CN110373644A - 一种光学炫彩薄膜及其制作方法 - Google Patents

一种光学炫彩薄膜及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种光学炫彩薄膜及制作方法，该方法包括：S1、在基底材料表面沉积TiO2层作为第一层；S2、在所述第一层上沉积SiO2层作为第二层；S3、在所述第二层上沉积TiO2层作为第三层；S4、在所述第三层上沉积SiO2层作为第四层；S5、在所述第四层上沉积TiO2层作为第五层；S6、在所述第五层上沉积SiO2层作为第六层；S7、在所述第六层上沉积TiO2层作为第七层；其中，控制所述多层膜的沉积过程，使所述多层膜产生炫彩颜色，并在保持炫彩颜色的状态下持续沉积所述第七层即最外层40～50分钟。本发明大大地改善了光学薄膜的耐磨性能，同时又保证了光学薄膜的炫彩效果。

Description

一种光学炫彩薄膜及其制作方法
技术领域
本发明涉及光学薄膜领域，特别是涉及一种光学炫彩薄膜及其制作方法。
背景技术
光学薄膜的制备技术是把薄膜材料按一定的技术途径和特定的要求沉积为薄膜。随着近代信息光学，光电子技术和光子技术的发展，对光学薄膜的长寿命，高可靠性及高强度的要求越来越高，从而发展出一系列新型光学薄膜及其制备技术。这些技术用于光学薄膜的制备，不仅大大拓宽了光学薄膜可利用的材料范围，而且极大地改进了光学薄膜的性能和功能。光学薄膜可以采用物理气相沉积(PVD)，化学气相沉积(CVD)和化学液相沉积(CLD)三种技术制备，物理气相沉积(PVD)制备光学薄膜这一技术目前已被广泛采用。
物理气相沉积(PVD)是光学薄膜制备的主流技术，物理气相沉积法，简单地说是在真空的环境中加热薄膜材料使其成为蒸汽，蒸汽再凝结到温度相对低的基片上形成薄膜。PVD需要使用真空镀膜机，制造成本高，膜层厚度可以精确控制，膜层强度好。在PVD方法中，根据膜料气化方式不同，又分为热蒸发，溅射，离子镀及离子辅助镀技术。其中光学薄膜主要采用热蒸发离子辅助镀技术，溅射及离子镀技术用于光学薄膜纸杯时近几年发展起来的。
光学薄膜性能要求与其具体应用密切相关，不同领域***以及应用环境会对光学薄膜的性能提出不同的要求。光学薄膜广泛运用于各种产品：光学仪器方面的运用(如显微镜，摄像机，眼镜等)，航空航天军事上的应用(滤光片，AR/EMI,宽带增透膜和宽带高反射膜)，民用装饰镀。
光学薄膜其光鲜靓丽的外光颜色可用于装饰镀膜行业。如利用SiO2/TiO2多层膜系，可以制备出各种不同颜色膜层，且膜层颜色可以随观察者观察角度不同发生变化，具有良好的炫彩美观效果，但是主要应用于内置件的表面处理。传统磁控溅射制备光学薄膜由于耐磨性能差，难以用在外观装饰件上。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供既具有良好的炫彩美观效果，同时又具有高耐磨性的光学炫彩薄膜及其制作方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种光学炫彩薄膜，包括在基底材料表面由内至外依次沉积的多层膜，其中第一层为TiO2层，第二层为SiO2层，第三层为TiO2层，第四层为SiO2层，第五层为TiO2层，第六层为SiO2层，第七层为TiO2层。
进一步地：
一种光学炫彩薄膜的制作方法，采用磁控溅射方法沉积多层膜，包括以下步骤：
S1、在基底材料表面沉积TiO2层作为第一层；
S2、在所述第一层上沉积SiO2层作为第二层；
S3、在所述第二层上沉积TiO2层作为第三层；
S4、在所述第三层上沉积SiO2层作为第四层；
S5、在所述第四层上沉积TiO2层作为第五层；
S6、在所述第五层上沉积SiO2层作为第六层；
S7、在所述第六层上沉积TiO2层作为第七层；
其中，控制所述多层膜的沉积过程，使所述多层膜产生炫彩颜色，并在保持炫彩颜色的状态下持续沉积所述第七层即最外层40～50分钟。
进一步地：
步骤S1中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在22～27A，沉积TiO2层，沉积时间25-35分钟，形成所述第一层。
步骤S2中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启硅靶，靶电流在18～22A，沉积SiO2层，沉积时间7-13分钟，形成所述第二层。
步骤S3中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在22～27A，沉积TiO2层，沉积时间25-35分钟，形成所述第三层。
步骤S4中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启硅靶，靶电流在18～22A，沉积SiO2层，沉积时间7-13分钟，形成所述第四层。
步骤S5中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在22～27A，沉积TiO2层，沉积时间25-35分钟，形成所述第五层。
步骤S6中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启硅靶，靶电流在18～22A，沉积SiO2层，沉积时间7-13分钟，形成所述第六层。
步骤S7中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在15～25A，沉积TiO2层，沉积时间50-60分钟，一直持续40～50分钟。
步骤S1之前还包括：在高真空状态下充入一定量的Ar，启动弧电源对基底材料进行离子清洗，去除基底材料表面微粒尘并活化其表面从而增加膜基间的结合力。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种光学炫彩薄膜及其制作方法，在传统的TiO2/SiO2膜系结构基础上通过优化达到改善光学炫彩薄膜性能的效果，使本光学炫彩薄膜既具有良好的炫彩美观效果，同时又获得了高耐磨性，从而能够将本光学炫彩薄膜用在产品的外观装饰件上。本发明提出的光学炫彩薄膜的制作方法，在采用7层膜系的同时，通过控制多层膜的沉积过程，使得在沉积第七层即最外层TiO2膜到一定阶段(如沉积十分钟时)产生炫彩颜色，并且在此后继续沉积最外层40～50分钟的时间仍能够保持光学薄膜的炫彩颜色效果。
传统的TiO2/SiO2系光学薄膜虽然能使膜系产生炫彩颜色，但能够使膜系保持炫彩颜色的最外层TiO2膜的持续沉积时间只有10分钟左右，超出该持续沉积时间就无法保持炫彩颜色，因此，传统TiO2/SiO2系光学薄膜的最外层的厚度较薄，难以提高光学薄膜耐磨性。发明人通过潜心研究与摸索，意外地发现了本发明的方案具有非常突出的改善效果，有效地克服了现有技术的难题。通过最外层的TiO2膜层与下面6层不同的膜层沉积控制的配合，使得最外层的沉积过程中保持具备炫彩颜色的持续沉积时间从之前的10分钟延长到了改善后的40～50分钟左右，由此，延长的沉积时间能够显著增加最外层TiO2膜层的厚度，最终大大地改善了光学薄膜的耐磨性能，同时又保证了光学薄膜的炫彩效果，即从不同角度观察呈现不同的颜色。无论是外观效果，还是耐磨性能，本发明提供的光学炫彩薄膜都能很好地满足外观装饰件的要求。
附图说明
图1为现有技术的光学炫彩薄膜在耐磨测试之前(左)与之后(右)的外观效果比对图；
图2为本发明实施例的光学炫彩薄膜在耐磨测试之前(左)与之后(右)的外观效果比对图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
在一种实施例中，一种光学炫彩薄膜，包括在基底材料表面由内至外依次沉积的多层膜，其中第一层为TiO2层，第二层为SiO2层，第三层为TiO2层，第四层为SiO2层，第五层为TiO2层，第六层为SiO2层，第七层为TiO2层。
在另一种实施例中，一种光学炫彩薄膜的制作方法，采用磁控溅射方法沉积多层膜，包括以下步骤：
S1、在基底材料表面沉积TiO2层作为第一层；
S2、在所述第一层上沉积SiO2层作为第二层；
S3、在所述第二层上沉积TiO2层作为第三层；
S4、在所述第三层上沉积SiO2层作为第四层；
S5、在所述第四层上沉积TiO2层作为第五层；
S6、在所述第五层上沉积SiO2层作为第六层；
S7、在所述第六层上沉积TiO2层作为第七层；
其中，控制所述多层膜的沉积过程，使所述多层膜产生炫彩颜色，并在保持炫彩颜色的状态下持续沉积所述第七层即最外层40～50分钟。
在优选的实施例中，步骤S1中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在22～27A，沉积TiO2层，沉积时间25-35分钟，形成所述第一层。
在优选的实施例中，步骤S2中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启硅靶，靶电流在18～22A，沉积SiO2层，沉积时间7-13分钟，形成所述第二层。
在优选的实施例中，步骤S3中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在22～27A，沉积TiO2层，沉积时间25-35分钟，形成所述第三层。
在优选的实施例中，步骤S4中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启硅靶，靶电流在18～22A，沉积SiO2层，沉积时间7-13分钟，形成所述第四层。
在优选的实施例中，步骤S5中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在22～27A，沉积TiO2层，沉积时间25-35分钟，形成所述第五层。
在优选的实施例中，步骤S6中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启硅靶，靶电流在18～22A，沉积SiO2层，沉积时间7-13分钟，形成所述第六层。
在优选的实施例中，步骤S7中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在15～25A，沉积TiO2层，沉积时间50-60分钟，一直持续40～50分钟。
在优选的实施例中，步骤S1之前还包括：在高真空状态下充入一定量的Ar，启动弧电源对基底材料进行离子清洗，去除基底材料表面微粒尘并活化其表面从而增加膜基间的结合力。
本发明的实施例提供了一种光学炫彩薄膜及其制作方法，在传统的TiO2/SiO2膜系结构基础上通过优化达到改善光学炫彩薄膜性能的效果，使本光学炫彩薄膜既具有良好的炫彩美观效果，同时又获得了高耐磨性。传统的TiO2/SiO2系光学薄膜虽然能使膜系产生炫彩颜色，但能够使膜系保持炫彩颜色的最外层TiO2膜的持续沉积时间只有10分钟左右，因此，传统TiO2/SiO2系光学薄膜的最外层的厚度较薄，难以提高光学薄膜耐磨性。发明人通过潜心研究与摸索，意外地发现了本发明的方案具有非常突出的改善效果，有效地克服了现有技术的难题。通过最外层的TiO2膜层与下面6层不同的膜层沉积的配合，使得最外层的沉积过程中保持具备炫彩颜色的持续沉积时间从之前的10分钟延长到了改善后的40～50分钟左右，由此，延长的沉积时间能够显著增加最外层TiO2膜层的厚度，最终大大地改善了光学薄膜的耐磨性能，同时又保证了光学薄膜的炫彩效果，即从不同角度观察呈现不同的颜色。无论是外观效果，还是耐磨性能，本发明提供的光学炫彩薄膜都能很好地满足外观装饰件的要求。
以下进一步描述本发明具体实施例及其优点。
实施例1
1.在高真空状态下充入一定量的Ar启动弧电源进行离子清洗，去除产品表面微粒尘并活化其表面从而增加膜基间的结合力。
2.充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，首先开启钛靶，靶电流在22～27A，沉积TiO2层，沉积时间25-35分钟，形成第一层。
3.充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启硅靶，靶电流在18～22A，沉积SiO2层，沉积时间7-13分钟，形成第二层。
4.参照第一层的工艺参数沉积第三、第五层，参照第二层的工艺参数沉积第四、第六层。
5.充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在15～25A，沉积TiO2层，沉积时间50-60分钟，其中在大约第10分钟的时候开始出现炫彩颜色效果，一直持续40～50分钟。
实施例2
1.在高真空状态下充入一定量的Ar启动弧电源进行离子清洗，去除产品表面微粒尘并活化其表面从而增加膜基间的结合力。
2.然后充入120sccm的Ar和80sccm的O2，气压在0.3pa-0.4pa，首先开启钛靶形成一层致密的TiO2沉积在产品上，时间27分钟，此时形成了第一层。
3.充入120sccm的Ar和80sccm的O2，开启硅靶形成一层致密的SiO2沉积在产品上,时间7分钟，此时形成第二层。
4.参照第一层的工艺参数沉积第三、第五层，参照第二层的工艺参数沉积第四、第六层。
5.充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在15～25A，沉积TiO2层，沉积时间50-60分钟，其中在大约第10分钟的时候开始出现炫彩颜色效果，一直持续40～50分钟。
实施例3
1.在高真空状态下充入一定量的Ar启动弧电源进行离子清洗，去除产品表面微粒尘并活化其表面从而增加膜基间的结合力。
2.然后充入120sccm的Ar和80sccm的O2，气压在0.3pa-0.4pa，首先开启钛靶形成一层致密的TiO2沉积在产品上，时间32分钟，此时形成了第一层。
3.充入120sccm的Ar和80sccm的O2，开启硅靶形成一层致密的SiO2沉积在产品上,时间11分钟，此时形成第二层。
4.参照第一层的工艺参数沉积第三、第五层，参照第二层的工艺参数沉积第四、第六层。
5.充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在15～25A，沉积TiO2层，沉积时间50-60分钟，其中在大约第10分钟的时候开始出现炫彩颜色效果，一直持续40～50分钟。
实施例4
1.在高真空状态下充入一定量的Ar启动弧电源进行离子清洗，去除产品表面微粒尘并活化其表面从而增加膜基间的结合力。
2.然后充入120sccm的Ar和90sccm的O2，气压在0.3pa-0.4pa，首先开启钛靶形成一层致密的TiO2沉积在产品上，时间35mins，此时形成了第一层。
3.充入120sccm的Ar和90sccm的O2，开启硅靶形成一层致密的SiO2沉积在产品上,时间15mins，此时形成第二层。
4.参照第一层的工艺参数沉积第三、第五层，参照第二层的工艺参数沉积第四、第六层。
5.充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在15～25A，沉积TiO2层，沉积时间50-60分钟，其中在大约第10分钟的时候开始出现炫彩颜色效果，一直持续40～50分钟。
测试实验
将现有的光学炫彩薄膜经过耐磨测试24H，图1为现有技术的光学炫彩薄膜在耐磨测试之前(左)与之后(右)的外观效果比对图。将本发明实施例的光学炫彩薄膜经过耐磨测试24H，图2为本发明实施例的光学炫彩薄膜在耐磨测试之前(左)与之后(右)的外观效果比对图。可以看到，本发明实施例的光学炫彩薄膜的耐磨性能明显好于现有的光学炫彩薄膜，经过耐磨测试24H后，对比例的光学炫彩薄膜基本失去了光学炫彩，而本发明实施例的光学炫彩薄膜还能够保持较完备的光学炫彩效果。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学炫彩薄膜，其特征在于,包括在基底材料表面由内至外依次沉积的多层膜，其中第一层为TiO2层，第二层为SiO2层，第三层为TiO2层，第四层为SiO2层，第五层为TiO2层，第六层为SiO2层，第七层为TiO2层。
2.一种光学炫彩薄膜的制作方法，采用磁控溅射方法沉积多层膜，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在基底材料表面沉积TiO2层作为第一层；
S2、在所述第一层上沉积SiO2层作为第二层；
S3、在所述第二层上沉积TiO2层作为第三层；
S4、在所述第三层上沉积SiO2层作为第四层；
S5、在所述第四层上沉积TiO2层作为第五层；
S6、在所述第五层上沉积SiO2层作为第六层；
S7、在所述第六层上沉积TiO2层作为第七层；
其中，控制所述多层膜的沉积过程，使所述多层膜产生炫彩颜色，并在保持炫彩颜色的状态下持续沉积所述第七层即最外层40～50分钟。
3.如权利要求2所述的光学炫彩薄膜的制作方法，其特征在于，步骤S1中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在22～27A，沉积TiO2层，沉积时间25-35分钟，形成所述第一层。
4.如权利要求2或3所述的光学炫彩薄膜的制作方法，其特征在于，步骤S2中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启硅靶，靶电流在18～22A，沉积SiO2层，沉积时间7-13分钟，形成所述第二层。
5.如权利要求2至4任一项所述的光学炫彩薄膜的制作方法，其特征在于，步骤S3中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在22～27A，沉积TiO2层，沉积时间25-35分钟，形成所述第三层。
6.如权利要求2至5任一项所述的光学炫彩薄膜的制作方法，其特征在于，步骤S4中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启硅靶，靶电流在18～22A，沉积SiO2层，沉积时间7-13分钟，形成所述第四层。
7.如权利要求2至6任一项所述的光学炫彩薄膜的制作方法，其特征在于，步骤S5中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在22～27A，沉积TiO2层，沉积时间25-35分钟，形成所述第五层。
8.如权利要求2至7任一项所述的光学炫彩薄膜的制作方法，其特征在于，步骤S6中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启硅靶，靶电流在18～22A，沉积SiO2层，沉积时间7-13分钟，形成所述第六层。
9.如权利要求2至8任一项所述的光学炫彩薄膜的制作方法，其特征在于，步骤S7中，充入110～130sccm的工作气体Ar和70～90sccm的反应气体O2，气压维持在0.3pa-0.4pa，开启钛靶，靶电流在15～25A，沉积TiO2层，沉积时间为50-60分钟，其中后40～50分钟是在所述多层膜产生炫彩颜色的情况下持续沉积TiO2层。
10.如权利要求2至9任一项所述的光学炫彩薄膜的制作方法，其特征在于，步骤S1之前还包括：在高真空状态下充入一定量的Ar，启动弧电源对基底材料进行离子清洗，去除基底材料表面微粒尘并活化其表面从而增加膜基间的结合力。
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