Способ оценки адгезионных свойств полимеров,используемых в качестве подложек при вакуумном напылении металлических покрытий

Способ оценки адгезионных свойств полимеров,используемых в качестве подложек при вакуумном напылении металлических покрытий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К 4ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическив

Республик

<п>989397 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 19.06.81 (2т) 3305211/18 25

И1) М. Кл. с присоединением заявки ¹01 и 19/04

Государственный комитет

СССР но дедам изобретений н открытий (23) ПриоритетОпубликовано 150183. Бюллетень № 2 ($3) УДК 620, 179.. 4 (088. 8) Дата опубликования описания 15.01. 83 (72) Авторы (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ АДГЕЗИОННЫХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВт

ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ ПОДЛОЖЕК ПРИ ВАКУУМНОМ

НАПЫЛЕНИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Изобретение относится к испытания материалов, в частности определению . адгеэионных свойств полимерных материалов после их обработки.

Обработка полимерных материалов с целью их активаций перед вакуумной мвталлизацивй является распространенным технологическим приемом. Однако эффективность обработки зависит от ,ее режимов и контроль степени активационной обработки является необходимым при реализации наиболее выооких эксплуатационных параметров формируемых иэделкй. Известен способ контроля качества обработки полимерных материалов, заключающийся в непосредственном определении эксплуатационных свойств иэделий олучайным образом выбранных нз большой партии. При этом в качестве основного параметра, характеризуеаего качество обработанных материалов перед их вакуумкой металлизацией, испольэуется адгвзионная прочность соединения металл-полкмер, которая определяется, например, методом истиранин, отслаивания, УЗ-обработки, т.е. раэрутоающими методами t 1).

Этот способ достаточно трудоемокт продолжителен во времени н не всегда применим.

Известен нераэрушающий способ контроля степени активационной обра-ботки поверхности, заключающийся в нанесении на обработанную поверхность капли жидкости (воды) и определении краевого угла смачивания, по которому судят о (степени.обработки (. 2).

Однако данный спссоб не отражает специфику взаимодействия металл-полимер и поэтому режимы обработки, при которых измеряется минимальный угол

15 смачивания поверхности каплей жидкости, не всегда совпадает с режимами, при которых эксплуатационные свойства (адгеэия) более высокие.

Наиболее близким по технической

2О сущности к предлагаемому является способ оценки адгеэионных свойств полимеров, йспольэуемых в качестве подложек при вакуумном напылении ме-, таллических покрытий, заключающийся

25 в нанесении на поверхность полимера эталонного металла и определении параметра взаимодействия металла б по- верхностью. В качестве металла используют ртуть,галлий,а параметраЗО краевой угол смачивания (,3).

989 397

Использонание в качестве эталонного материала металла покрытия поэнолявт полностью учесть специфику взаимодействия металл-полимер, а на- 35 несение вго методом вакуумного напыления — ускорить процесс и получить усредненную по всей поверхности оцен" ку качества активациояной обработки.

Проведенные исследования показывают, 40 что на стадии образования островконой пленки металла толщиной 0,5-10 нм (н зависимости от материала покрытия) наблюдается осажденив атомов металла с достаточно н(эким коэффициентом 45 конденсации y, —, где .Э вЂ” плотк ность потока аХмон, подающих на поверхность,g — количество атомов, осаждаемых йа единице поверхности. эа единицу времени. Скорость осаждения зависит от физико-химического состояния поверхности и корректирует с качвстном активационяой обработки и адгвэионной прочностью формируемых металлических покрытий «а полимерной оснонег при формировании пленок адгвэионно болев прочно связанных с полимерной основой имеет место осаждение с более высоким коэффицивятоМ конденсации.При толаинах менее 0,5мм конденсация полная. При толаине более

l0 нм (сплошная пленка) коэффициент конденсации нв зависит от состояния .поверхности и определяется в большей степени прироцой металла покрытия и услониями конденсации.

Лля ряда полям.:рля и металлов данный способ не всегда является точным и, кроме. того, достаточно продолжителен во времени.

1(ель изобретения — повышение точности и экспрессности оценки адгеэионных свойств полимеров, используемых н качестве подложек при вакуумном напылении металлических покрытий.

Постанлвнная цель достигается

I тем что согласно способу оценки адгезионных свойств полимеров, используемых н качестве подложек при вакуумном напылении металлических покрытий эаключающемуся н нанесении на поверхность полимера эталонного металла и определении параметра взаимодействия металла с поверхностью, н качестве эталонного металла используют металл покрытия, который наносят на полимер напылением в вакууме, а н качестве параметра взаимодействия металла с поверхностью определяKlT коэффициент конденсации атомов металла на стадии образования покрытия эффективной толаиной 0,5-10 нм, по величине которого оценивают адгезионные свойства полимера.

Коэффициент конденсации можно определять путем регистрации плотяости падающего и отраженного потоков атомов металла.

Опредвлвние коэффициента конденсации может быть произнедено различными методами, например, мвтодом фотометриронания покрытия, измерения вго сопротивления. Наиболее технологичным и чувствительным является метод определения коэффициента конденсации путем регистрации плотности падающего и отраженного у потока атомов металла. Для регистрации потока атомов могут быть использованы кварцевые измерители типа КИТ-1, иониэационные измерители и мас-спектромвтры.

Коэффициент конденсации вычисляетт с " щью "*ения И- тот

В этом случае незначительное изменение коэффициента конденсации например на 5% с 0,9 до 0,95 может быть доста" точно точно оценено по изменению плотности отраженных потоков (изменение 100%). Использование в качестве критерия оценки качества активационной обработки коэффициента конденсации позволяет .проводить контроль.. активации непосредственно в процессе. металлизации, что существенно повышает производительность процесса измерения и всего технологического цикла металлизации.

П р и м в р 1. Проводят контроль . качества обработки пленок иэ полимида перед их металлизацией медью. Обработку пленок осуществляют в щелочной смвси и последующим нагревом до

20-15Ю С. Нанесение металла проводят при давлении. 10 Па и постоянной плотности потока падающих атомов.

Коэффициент конденсации определяют н процессе мвталлизации путем регистрации плотности отраженных атомов с помощью кварцевого измерителя MSY

1841 при толщине покрытия 0,5-10 нм.

Оценку качества активационной обра6оТКН проводят известным методом (по краевому углу смачивания капелек ртути одинаковой массы) и методом определения адгвэионной прочности соединений металл-полимер нормальяым от" рывом. При этом пленка мвталлизирувт" ся с двух сторон и с помощью клея на ней закрепляются металлические штифты. Разрушение таких соединений производится на разрывной машине с постоянной скоростью нагружения.

Полученные результаты приведены в табл. 1.

Иэ табл.1 видно, что при температуре пленки 50 С адгеэионная прочность соединений наиболее высокая. Этому режиму обработки соответствует и более высокий коэффициент конденсации. Краевой угол смачинания для такой обработки нельзя использовать н качестве критерия оценки ев качества: при всех режимах он практически не и 1еняегся.

9 89 397

Коэффициент конденсации, определенный при толщине покрытия 0,5 и i0 нм, не зависит от режимов активационной обработки.

Пример 2. Проводят контроль качества обработки пленок полиэтилена перед их механизацией свинцом. Обработку пленок осуществляют в тлеющем разряде при различных .режимах. Технологические режимы металлизацин и регистрации коэффициента конденсации такие жв; как и в примере 1. Толщина свинцового покрытия, при которой ottределяется коэффициент конденсации, 0,5-10 нм . Контроль качества обработки проводят иэвестным методом и пу- 15 тем определения адгезионной прочности.

Адгаэию металлического покрытия к полимерной основе оценивают методами царапания и ультразвуковых колебаний.

3а критерий.адгезионной прочности зп уинимается нормальная нагрузка, прикоторой иглой снимается покрытие, более чем на 70% поверхности царапины.

При использовании метода ультразвуковых колебаний об адгезионной прочности судят по коэффициенту светопропускания образцов после обработки.

При максимальной адгезии коэффициент светопропускания минимальный.

Время воздействия ультразвуком 7 мин, 3() уровень мощности 0,8 (для .прибора

УЗДН-1) °

В табл.2 приведены реэультаты влияния режима активации на краевой угол смачивания, адгеэионную прочность покрытий и коэффициент конденсации.

Анализ полученных данных свидетельствует, что между адгезионной прочностью покрытий и коэффициентом конденсации в сравнении с краевым углом смачивания существует более высокая корреляция. Наиболее высокие значения адгеэии и коэффициента конденсации наблюдаются при одинаковом режиме активации. Режим активации, при котором краевой угол смачивания минимальный, не совпадает с режимом, обеспечивающим наиболее высокую адгезию. Использование краевого угла смачивания в качестве параметра для контроля качества активационной обра- о ботки в сравнении с коэффициентом конденсации позволяет получить менее точные оценки степени активации. В этом случае также существенно болев низкая производительность контроля, т.е. необходимы дополнительные операции: нанесение капли ртути, измерение угла смачнвания.

На стадии формирования покрытия тоншиной 0,5 и 10 нм коэффициент кон-46 денсации практически постоянен (K=4548 отн. ед.) и не тави:ит от режима активационной обработки. п р н м а р 3. Проводят контроль качества. обработки образцов иэ поли" стирола перед их металлизацией алюминием и висмутом. Активацию полистирола осушествляют различными методамит путем обработки тлеющим разрядом, хро" мовой смесью, растворителем (ацетон+

+спирт). Определение краевого угла смачивания ртути, металлизацию и регистрацию коэффициента конденсации проводят при таких режимах, как и в примерах 1 и 2.

Адгезию металлического покрытия толциной 0,1-0,2 мкм оценивают методом ультразвуковых колебаний. Макси-. мальная адгезия соответствует наимень шему коэффициенту светопропускания пленок после воздействия ультразвука.

В табл. 3 приведены адгазия, коэффициент конденсации алюминия и краевой угол смачивания ртути при различ ных способах активации.

В табл.4 приведены адгезия, коэффициент конденсации висмута и краевой угол смачивания ртути при различных способах активации полистирола.

Приведенные результаты показывают, что оценка качества обработки пленок полистирола путам нанесения капли ртути и определения краевого угла смачивания является неточной ° Из такой оценки следует, что наиболее оПтимальная обработка достигается в тлеющем разряде. Вместе с тем наиболее высокая адгезионная прочность реализуется

Ьри обработке полистирола растворителем. Использование в качестве критерия оценки качества активационной обработки коэффициента конденсации поэ" воляет повысить точность оценки. При этом коэффициент конденсации чувствителен к состоянию поверхности при толщине 5 нм. При толщинах покрытия 0,5 и 10 нм на коэффициент конденсации режим активации практически не влияет.

Использование в качестве эталонного металла металл покрытия, нанесение его на поверхность вакуумным методом одновременно и эа один технологический цикл с металлизацией и выбор в качестве параметра взаимодействия коэффициента конденсации на стадии образования покрытия эффективной тол@иной

0,5-10 нм повьиаает производительность и точность контроля качества активационной обработки полимерных матерна" лов, а также позволяет реализовать возможность полной автоматизации ттроцесса металлизации.

989397

Т а б л и ц а

Т, С

754-55

105t 5

50

125+5

105+ 5

100

90+5

150

75+5

Коэффициент конденсации отн.ед. (толщина 5 нм) Адгеэия

Угол смачивання

Ю ВЮЮ

Метод

УЗ»колебаний, Ъ

Метод царапания, Н

Время обработки, с

Плотност тока, мну/см

Ускоряющее напряжение, кВ

0,05-0,07 4,2

0,08-0,09 3,6

0,1 0,12 3,2

40+3

2,0

100

200

35+3

2,0

2,0

200

0,12-0,14 3 0

120

200

2,0

2,0

200

О, 13-0, 14 Э, 1

0 11-0 14 Э, 1

0,100 012 3 3

150

200

2,5

200

3,0

1 ! коэффициент конденсации, отн. ед.

gt=5 HM

25-28

31-33

35-38

30-32

28-30

20-24

Ремим активационной обработки

Угол смачивания ртути

2 3-26

23-26

23-26

2 4-29

24-30

26-32

22-25

3l-33

36-38

39-40

39-40

38-39

36-37

Адгезионная прочность, кгс/см

Таблица 2

20+3

25+3

25+3

30+3

30+3

989 397

Таблица 3

Способ активации

Коэффициент конденсации, отн ед., прн толщине покрытия, им

Светопропускание после обработки УЗ-колебаний, Ъ

Угол смачивания

0,5

Без активации, Тлеющий разряд

42-48

45-48

10-)5

30-35

2,6-2,8

1,5-1,7

3032

12- 15

Обработка растворителя

40-45

38-42

48-50 65

О, 8-1,0

l,2-1,4

32 "35

23-25

45-48 65

Хромовая смесь

Таблица 4

Коэффициент конденсации, отн.ед., при толщинках покрытия, нм

Способ активации

Светопропускание после обработки УЗ-колебаний, Ф

Угол смачивания

0,5

Беэ активации

30-32

Зу7

8"10 50"60

Тлеющий разряд 85

12-15

2,2-2,5

46-50 55-60

Обработ" ка растворителем

32 «35

0,8-1,0

40-45 48-50 65

Хромовая смесь

38-42 45-48 65

23-35

1,2-1,4

Формула изобретения

2. Способ по п.l о т л и ч а ю щ и и о я тем, что коэффициент конзе денсации определяют путем регистрации ,.плотности падающего и отраженного пб . токов атомов металла.

Источники информации, 49 принятыв во внимание при зкспертиэв

1. Гольдберг М.М,, Корюкин A.Â., Кондрашов Э.К. Покрытия для полимерных материалов. М., Химия, 1980, 65 с. 20-23 °

1. Способ оценки адгвзионных свойств полимеров, использувьых в качестве подложек при вакуумном напы" ленин металлических покрытий, эахлючающийся в нанесении на поверхность полимера эталонного металла и определении параметра взаимодействия металла с поверхностью, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повью ения точности и экспрессностн оценки, в качестве "òàëîííîãî металла используют металл покрытия, который наносят на полимер напылением в вакууме, а в качестве параметра взаимодействия метапла е поверхностью определяют коэффициент конденсации атомов метал. ла на стадии образования покрытия толциной 0,5-10 нм,по величине кото,рого оценивают адгеэионные свойства полимера.

989397

Составитель A.Êñùeeâ

Рецзктор 1 .Веселова Твхрвд М.Гергель, Корректор Г,Решетник

1avae 11113/60 Тира к 871 Подписное

HHHHl1lt Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 t035, Москва, %-35, Раушская наб., д.4/5 тявкал ll1111 11атвнт, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

2. Ройх И.Л., Колтунова Л.H., Федосов С.H ° 11анесение защитных покрытий в вакууме. М., Машиностроение

1976 с. 333-334..

3. Сумм В,Д., Горюнов 10.В. Физико. химические основы смачивания и растекания. М., Химия, 1976, с,45, 137-165 (прототип).