СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УПРОЧНЯЮЩЕГО ТЕПЛООТРАЖАЮЩЕГО ПРОСВЕТЛЯЮЩЕГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ПРОЗРАЧНЫХ ПЛАСТИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHOD OF OBTAINING STRENGTHENING HEAT-REFLECTING CLARIFYING COATING FOR TRANSPARENT PLASTIC PRODUCTS

Изобретение относится к вакуумной технологии, а именно к технологии изготовления многослойных функциональных покрытий для органических подложек, в том числе упрочняющих теплоотражающих просветляющих покрытий для прозрачных пластиковых изделий, например для экранов средств индивидуальной защиты, методом магнетронного распыления. Прозрачные пластиковые изделия под действием внешней среды теряют свою прозрачность, срок службы изделий из прозрачных пластиков можно увеличить нанесением упрочняющих покрытий.
Известен способ нанесения неотражающего нейтрального оптического фильтра электронно-лучевым способом в высоком вакууме, заключающийся в том, что на подложку, представляющую собой стеклянный экран, на одну из сторон наносят слой из титана толщиной h=50 Å и диэлектрический слой поверх него из оксида алюминия с показателем преломления n=1,62 и оптической толщиной, равной четверти длины волны 0,45 мкм, на другую сторону которой наносят слой титана толщиной h=30 Å. (П.П. Яковлев. Антибликовые покрытия для защитных экранов дисплеев. Оптический журнал, 1998, т.65, 3, с.83-84).
Недостатками известного способа получения неотражающего нейтрального оптического фильтра являются:
- низкая 3-я группа механической прочности на истирание по ОСТ 3-1901-95 для прозрачных пластиковых изделий (выдерживает не более 1000 оборотов на СМ-55);
- низкое интегральное пропускание фильтра (среднее отражение в видимой области спектра (450-650 нм) около 30%);
- необходимость нанесения оптических слоев на две поверхности (лицевую и тыльную), что удлиняет технологический процесс изготовления неотражающего нейтрального оптического фильтра.
x
2
Известно техническое решение по патенту РФ №2186414 «Способ получения неотражающего нейтрального оптического фильтра», включающий нанесение на прозрачную в спектральном диапазоне 0,4-0,7 мкм подложку частично пропускающего свет слоя титана толщиной 0,028-0,03 мкм и антиотражающего свет слоя. В качестве антиотражающего свет слоя наносят оксид титана TiO при 1<x<2, где x степень окисления оксида титана, с показателем поглощения, равным 0,17-0,2, и геометрической толщиной 0,04-0,045 мкм путем распыления оксида титана TiO. Покрытия наносят в разрядной камере высокочастотного индукционного разряда с помощью струйного высокочастотного индукционного плазмотрона в динамическом вакууме при давлении 0,1-100 Па.
Недостатками известного способа получения неотражающего нейтрального оптического фильтра являются,
- низкая 3-я группа механической прочности на истирание по ОСТ 3-1901-95 для прозрачных пластиковых изделий (выдерживает не более 1000 оборотов на СМ-55);
- невысокий коэффициент пропускания в видимой области спектра (450-650 нм) - около 10%;
- невысокий коэффициент отражения в инфракрасной области - около 30%.
2
2
2
Наиболее близким по назначению и совокупности совпадающих признаков с заявленным техническим решением является способ получения упрочняющего теплоотражающего просветляющего покрытия на прозрачные пластиковые изделия, который заключается в нанесении подслоя диоксида кремния SiO химическим способом или электронно-лучевым испарением на подложку, затем нанесение проводящего слоя оксида олова SnO химическим способом, затем нанесение просветляющего слоя SiO электронно-лучевым испарением (Бубис И.Я. Справочник технолога оптика: Справочник / И.Я. Бубис, В.А. Вейденбах, И.И. Духопел и др.; под общ. ред. С.М. Кузнецова и М.А. Окатова. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. - 414 с.; стр 328). Указанное покрытие обеспечивает коэффициент пропускания в видимой области спектра (450-650 нм) до 94%.
Недостатком данного способа получения упрочняющего теплоотражающего просветляющего покрытия является низкая 3-я группа механической прочности на истирание по ОСТ 3-1901-95 для прозрачных пластиковых изделий (выдерживает не более 1000 оборотов на СМ-55).
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения упрочняющего теплоотражающего просветляющего покрытия, повышающего механическую прочность на истирание до наивысшей 0-й группы механической прочности на истирание по ОСТ 3-1901-95 для прозрачных пластиковых изделий (выдерживает более 3000 оборотов на СМ-55).
Заявленное техническое решение поясняется следующими материалами.
x
2
2
На фиг.1 схематически представлено упрочняющее теплоотражающее просветляющее покрытие на пластиковом изделии, полученное заявляемым способом: 1 - подложка (прозрачный пластик); 2 - упрочняющий адгезионный слой оксида кремния SiO (1,5≤x<2,0); 3 - теплоотражающий слой оксида олова SnO; 4 - просветляющий слой диоксида кремния SiO.
На фиг.2 представлен спектр пропускания упрочняющего теплоотражающего просветляющего покрытия, полученного заявляемым способом, в видимой области спектра.
x
2
2
Решение технической задачи заключается в том, что на упрочняемую поверхность прозрачного пластикового изделия магнетронным распылением в среде аргона и кислорода наносятся упрочняющий адгезионный слой оксида кремния SiO, при 1,5≤x<2,0, где x - степень окисления оксида кремния, проводящего слоя оксида олова SnO и просветляющего слоя диоксида кремния SiO.
Изготовление покрытия осуществляют в вакуумной камере. Формирование на прозрачном пластиковом изделии упрочняющего адгезионного слоя оксида кремния, теплоотражающего слоя оксида олова и просветляющего слоя диоксида кремния осуществляют магнетронным распылением в среде аргона и кислорода. Перед помещением прозрачного пластикового изделия в вакуумную камеру его предварительно обезжиривают.
-3
x
0
0
2
0
2
0
В вакуумную камеру при остаточном давлении 2,6·10 Па осуществляют напуск аргона до давления 0,2-0,3 Па, затем прозрачное пластиковое изделие закрывают заслонкой и зажигают разряд на магнетроне с мишенью из кремния для удаления оксидной пленки с поверхности мишени в течение 5 минут горения разряда, после чего добавляют кислород. Далее заслонку убирают и напыляют на прозрачное пластиковое изделие упрочняющий адгезионный слой оксида кремния SiO оптической толщиной (2,7-3,3)∗λ/4, где λ=550 нм. При меньшей толщине упрочняющего адгезионного слоя оксида кремния резко уменьшаются прочностные характеристики покрытия, при большей толщине ухудшаются оптические свойства. По окончании формирования на прозрачном пластиковом изделии упрочняющего адгезионного подслоя оксида кремния зажигают разряд на магнетроне с мишенью из олова и на поверхности упрочняющего адгезионного подслоя оксида кремния формируют теплоотражающий слой оксида олова SnO оптической толщиной (3,6-4,4)∗λ/4. При меньшей толщине слоя оксида олова резко уменьшается коэффициент отражения в инфракрасной области, при большей толщине ухудшаются оптические свойства. По окончании формирования теплоотражающего слоя оксида олова зажигают разряд на магнетроне с мишенью из кремния и на поверхности теплоотражающего оксида олова слоя формируют просветляющий слой диоксида кремния SiO оптической толщиной (0,9-1,1)∗λ/4. При толщинах, отличных от диапазона, ухудшаются оптические свойства покрытия.
Решение технической задачи позволяет увеличить механическую прочность на истирание - покрытие обладает наивысшей 0-й группой механической прочности на истирание по ОСТ 3-1901-95 для прозрачных пластиковых изделий (выдерживает более 3000 оборотов на СМ-55).
Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного исполнения.
x
0
2
0
2
0
Пример 1. Способ получения упрочняющего теплоотражающего просветляющего покрытия для прозрачных пластиковых изделий, нанесенного магнетронным распылением в среде аргона и кислорода, с нанесенным упрочняющим адгезионным слоем из оксида кремния SiO, степенью окисления x=1,8, оптической толщиной 3∗λ/4, теплоотражающим слоем оксида олова SnO, оптической толщиной 4∗λ/4, просветляющим слоем диоксида кремния SiO, оптической толщиной λ/4.
Покрытие, выполненное заявленным способом, обладает наивысшей 0-й группой механической прочности на истирание по ОСТ 3-1901-95 для прозрачных пластиковых изделий (выдерживает более 3000 оборотов на СМ-55), интегральным коэффициентом пропускания в видимой области спектра (450-650 нм) более 94% (фиг.2) и коэффициентом отражения в видимой области спектра (450-650 нм) менее 2%, коэффициентом отражения в инфракрасной области спектра более 80%.
x
0
2
0
2
0
Пример 2. Способ получения упрочняющего теплоотражающего просветляющего покрытия для прозрачных пластиковых изделий, нанесенного магнетронным распылением в среде аргона и кислорода, с нанесенным упрочняющим адгезионным слоем из оксида кремния SiO, степенью окисления x=1,6, оптической толщиной 3∗λ/4, теплоотражающим слоем оксида олова SnO, оптической толщиной 3.6∗λ/4, просветляющим слоем диоксида кремния SiO, оптической толщиной 0,9∗λ/4.
Покрытие, выполненное заявленным способом, обладает наивысшей 0-й группой механической прочности на истирание по ОСТ 3-1901-95 для прозрачных пластиковых изделий (выдерживает более 3000 оборотов на СМ-55), интегральным коэффициентом пропускания в видимой области спектра (450-650 нм) более 93% и коэффициентом отражения в видимой области спектра (450-650 нм) менее 3%, коэффициентом отражения в инфракрасной области спектра более 70%.
x
0
2
0
2
0
Пример 3. Способ получения упрочняющего теплоотражающего просветляющего покрытия для прозрачных пластиковых изделий, нанесенного магнетронным распылением в среде аргона и кислорода, с нанесенным упрочняющим адгезионным слоем из оксида кремния SiO, степенью окисления x=1,9, оптической толщиной 3∗λ/4, теплоотражающим слоем оксида олова SnO, оптической толщиной 4,4∗λ/4, просветляющим слоем диоксида кремния SiO, оптической толщиной. 1,1∗λ/4.
Покрытие, выполненное заявленным способом обладает наивысшей 0-й группой механической прочности на истирание по ОСТ 3-1901-95 для прозрачных пластиковых изделий (выдерживает более 3000 оборотов на СМ-55), интегральным коэффициентом пропускания в видимой области спектра (450-650 нм) более 93% и коэффициентом отражения в видимой области спектра (450-650 нм) менее 3%, коэффициентом отражения в инфракрасной области спектра более 70%.
Таким образом, заявленное техническое решение является оптимальным для использования в средствах индивидуальной защиты работников химической промышленности и сотрудников спасательных служб, устраняющих последствия техногенных катастроф и аварий на химических предприятиях, за счет того, что обладает наивысшей 0-й группой механической прочности на истирание по ОСТ 3-1901-95 для прозрачных пластиковых изделий (выдерживает более 3000 оборотов на СМ-55), интегральным коэффициентом пропускания в видимой области спектра более 93% и коэффициентом отражения в видимой области спектра менее 3%, коэффициентом отражения в инфракрасной области спектра более 70%, то есть позволяет обеспечить реализацию заявленных целей. Упрочняющий слой повышает срок службы всего средства индивидуальной защиты, т.к. без упрочняющего слоя прозрачный пластиковый экран быстро теряет свои функциональные свойства - прозрачность. При этом теплоотражающий слой позволяет кратковременно находиться около источников высокой температуры без последствий для человека, а просветляющий слой обеспечивает хорошую видимость.