СПОСОБЫ НАНЕСЕНИЯ НА СТЕКЛЯННЫЕ ИЗДЕЛИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ИЗ НИТРИДА ТИТАНА Российский патент 2021 года по МПК C23C14/06 C23C14/08 C23C14/14 C23C14/18 C23C14/34 C23C14/35 

Группа изобретений относится к области декорирования стекла и изделий из него и может быть использована в стекольной промышленности на технологической стадии нанесения декоративных покрытий на стеклянные бытовые товары (рюмки, фужеры, бокалы, стаканы, вазы, кружки, тарелки и др.) [МПК C23C14/00, C23C16/00, C23C18/18].

Из уровня техники известен СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТИТАНОВЫХ ПОКРЫТИЙ [WO 0022187 (A1), 2000-04-20], содержащего по меньшей мере один слой, выбранный из слоев, состоящих из нитрида титана TiN, слоев, состоящих из карбонитрида титана TiCN, слоев, состоящих из нитрида титана и другой металл M (Ti, M) N или Til-xMxN и слои, состоящие из карбонитрида титана и другого металла M (Ti, M) NC или Til-xMxNC /, в котором указанное покрытие наносится непрерывно и за один за одну операцию путем химического осаждения из паровой фазы с помощью плазмы (PACVD) из газовой смеси, содержащей восстановительный газ, водород, хлорид титана.

Недостатком аналога является недостаточная прочность покрытия

Также из уровня техники известен СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОПЛЕНКИ НИТРИДА ТИТАНА НА ПОВЕРХНОСТИ ПОДЛОЖКИ, ПОДЛОЖКИ С ПЛЕНКОЙ И ИХ НАНЕСЕНИЕ [CN108546929 (A), 2018-09-18], содержащий этапы, на которых: транспортируют субстрат в реакционную камеру через шлюзовую камеру загрузки, реакционную камеру откачивают до вакуума; пропускают инертный газ в реакционную камеру и наносят покрытие, используя аммиачную плазму и газообразный источник титана, после чего выполняют несколько циклов промывки газом реакционной камеры, поддерживают температуру реакционной камеры на уровне 150-220°C и выполняют реакцию осаждения атомного слоя нитрида титана с плазменным усилением для получения подложки с нанопленкой нитрида титана на поверхности.

Недостатком данного аналога является необходимость поддержания высокой температуры для осаждения атомного слоя титана.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ НА ИЗДЕЛИЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ [RU2039844C1, опубл. 20.07.1995], преимущественно покрытий на основе оксидов титана, хрома, вольфрама, циркония, гафния или ванадия, а также фаз внедрения, выбранных из ряда карбидов, нитридов и карбонитридов указанных металлов, включающий покрытие поверхности металлического или неметаллического материала путем распыления мишеней из активных металлов, их сплавов или композиционных материалов ионной бомбардировкой в тлеющем разряде в смеси инертного и реакционного газов при их раздельной подаче в реакционный объем, предварительно заполняемый инертным газом до давления (3,0-3,5)·10-3 мм рт.ст. с последующим осаждением распыленных частиц на поверхность изделия, отличающийся тем, что реакционный газ подают в приповерхностную зону изделия, подогретого до 300 360°С до установления в реакционном объеме давления (6,0-10)·10-3 мм рт.ст. время распыления контролируют в пределах, необходимых для получения декоративного эффекта заданной интенсивности и гаммы цветовых оттенков, а в качестве реакционного газа используют пары воды, диоксид углерода, воздух или смесь кислородсодержащих газов.

Основной технической проблемой прототипа является необходимость подогревания изделий до температуры 300-360°С перед нанесением на них покрытий, что усложняет технологию нанесения покрытия, ограничивает применение материалов для нанесения на них покрытий с никой температурой плавления, а также увеличивает время, необходимое на осуществление технологической операции по нанесению на время нагрева и охлаждения изделия.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности декоративного покрытия.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ нанесения нитрида титана на стеклянные изделия, характеризующийся тем, что из камеры для напыления откачивают воздух до вакуума 0,02 Па и вращают корзину со стеклянными изделиями со скоростью вращения корзины 2 оборота в минуту, затем подают газ аргон при давлении 0,06 Па и включают источник ионной очистки поверхности стеклянных изделий при следующих параметрах: напряжение анода 3 кВ, ток анода 200 мА, время очистки 20 минут, при этом производят очистку поверхностного слоя стеклянных изделий посредством бомбардировки в высоком вакууме ионами аргона с энергией 100 – 100000 эВ, которые распыляют поверхностный слой с удалением адсорбированных атомов и окислов, затем включают источники магнетронного напыления с установленными мишенями из титана ВТ1-0 и при давлении газа аргона 0,05 Па на стеклянные изделия наносят непрозрачный отражающий слой в течение 20-25 минут при следующих параметрах: ток источников 9-10 А, напряжение 380- 400 В, после чего включают дуговой испаритель с установленной мишенью из титана ВТ1-0, в камеру напускают реактивный газ азот с давлением от 0,12 до 0,2 Па и при токе инверторных источников 130-150 А на стеклянные изделия наносят нитрид титана в течение 15-20 минут.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ нанесения нитрида титана на стеклянные изделия, характеризующийся тем, что из камеры для напыления откачивают воздух до вакуума 0,02 Па и вращают корзину со стеклянными изделиями со скоростью вращения корзины 2 оборота в минуту, затем подают газ аргон при давлении 0,06 Па и включают источник ионной очистки поверхности стеклянных изделий при следующих параметрах: напряжение анода 3 кВ, ток анода 200 мА, время очистки 20 минут, при этом производят очистку поверхностного слоя стеклянных изделий посредством бомбардировки в высоком вакууме ионами аргона с энергией 100 – 100000 эВ, которые распыляют поверхностный слой с удалением адсорбированных атомов и окислов, затем включают источник магнетронного напыления с установленными мишенями из титана ВТ1-0 и при давлении напускаемого газа аргона 0,05 Па на стеклянные изделия наносят прозрачный отражающий слой в течение 4 минут при следующих параметрах: ток источников 9-10 А, напряжение 380-400 В, затем включают дуговой испаритель с установленной мишенью из титана ВТ1-0, в камеру напускают реактивный газ азот с давлением 0,1 Па и при токе инверторных источников 130-150 А на стеклянные изделия наносят слой нитрид титана в течение 2 минут.

Осуществление изобретения.

Первоначально проводят входной контроль сортовой посуды на предмет отбраковки изделий по причине сколов, нарушения геометрии, боя. Далее изделия поступают в цех гравировки, где производится нанесение гравированного узора автоматизированным способом на станках с программным управлением. Отгравированная посуда поступает в цех мойки, в котором изделия проходят этапы мойки, ополаскивания и сушки в секционной машине туннельного типа, например, МПС- 1600, для которой вода проходит подготовку с помощью установленной системы очистки OSMOS.

Прошедшую очистку поверхности посуда поступает на участок маскирования, на котором на внешнюю поверхность каждого изделия наносят в ручном режиме, с помощью станков намотки, маскируемый слой, шириной 2-3 см, из полиэтиленовой ленты, который обеспечивает четкую границу между участками поверхности изделия, подлежащими и не подлежащими декорированию напылением. Остальная часть внешней поверхности изделий, не подлежащая декорированию напылением, маскируется пластиковыми формами, выполненными индивидуально для каждого ассортимента изделий. Подготовленная посуда поступает в цех напыления, в котором ее устанавливают в цилиндрические корзины из нержавеющей стали, выполненные по схеме планетарного вращения, при этом корзины могут быть выполнены в различных вариантах и содержать от одного до восьми носителей в каждой в зависимости от размера изделий. Собранные корзины, в количестве 10 штук включительно, устанавливают в посадочные места карусели камеры напыления вакуумной установки.

Для напыления используется установка вакуумного напыления VTT-1200-V2-IS1_ARC1, в состав которой входят: откачной пост, камера напыления, стойка управления, стойка инверторных блоков питания источника ионной очистки и двух магнетронов, блок управления тремя инверторами дугового испарителя.

Откачной пост включает в себя: масляный пластинчато-роторный насос HENA 300 компании Pfeiffer, роторный насос Рутса OKTA 500 компании Pfeiffer, паромасляный диффузионный насос НВДМ-630. Рабочие жидкости: для насоса HENA 300 вакуумное масло Pfeiffer 3, для НВДМ-630 вакуумное масло ВМ-1С.

В камере напыления установлены: карусель с планетарным вращением подложки, с возможностью управления скоростью вращения карусели, источник ионной очистки щелевого типа, два магнетрона планарного типа, дуговой испаритель планарного типа. Установка обеспечивает управление технологическим процессом посредством графического интерфейса пользователя, как в автоматическом, так и в ручном режимах.

Рассмотрим технологии напыления нитрид титана.

Целью напыления нитрид титана является получение декоративного покрытия золотого цвета с градацией: светло-золотой, золотой, темно-золотой, а также получение покрытия «сияющий графит», представляющее собой полупрозрачный зеркальный слой с черным глянцем.

Технология напыления нитрид титана для формирования покрытия типа «Золото».

В камеру напыления загружают корзины, заряженные маскированной посудой. Камеру откачивают до вакуума 0,02 Па, запускают вращение карусели со скоростью 2 об/мин, включают подачу газа аргона в режиме стабилизации давления 0,06 Па и включают источник ионной очистки поверхности подложки при следующих параметрах: напряжение анода 3 кВ, ток анода 200 мА, время очистки 20 минут. Бомбардировка поверхности стекла в высоком вакууме ионами аргона с энергией 10е2-10е5 эВ распыляет поверхностный слой, удаляя тем самым адсорбированные атомы и окислы пленки и, создавая условия для повышения адгезии напыляемого покрытия. Далее включают источники магнетронного напыления с установленными мишенями из титана ВТ1-0 и, при стабилизации давления напускаемого газа аргон 0,05 Па наносят максимально непрозрачный отражающий слой металла в течение 20-25 минут при параметрах: ток источников 9-10 А, напряжение 380-400 В. Затем включают дуговой испаритель с установленной мишенью из титана ВТ1-0, в камеру напускают реактивный газ азот со стабилизацией по давлению от 0,12 до 0,2 Па и при токе инверторных источников 130-150 А наносят слой нитрид титана в течение 15-20 минут. Толщина наносимой пленки нитрида титана зависит от соотношения токов инверторных блоков питания испарителя и времени напыления. При времени напыления менее указанного толщина слоя уменьшается, что не обеспечивает необходимого декоративного качества, при увеличении времени напыления толщина слоя увеличивается, что может ухудшить адгезию нитрида титана. Оттенки золотого цвета зависят от давления подаваемого реактивного газа азота, и меняются от светло-золотого до темно-золотого при указанных выше давлениях. По окончании процесса напыления, в камеру напыления напускают атмосферное давление, камеру открывают и производят выгрузку корзин, разбор носителей с посудой, снятие маскировочных форм и полиэтиленовой ленты. Готовая продукция отправляется на участок упаковки.

Технология напыления нитрид титана для формирования покрытия типа «сияющий графит».

В камеру напыления загружают корзины, заряженные маскированной посудой. Из камеры откачивают воздух до вакуума 0,02 Па, запускают вращение карусели со скоростью 2 оборота в минуту, включают подачу газа аргона в режиме стабилизации давления 0,06 Па и, включают источник ионной очистки поверхности подложки при следующих параметрах: напряжение анода 3кВ, ток анода 200 мА, время очистки 20 минут. Далее включают источники магнетронного напыления с установленными мишенями из титана ВТ1-0 и, при стабилизации давления напускаемого газа аргон 0,05Па наносят прозрачный отражающий слой металла в течение 4 минут при следующих параметрах: ток источников 9-10 А, напряжение 380-400 В. Затем включают дуговой испаритель с установленной мишенью из титана ВТ1-0, в камеру напускается реактивный газ азот со стабилизацией по давлению 0,1 Па и при токе инверторных источников 130-150А наносят слой нитрид титана в течение 2 минут. При этом получается прозрачно зеркальное покрытие с черным оттенком. Изменяя время нанесения магнетронами металлического слоя, можно изменять прозрачность покрытия. Время нанесения слоя нитрид титана дуговым испарителем ограничено приведенным значением. Увеличение времени напыления ведет к появлению золотистого оттенка.

Указанный технический результат изобретения достигается за счет равномерной ионной очистки поверхности подложки стеклянного изделия от адсорбированных атомов и окислов пленки посредством вращения карусели со скоростью 2 оборота в минуту и бомбардировкой поверхности стекла в высоком вакууме ионами аргона с энергией 100-100000 эВ в едином вакуумном цикле с нанесением слоев покрытия, кроме того технический результат достигается интенсификацией процесса за счет нанесения металла дуговым испарителем при максимально возможной скорости; упрощением технологии, в отличие от магнетронного напыления, за счет исключения необходимости контроля и поддержания на определенном уровне процентного содержания аpгона и азота (кислорода) в газовой смеси во время формирования покрытия.

Группа изобретений относится к области декорирования стекла и изделий из него, а именно к способам нанесения нитрида титана на стеклянные изделия, и может быть использована в стекольной промышленности. Из камеры для напыления откачивают воздух до вакуума 0,02 Па и запускают вращение корзины со стеклянными изделиями со скоростью вращения корзины 2 оборота в минуту. Затем подают газ аргон при давлении 0,06 Па и включают источник ионной очистки поверхности стеклянных изделий при следующих параметрах: напряжение анода 3 кВ, ток анода 200 мА, время очистки 20 минут, при этом проводят очистку поверхностного слоя стеклянных изделий посредством бомбардировки в высоком вакууме ионами аргона с энергией 100-100000 Эв. Затем включают источники магнетронного напыления с установленными мишенями из титана ВТ1-0 и при давлении напускаемого газа аргона 0,05 Па на стеклянные изделия наносят непрозрачный отражающий слой титана. После чего включают дуговой испаритель с установленной мишенью из титана ВТ1-0, в камеру напускают реактивный газ азот с давлением от 0,12 до 0,2 Па и при токе инверторных источников 130-150 А на стеклянные изделия наносят нитрид титана в течение 15-20 минут. В другом варианте осуществления способа включают источник магнетронного напыления с установленными мишенями из титана ВТ1-0 и при давлении напускаемого газа аргона 0,05 Па на стеклянные изделия наносят прозрачный отражающий слой титана. Затем включают дуговой испаритель с установленной мишенью из титана ВТ1-0, в камеру напускают реактивный газ азот с давлением 0,1 Па и при токе инверторных источников 130-150 А на стеклянные изделия наносят слой нитрида титана в течение 2 минут. Обеспечивается повышение прочности декоративного покрытия. 2 н.п. ф-лы.

1. Способ нанесения нитрида титана на стеклянные изделия, характеризующийся тем, что из камеры для напыления откачивают воздух до вакуума 0,02 Па и вращают корзину со стеклянными изделиями со скоростью вращения корзины 2 оборота в минуту, затем подают газ аргон при давлении 0,06 Па и включают источник ионной очистки поверхности стеклянных изделий при следующих параметрах: напряжение анода 3 кВ, ток анода 200 мА, время очистки 20 минут, при этом производят очистку поверхностного слоя стеклянных изделий посредством бомбардировки в высоком вакууме ионами аргона с энергией 100-100000 эВ, которые распыляют поверхностный слой с удалением адсорбированных атомов и окислов, затем включают источники магнетронного напыления с установленными мишенями из титана ВТ1-0 и при давлении газа аргона 0,05 Па на стеклянные изделия наносят непрозрачный отражающий слой в течение 20-25 минут при следующих параметрах: ток источников 9-10 А, напряжение 380-400 В, после чего включают дуговой испаритель с установленной мишенью из титана ВТ1-0, в камеру напускают реактивный газ азот с давлением от 0,12 до 0,2 Па и при токе инверторных источников 130-150 А на стеклянные изделия наносят нитрид титана в течение 15-20 минут.

2. Способ нанесения нитрида титана на стеклянные изделия, характеризующийся тем, что из камеры для напыления откачивают воздух до вакуума 0,02 Па и вращают корзину со стеклянными изделиями со скоростью вращения корзины 2 оборота в минуту, затем подают газ аргон при давлении 0,06 Па и включают источник ионной очистки поверхности стеклянных изделий при следующих параметрах: напряжение анода 3 кВ, ток анода 200 мА, время очистки 20 минут, при этом производят очистку поверхностного слоя стеклянных изделий посредством бомбардировки в высоком вакууме ионами аргона с энергией 100-100000 эВ, которые распыляют поверхностный слой с удалением адсорбированных атомов и окислов, затем включают источник магнетронного напыления с установленными мишенями из титана ВТ1-0 и при давлении напускаемого газа аргона 0,05 Па на стеклянные изделия наносят прозрачный отражающий слой в течение 4 минут при следующих параметрах: ток источников 9-10 А, напряжение 380-400 В, затем включают дуговой испаритель с установленной мишенью из титана ВТ1-0, в камеру напускают реактивный газ азот с давлением 0,1 Па и при токе инверторных источников 130-150 А на стеклянные изделия наносят слой нитрида титана в течение 2 минут.