же металл сохраняется во многих отраслях как наиболее выгодный материал с точки зрения сочетания прочности, жесткости и долговечности. При этом далеко не всегда оправдывает себя использование цельной структуры. Все чаще технологи применяют напыление металлов, которое позволяет наделить рабочую заготовку частью свойств наиболее подходящего в плане эксплуатации сплава.

Общие сведения о технологиях металлизации

Среди современных методов металлизации поверхностей чаще применяют гальваническое нанесение, а также погружение в расплавы. Традиционная технология также предусматривает вакуумную обработку напылением, которая имеет свои классификации в зависимости от используемых активных сред. Так или иначе, любое напыление металлов предусматривает обработку основы материала с целью получения тех или иных защитных качеств. Это может быть формирование антикоррозийного слоя, восстановление утраченной структуры или же ремонт эксплуатационного износа.

При этом сама рабочая поверхность в большинстве случаев подвергается термической обработке. Перед нанесением металлических частиц она расплавляется горелками, индукторами или посредством воздействия низкотемпературной плазмы. Таким образом подготавливается основа с оптимальными физико-химическими качествами, на которой в дальнейшем производится напыление металлов в виде порошка. Важно отметить, что в качестве основного материала может выступать тот же металл, стекло, пластики или некоторые породы древесины и камни.

Метод химического хромирования

В качестве активного компонента для реализации такого напыления используют химические реагенты. Классический состав включает хлористый хром, натрий, уксусную кислоту, а также воду с раствором едкого натра. Процесс напыления выполняется при температуре порядка 80 °С. Начинается работа с подготовки материала. Обычно хромирование используют для обработки металлических поверхностей, в частности стали. Перед самой операцией материал подвергается первичному покрытию медным слоем. Далее производится химическое хромирование посредством подключенного к компрессорной установке. После завершения процедуры изделие моется в чистой воде и просушивается.

Метод газопламенной обработки

Если в предыдущей технологии предусматривается тщательная подготовка основы, которая должна подвергаться покрытию, то в данном случае особое внимание уделяется частицам металлизации. Современное газопламенное напыление может выполняться с помощью полимерного порошка, проволочного или шнурового материала. Данная масса направляется в пламя кислородно-пропановой или ацетиленокислородной горелки, в которой происходит расплавление и перенос на напыляемую основу сжатым воздухом. Далее состав остывает, формируя готовое к применению покрытие.

При помощи данной методики можно наделять материалы антикоррозийной стойкостью и механической прочностью. Активным материалом можно обрабатывать алюминиевые, никелевые, цинковые, железные и медные сплавы. В частности, газопламенное напыление используют для повышения эксплуатационных качеств изоляционных покрытий, электротехнических деталей и т. д. Кроме этого, технология используется в интерьерном и архитектурном дизайне для обеспечения конструкций декоративными свойствами.

Метод вакуумного напыления

В этом случае речь идет о группе методов, которые предполагают формирование тонких пленок в вакууме при воздействии прямой конденсации пара. Технология реализуется разными путями, в том числе за счет термического воздействия, испарения электронными и лазерными лучами. Используется вакуумное напыление для повышения технических качеств деталей, оборудования и инструментов. К примеру, такая обработка позволяет формировать специальные «рабочие» покрытия, которые могут повышать электропроводность, изолирующие свойства, износостойкость и защиту от коррозии.

Технология применяется и для создания декоративных покрытий. В данном случае техника может задействоваться в операциях, требующих высокой точности. Например, вакуумное напыление используют в изготовлении часов с позолоченным покрытием, для придания эстетичного вида оправам для очков и т. д.

Применяемое оборудование

Чаще всего для напыления используются аппараты, снабженные сверхзвуковым соплом. Также применяется небольшой по размерам электрический нагреватель, работающий на подачу сжатого воздуха. Особенностью последней модели является возможность доведения температуры до 600 °С. До недавнего времени применение стандартных устройств, напоминающих по принципу действия пневматические пистолеты, осложнялось тем, что частицы изнашивали насадки инструмента. Современное оборудование, благодаря которому осуществляется напыление металлов, использует принцип пульверизатора. Это значит, что в момент прохождения рабочей газовой среды по каналу подачи струи скорость потока увеличивается по мере сужения трубы. Вместе с этим падает и статическое давление. Такой принцип работы сокращает износы и увеличивает рабочий срок аппаратов.

Заключение

В целях удешевления технологических операций по защите металла от внешних воздействий часто используются узкоспециализированные, но менее эффективные средства. При этом сэкономить помогает и напыление металла, цена которого составляет в среднем 8-10 тыс. руб. за деталь. Финансовая целесообразность обусловлена тем, что такие покрытия могут обеспечивать сразу несколько функциональных качеств. Например, обработав металлический компонент кровельной конструкции, вы можете получить такие свойства, как антикоррозийность, стойкость перед воздействием осадков, механическая защищенность. Существуют и особые металлизированные покрытия, способные уберечь деталь от агрессивных химических и термических воздействий.

Существует много способов поверхностей, и к одним из основных относится вакуумная металлизация. Предметов с таким покрытием вокруг множество. Даже предметы из обычного пластика можно сделать похожими на металлические – с помощью этой технологии напыления металла они приобретут красивую серебристую или золотистую поверхность.

Понятие о вакуумной металлизации

С помощью такой технологии происходит обработка поверхностей изделий путём переноса мелких металлических частиц в вакууме. Они покрывают изделия плотным слоем. Для этого используется специальное оборудование, довольно дорогостоящее, для которого необходимо подходящее производственное помещение. В небольшой мастерской такой процесс работы не выполнить.

Вакуумная металлизация широкое применение получила сравнительно недавно, но уже показала, что этот способ, несмотря на использование дорогого оборудования, намного дешевле гальванического нанесения, а по сравнению с лакокрасочными покрытиями слой значительно насыщенней и поверхность получается более красивая.

На какие поверхности можно наносить

Способом вакуумного напыления металла можно покрывать предметы из металлов, керамики, стекла, пластмасс. При этом, в отличие от гальванического нанесения, для создания эффекта глянцевого хромирования, меднения, золочения, поверхностей не требуется предварительная полировка деталей.

Вообще, металлизировать таким способом можно любые материалы, которые устойчивы к нагреву до +80 и воздействию специальных лаков. А также материалы не должны быть пористыми, чтобы в процессе металлизации в вакуумной камере не выделялся атмосферный или другой газ, что приведёт к некачественному покрытию. К ним относится плохо обработанная керамика, древесина, бетон. Но даже на них можно нанести таким способом декоративные покрытия, если предварительно загрунтовать специальными составами.

Чаще всего сегодня обрабатываются таким способом предметы из пластмасс и металлов. Этот процесс только усиливает их положительные свойства. Напыление наносится на металлические поверхности изделий, состоящие из различных сплавов. При этом создаётся , изменяются электропроводные свойства металла в сторону повышения, улучшается внешний вид предметов.

Металлизация пластмасс позволяет изготавливать красивые, практичные изделия из дешёвого сырья. В автомобилестроении пластмассовые детали устанавливают для снижения веса. Решётки радиаторов, корпуса, колпаки колёс и другие детали, к которым не требуется обладание повышенной прочностью, изготавливаются из прочных марок пластмасс и обрабатываются под металл.

Оборудование для вакуумной металлизации

У этой технологии, как и у других таких же сложных, имеются свои плюсы и минусы:

Аппарат для нанесения покрытий - схема

• необходимость использования дорогостоящего оборудования;
• большие расходы электроэнергии;
• потребность в просторном производственном помещении для размещения всех приспособлений и для полного технологического цикла изготовления.

Дополнительные расходы средств требуются при этом на технический процесс нанесения дополнительного слоя – защитного лака.

Установки вакуумного напыления представляют собой совокупность устройств, которые последовательно и самостоятельно выполняют ряд функций, необходимых для технологического процесса металлизации.

Основные функции:

• откачка воздуха для получения условий разрежения;
• распыление в определённых условиях металлических частиц на поверхность предметов;
• транспортировка обрабатываемых деталей;
• контроль режимов происходящих процессов вакуумного напыления;
• электропитание и другие вспомогательные приспособления.

Составляющие узлы вакуумной установки:

• Рабочая камера. В ней происходит сам процесс металлизации.
• Источник испаряемых металлов вместе с управляющими и энергообеспечивающими устройствами.
• Системы контроля и управления для регулировки температуры, скорости напыления, толщины плёнки, её физических свойств.
• Откачивающая и газораспределительная система, обеспечивающая получение вакуума и регулировку газовых потоков.
• Системы блокировки рабочих узлов, блоки электропитания.
• Транспортирующее устройство, определяющее подачу-извлечение из вакуумной камеры, смену положений деталей при нанесении металлопокрытия.
• Вспомогательные устройства – заслонки, внутрикамерные манипуляторы, газовые фильтры и др.

Особенности оборудования

Установки для вакуумного процесса нанесения металлического слоя бывают магнетронные и ионно-плазменные. В любых из них необходимо достигать испарения вещества с поверхности металлических болванок, минуя стадию расплава металла.

При сублимационном способе процесс нагрева происходит быстро до температуры испарения, не допуская расплава. Для этого используются нагреватели, способные повышать кинетическую энергию вплоть до разрушения кристаллической решётки. Но некоторые металлы не сублимируют в вакууме, и поэтому с ними стадии расплава не избежать. Поэтому в таких случаях применяются дополнительные системы фильтров.

Способом вакуумного напыления металлического слоя покрываются изделия разных размеров: крупные (до 1 м) и совсем мелкие. Существуют технологии металлопокрытия многометровых тканей и плёнок – они перематываются из одного рулона в другой в процессе напыления в вакуумной камере. Поэтому бывают установки с рабочими камерами разных размеров:

• небольшие – несколько литров;
• крупные – несколько кубометров.

Технологический процесс

Вакуумная металлизация, основанная на испарении и выпадении частиц металла на подложку, представляет собой ряд последовательно происходящих процессов. Они довольно сложные.

Металл при нагревании перед тем, как стать покрытием, претерпевает целый ряд изменений. Вначале он испаряется, затем адсорбируется, после этого выпадает конденсатом и кристаллизуется на поверхности, с образованием металлической плёнки. Каждый процесс довольно сложный.

На качество готового изделия влияют многие факторы. Главные из них – физико-технические характеристики материалов заготовок и выдерживаемые условия процесса металлизации. Образование слоя покрытия происходит в два основных этапа. Это перенос массы и энергии от источника и их равномерное распределение по поверхности обрабатываемого изделия.

Этапы выполнения вакуумной металлизации

Напыление металла на поверхности изделий методом вакуумной металлизации производится по технологии, состоящей из нескольких этапов:

• Деталь подготавливается к процессу нанесения покрытия. Для этой цели подходят только заготовки несложных форм, которые не имеют острых углов или участков, труднодоступных для прямолинейного попадания конденсата.
• Процесс нанесения защитного слоя. На полимеры с содержанием низкомолекулярных наполнителей предварительно наносятся слои антидиффузионных лаковых покрытий.
• Сушка и обезжиривание. Заготовки проходят этап сушки адсорбированной влаги в течение трех часов при температуре +80 .
• Процесс обезжиривания происходит уже на подготовительном этапе в вакуумной камере путём воздействия тлеющего разряда.
• Проведение отжига на этой стадии особенно благоприятно для полимерных материалов – положительно сказывается на их структуре, снижается при этом внутреннее напряжение.
• Проводится активационная обработка перед нанесением металлического слоя на поверхность для повышения её адгезии. Используемые методы зависят от материала заготовки.
• Нанесение металлического покрытия. При этом слой покрытия формируется путём конденсации пересыщенных паров металлов на холодную поверхность заготовки.
• Затем проводится контрольная проверка качества металлического слоя. Для декоративных изделий она заключается в осмотре поверхности с определением прочности и равномерности слоя. Для технических деталей используются дополнительные испытания. На практике применяются методы отслаивания липкой лентой, истирание, разрушение УЗ колебаниями и др.

Сферы применения

Технология обработки поверхностей методом вакуумной металлизации применяется в производстве многих товаров:

• Сантехнической фурнитуры – сильфонов, кнопок смыва и др. Самая распространённая металлизация - алюминием, придающая изделиям хромированный вид.
• Мебельная фурнитура – ручки для мебельных дверок и ящиков, декоративные отделочные детали, вешалки для одежды и др.
• Зеркальные покрытия. Небьющиеся зеркала изготавливаются способом металлизации полимерных плёнок, натянутых на рамки.
• Кожгалантерея – пряжки для ремней, пуговицы, люверсы.
• Упаковочные материалы – крышки для флаконов с парфюмерией, дозаторы косметических средств, декоративные коробочки для бижутерии и др.
• В производстве бижутерии, декоративных сувениров и подобных изделий.
• При изготовлении предметов геральдики – гербов и других предметов.
• Радиоэлектроника – приборные панели телевизоров, крышки мониторов, кнопки и др.
• Микроэлектроника – изготовление интегральных микросхем, полупроводников и других деталей. Обычно применяется напыление меди.
• Автомобильная промышленность – внутренняя светоотражающая часть фар и многие декоративные детали снаружи и внутри машины.
• Светотехнические изделия – для декорации деталей светильников.

Визуально можно сделать имитацию под любой драгоценный или полудрагоценный металл. Вакуумная металлизация придаёт изделиям не только красивые декоративные свойства, но и создаёт защитный слой от коррозии для металлов, износа для других материалов. Металлизация пластмасс позволяет из дешёвых материалов создавать практичные и красивые изделия. Стойкое покрытие обеспечивает долгий срок эксплуатации изделий.

Выводы

По времени использования наибольший срок сохранения декоративного слоя у предметов, находящихся в закрытых помещениях. Те, что часто подвергаются атмосферным воздействиям, могут со временем повреждаться. Но для их защиты обычно используются специальные лаковые слои, которые продлевают срок службы таких изделий. К преимуществам покрытий вакуумным способом относится их экологичность, по сравнению с другими аналогичными технологиями.