Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Текстильных изделий нового поколения


Технологии/Текстильных изделий нового поколения/Перспективы использования метода магнетронного распыления для изготовления текстильных материалов со специальными поверхностными свойствами

Перспективы использования метода магнетронного распыления для изготовления текстильных материалов со специальными поверхностными свойствами

05 февраля 2007
Рынок легкой промышленности №48, 2007

Горберг Борис Львович
Иванов Андрей Анатольевич
Рыбкин Владимир Владимирович
Стегнин Валерий Анатольевич
Титов Валерий Александрович


К широкому ряду изделий  из текстильных материалов предъявляется ряд специфических требований, которым сам материал не может удовлетворить по всем параметрам. Возникает задача, сохраняя объемные свойства материала,  придать специфические свойства только его тонкому поверхностному слою 1.

Среди различных методов изменения поверхностных свойств, таких, как электрохимическое осаждение и вакуум-термическое напыление, особое место занимает метод магнетронного распыления. Как один из приемов плазмохимической обработки он достаточно давно применяется в микроэлектронике, а также для декоративно -защитных покрытий металлов, пластиков и пленок, но до сих пор он не находил широкого применения в технологии текстильных материалов.

В основе работы магнетронного распылительного устройства лежат свойства катодной области аномального тлеющего газового разряда, в которой катод распыляется под действием  ионной бомбардировки. Приложение к катодной области магнитного поля перпендикулярно электрическому позволяет  снизить рабочее давление плазмообразующего газа без уменьшения интенсивности ионной бомбардировки и улучшить условия транспорта распыляемого вещества к подложке (текстильному материалу) благодаря уменьшению рассеяния, вызванного соударениями с молекулами газа. Между катодом и подложкой   возникает зона плазмы  с температурой мало отличающейся от комнатной. Распыляемые частицы осаждаются в виде тонкого слоя  на текстильном материале, а также частично рассеиваются и осаждаются на стенках рабочей камеры.

При использовании разряда постоянного тока можно распылять диамагнитные металлы и их сплавы (алюминий, титан, медь, серебро, нержавеющая сталь, латунь, бронза и др.), а также получать их химические соединения, добавляя в плазмообразующий газ (аргон), соответствующие реактивные газы (кислород, азот и др.).

Так, если в систему, содержащую титановую мишень, во время распыления вводить азот, то можно получить пленку нитрида титана, а введение, например, кислорода, позволяет получать на поверхности подложки пленку двуокиси титана, что подтверждается нашими исследованиями с использованием ЭСХА спектроскопии и рентгеноструктурного анализа (рис. 1, рис. 2).

Данные SEM и AFM, также полученные нами в экспериментальных исследованиях, показывают, что толщины пленок можно варьировать в широких пределах, структура поверхности получается зернистой со средним размером зерен до 20-30 нм и c развитой поверхностью со средним размером шероховатости до нескольких  нанометров. Варьируя содержание реактивного газа и скорость напыления, удается получать пленки разной толщины,  химического и фазового состава.

Так,  для нитрида титана можно получить металлический желтый цвет, напоминающий цвет золота, что может быть использовано для защитно-декоративных покрытий синтетических тканей. 

Пленка двуокиси титана также декорирует ткань, позволяя получать интерференционные цвета от голубого до перламутрового.

Кроме того, как известно, TiO2 в присутствии УФ-излучения обладает фотокаталитическим эффектом. Таким образом, можно ожидать, что наружное применение тканей покрытых пленкой  TiO2 будет обладать эффектом самоочистки (self- cleaning effect).

Характерные толщины напыляемых слоев составляют от  единиц до нескольких десятков нанометров в минуту (рис. 3). Это дает  основания причислить указанную технологию к нанотехнологиям.

Адгезия металлических слоев с подложкой (текстильным материалом) у пленок, полученных магнетронным способом, существенно выше, чем у таких же пленок, полученных вакуум-термическим напылением, при сравнимых скоростях напыления. Это связано с  более высокой энергией конденсирующихся частиц при распылении (несколько электрон-вольт) в то время, как при испарении энергия осаждаемых частиц составляет доли электрон-вольт и дополнительной активацией поверхности действием плазмы.

Напыление слоя металла приводит к появлению у ткани электрической проводимости (рис. 4). В отличие от других способов металлизации способ магнетронного распыления позволяет достаточно тонко регулировать толщину металлического слоя, а значит и его сопротивление, что очень важно при создании структур с определенной проводимостью. Появление проводимости приводит к тому,  что синтетические ткани или нетканые материалы приобретают антистатические свойства. Это весьма важно, например, для создания искробезопасных фильтров для использования на взрывоопасных производствах (угледобывающая, деревообрабатывающая, пищевая промышленности).

Появление проводимости дает возможность получать  материалы,  экранирующие электромагнитные излучения. Это может быть использовано при создании легких,  прочных,  долговечных и декоративно привлекательных радиоэкранирующих и маскирующих  в широком диапазоне частот (от ИК  до СВЧ) материалов (рис. 5).

Магнетронный способ напыления является  весьма экономичным. При определенных  параметрах обработки возможно нанесение  сверхмалых количеств металлов. Это  полезно при напылении дорогостоящих металлов и сплавов, например, серебра, небольшое количество которого, как известно, может придавать материалам бактерицидные свойства или металлов платиновой группы, используемых в качестве катализаторов.

Авторы разработали и изготовили экспериментальную промышленную установку магнетронного напыления  УМН-180, позволяющую металлизировать текстильные материалы шириной до 170 см.

Накапливаемый в настоящее время опыт промышленной эксплуатации установки показывает, что существуют следующие области возможного применения данного способа:

  • текстильные материалы с прекрасными декоративными свойствами, используемые, например, для пошива верхней одежды, штор, портьер;
  • материалы,  защищающие человека и технику от электромагнитных излучений;
  • маскирующие материалы, снижающие заметность различных объектов в ИК-, видимом и СВЧ-диапазонах частот;
  • теплоизолирующие и теплосберегающие материалы;
  • новые фильтрующие материалы в том числе искробезопасные фильтры; 
  • текстильные материалы, обладающие бактерицидными свойствами.

Учитывая экологическую безопасность  и экономичность, способ металлизации текстильных материалов магнетронным распылением имеет хорошие перспективы для внедрения в текстильной отрасли как для производства текстиля бытового назначения,     так и, в особенности, для технического текстиля. 

ПРИМЕЧАНИЯ

1 Журнальный вариант доклада, сделанного авторами на конференции 

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ