CN112639359A - 用于车辆照明的反射器 - Google Patents

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史维·辛格
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Abstract

一种处理部件的方法包括：将团状模塑料(BMC)部件放入到磁控溅射设备的真空腔室中；和在所述真空腔室中点燃等离子体。填料层被沉积到所述BMC部件的表面上；以及金属层被溅射沉积到所述填料层上，以形成所述BMC部件的反射表面。

Description

用于车辆照明的反射器
技术领域
本发明涉及用于车灯反射器的成型塑料部件。
背景技术
团状模塑料(BMC)是制造现代汽车照明装置广泛使用的材料。BMC是将树脂、玻璃纤维和填充材料混合成复合物的组合物，该复合物可以被注塑成型成复杂的抛物面形部件，该抛物面形部件被涂覆有金属以形成用于照明装置的抛物面形反射器。尽管玻璃纤维和填料提高了强度，降低了BMC基反射器的总体成本，但是这些材料可能会使BMC成型部件具有粗糙的不规则表面。对这种表面的直接金属化通常导致质量差的反射器，这种质量差的反射器不能提供许多车辆照明功能所需的光学特性。特别地，直接施加的金属化层具有与BMC部件相同的表面不规则性，并且由于从BMC树脂脱气导致可能在金属上经常发生起雾。
为了解决这些问题，将丙烯酸基底涂层施加到将要形成反射器的BMC部件的表面。该基底涂层使BMC部件的粗糙表面平整，以提供反射器所需的光滑基底，并且防止在直接金属化的BMC部件上发生起雾。然而，基底涂层必须通过复杂的喷涂和固化过程被施加，该喷涂和固化过程需要大量的资本和占地面积投资。因此，已经努力提供一种在不使用基底涂覆的情况下满足车辆照明的光学要求的BMC反射器。例如，美国专利第No.5,865,530号公开了一种BMC制剂和成型工艺，其提高表面光滑度，使得可以将金属化直接应用到BMC部件。然而，所得的反射器没有提供适合于许多车辆照明应用的光度特性，并且经常起雾，这对于透明透镜的车辆照明装置而言在美学上是不希望的。因此，在美国专利第No.5,865,530号中公开的工艺尚未被车辆照明工业广泛采用，并且基底涂覆通常被视为用于生产高质量的车辆照明反射器的必要工艺。
本文提供的“背景技术”描述是为了总体呈现本公开内容的目的。对于在此背景技术部分中所描述的范围内，目前指名的发明人的工作以及在提交申请时可能不以其他方式适合作为常规技术的说明书的各方面，均未明确或隐含地被认为是相对于本公开的常规技术。
发明内容
本文描述的实施例包括以下方面。
(1)一种处理部件的方法，包括：将团状模塑料(BMC)部件放入到磁控溅射设备的真空腔室中；在所述真空腔室中点燃等离子体；将填料层沉积到所述BMC部件的表面；和将金属层溅射沉积到所述填料层上，以形成所述BMC部件的反射表面。
(2)根据权利要求1所述的方法，其中，所述BMC部件包括散布在所述BMC复合物中的碎玻璃/超细玻璃。
(3)根据权利要求2所述的方法，其中，所述碎玻璃具有300-600nm的粒径。
(4)根据权利要求1所述的方法，其中，所述BMC部件具有200微米或更小的表面粗糙度。
(5)根据权利要求4所述的方法，其中，所述BMC部件具有200微米或更小的表面粗糙度，或具有120微米至150微米的表面粗糙度。
(6)根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积填料层包括：沉积包括铜、SiO2和SiOx中的至少一种的层，其中x是除2以外的数字，表示氧的数量。
(7)根据权利要求6所述的方法，其中，所述沉积填料层包括：
沉积第一层，所述第一层包括SiO2和SiOx中的至少一种，其中x是除2以外的数字，表示氧的数量；以及
将溅射的铜的第二层沉积在所述第一层上，反之亦然。
(8)根据权利要求1所述的方法，还包括：在形成所述填料层之前，清洁所述BMC部件。
(9)根据权利要求1所述的方法，其中，所述清洁包括：将所述BMC部件的表面暴露于辉光放电过程。
(10)根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属层由铝构成。
(11)根据权利要求1所述的方法，还包括：在将所述涂层沉积到所述部件上之后，将保护层施加到所述部件上。
(12)根据权利要求11所述的方法，其中，所述保护层包括六甲基二硅氧烷(HMDSO)或四甲基二硅氧烷(TMDSO)中的一种。
(13)一种车辆照明装置，包括：基底模塑料(BMC)部件；真空腔室沉积的填料层，所述填料层直接设置在所述BMC部件上；和金属层，所述金属层直接设置在所述填料层上。
(14)根据权利要求13所述的装置，其中，所述BMC部件包括散布在BMC复合物中的碎玻璃。
(15)根据权利要求14所述的装置，其中，所述碎玻璃具有300nm-600nm的粒径。
(16)根据权利要求13所述的装置，其中，所述填料层包括铜、SiO2和SiOx中的至少一种，其中x是除2以外的数字，表示氧的数量。
(17)根据权利要求13所述的装置，其中，所述金属层包括铝。
(18)根据权利要求17所述的装置，其中，所述金属层由铝构成。
(19)根据权利要求18所述的装置，还包括保护层，所述保护层直接形成在所述金属层上。
(20)根据权利要求11所述的装置，其中，所述保护层包括六甲基二硅氧烷(HMDSO)或四甲基二硅氧烷(TMDSO)中的一种。
前面的段落是通过总体介绍的方式提供的，并不旨在限制以下权利要求的范围。通过参考结合附图的以下具体实施方式，将更好地理解所描述的实施例以及其他优点。
附图说明
将容易获得本公开的更完整的理解以及本公开的许多附带的优点，当结合附图进行考虑时，通过参考以下具体实施方式将变得更好理解，其中：
图1示出了根据一个实施例的示例性溅射涂覆部件；
图2示出了根据一个实施例的用于涂覆部件的过程的第一示例性演示方法；
图3是根据一个实施例的示例性溅射设备的横截面图；和
图4示出了根据一个实施例的用于形成车辆照明反射器的过程的示例性演示方法。
具体实施方式
本文描述的实施例提供了用于反应性溅射涂层的系统和方法。特别地，金属氮化物涂层被应用到塑料汽车部件，以便提供能够经受恶劣的车灯环境的金属外观。
以下描述旨在通过给出本公开的特定示例和实施例来进一步阐明本公开。这些实施例旨在是说明性的，而不是穷举的。本公开的全部范围不限于说明书中公开的任何特定实施例，而是由权利要求书来限定。
为了清楚起见，并非本文描述的实施方式的所有特征都被示出和详细描述。应当理解，在开发任何这样的实际实施方式中，将做出许多特定于实施方式的决定以实现开发者的特定目标，例如遵守与应用相关的约束和与业务相关的约束，并且应当理解，这些特定目标将从一个实施方式到另一个实施方式变化，以及从一个开发者到另一个开发者变化。
如以上背景技术部分所述，基底涂覆通常被视为用于生产高质量的BMC车辆照明反射器的必要工艺。然而，本发明人已经认识到，即使基底被涂覆的BMC反射器也经常不能满足现代车辆照明装置的光学要求。在研究该问题时，本发明人发现，基底涂层典型地具有微米量级的厚度，由于涂层材料在部件边缘上的聚集，这会形成不规则的表面轮廓。这种不规则的轮廓导致与照明装置的预期的光学性能的偏离，特别是在使用LED光源的情况下，这是因为这些装置对不规则的轮廓高度敏感。
图1示出了根据本文描述的实施例的示例性车辆照明部件的横截面图。部件100包括衬底，所述衬底被涂覆为装饰层和/或功能层，所述装饰层和/或功能层可以用作汽车工业中的反射器、边框或装饰件，尤其是用作汽车工业中的灯反射器、灯边框或灯装饰件。
衬底110由BMC材料制成，并且具有被清洁表面120。在前照灯制造中使用的典型的热固性模塑料包含：不饱和聚酯树脂、苯乙烯、低收缩添加剂、矿物填料和玻璃增强材料。这种BMC团状成型材料在本领域中是已知的，并且特定组分的多种变化是可能的。然而，本发明人发现，里面散布有碎玻璃的BMC制剂可以改善成型部件的表面粗糙度。例如，常规的成型的BMC部件具有200微米的典型的表面粗糙度。在BMC复合物中散布有粒径为300nm至600nm或30目至50目的碎玻璃，可提供约120微米至150微米的表面粗糙度。这种BMC制剂通常包括以下：
填料——CaCO3；
玻璃纤维——SiO2；
聚酯树脂——诸如，邻苯二甲酸酯(Orthophalic)、或间苯二甲酸酯(Isophthalic)、或乙烯基酯(Vinyl esters)、或酚类(Phenolics)；
低收缩树脂——PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)；
苯乙烯——苯乙烯、或乙烯基甲苯(Vinyltoluene)、或DAP；
催化剂/抑制剂——酮、或钴、或过氧酯；和
脱模剂——ZnSt或CaSt(硬脂酸锌，硬脂酸钙)。
通过将衬底110的表面暴露于辉光放电(如下文进一步讨论的)，对BMC成型部件执行清洁。
填料层130被设置在洁净表面120上。填料层130是共形层，该共形层提供适于直接施加反射材料的BMC表面的宏观平滑。填料层130可以由SiO2或非化学计量的SiOx制成，其中x是表示氧含量的除2以外的数字。填料层130也可以是SiO2和SiOx的组合物。可替代地，填料层130可以是单独的铜层，或者除了SiO2和SiOx层之外，可以设置填料层。填料层130具有1微米的最大厚度。在一个实施例中，填料层为约20-100nm厚。
金属化层140直接设置在填料层130上，以赋予部件反射特性。例如，金属可以是铝，但是可以使用适合于提供反射表面的任何金属。透明保护层150(例如，HMDSO)设置在金属层140上，以保护金属涂层140。在一个实施例中，保护涂层是普拉希尔(PlasilTM)。然而，可以向金属140提供透明保护涂层并且提供保护以免受恶劣的汽车灯环境的其他材料可以用于该保护涂层150。铝的金属层的范围为60nm至150nm，而HMDSO保护层的范围为40nm至200nm。
部件100提供BMC反射器，该BMC反射器实现了在批量生产的照明装置上复制光束图案的精确光学器件，但是却没有使用复杂且昂贵的基底涂层工艺。因为LED对表面轮廓高度敏感，因此部件100还有助于将LED的使用结合到反射器技术中。此外，部件100没有起雾或变得模糊，而起雾或变得模糊在没有基底涂层的现有技术的反射器中是常见的。
图2示出了利用反射材料涂覆BMC部件的过程的第一示例性演示方法200。可以使用磁控溅射设备执行该演示方法200的步骤，所述磁控溅射设备例如是图3所示并且在下面讨论的使用真空腔室300的磁控溅射设备。在步骤110中，BMC部件被放置在磁控溅射设备的高真空腔室中，以用于将溅射涂层施加到衬底上。在一个实施例中，衬底可以是汽车部件，并且特别地，衬底可以是汽车灯的反射部件，例如抛物面反射器。
在步骤220中，真空溅射腔室内的靶被暴露于辉光放电，以从该靶去除氧化物和/或其他污染物。如图3所示，溅射腔室可以包括多个靶源。在步骤230中，衬底被暴露于辉光放电，以从衬底去除任何气体。
在步骤240中，填料层被施加到BMC部件的表面。在一个实施例中，填料层包括硅基层，所述硅基层例如是SiO2层和/或非化学计量的SiOx层，其中x是除2以外的数字，表示填料层材料中的氧的数量。然而，填料层可以包括适合于使BMC表面粗糙度平滑的其他成分。使TMDMSO(四甲基二硅氧烷)和空气/氧气流入腔室中，以获得SiO2/SiOx。在一个实施例中，填料层为约20nm-100nm厚。可替代地，填料层可以是被溅射的铜层。更进一步地，填料层可以是硅基层和铜层两者。
在步骤250中，反射金属层被施加在填料层上。通过对靶进行溅射以在真空腔室中的衬底上形成溅射涂层，来形成金属反射层。诸如溅射功率水平和溅射过程时间之类的过程参数可以控制沉积在填料层上的靶材料的量。
在步骤260中，保护性面涂层被施加在被溅射的金属层上。在一个实施例中，保护性面涂层是PlasilTM。PlasilTM是硅氧烷材料，例如六甲基二硅氧烷(HMDSO)。四甲基二硅氧烷(TMDSO)是可以与本文所述实施例一起使用的另一种硅氧烷材料。HMDSO和四甲基二硅氧烷在公开的专利CA2294658C中被描述，所述专利通过引用整体并入本文供参考。然而，向反应性溅射涂层提供透明保护涂层并且提供保护以免受恶劣的汽车灯环境的其他材料可以用于保护性面涂层。
图3是根据一个实施例的磁控溅射设备的真空腔室100的横截面图。细丝110经由放电电源120而在真空腔室100内提供细丝生成的等离子体115。
旋转工作台125由驱动马达130通过旋转轴135来驱动。诸如衬底之类的多个样品140被固定到旋转工作台125的侧部。然而，单个样品140可以存在于旋转工作台125上。图3还示出了过程气体端口145和反应气体端口150。
真空腔室100还示出了第一溅射靶设备155和第二溅射靶设备160。每个溅射靶设备155和160结合相应的第一独立溅射靶电源10a和第二独立溅射靶电源10b来工作。第一独立溅射靶电源10a和第二独立溅射靶电源10b被配置为独立地操作。结果，第一独立溅射靶电源10a和第二独立溅射靶电源10b可以以不同的功率水平和以不同的溅射频率操作。另外，第一独立溅射靶电源10a和第二独立溅射靶电源10b可以同时地或交替地进行溅射。
每个溅射靶设备155和160都包括相应的第一磁控管15a和第二磁控管15b，所述磁控管中的每一个都包括多个磁体。第一靶20a和第二靶20b经由相应的第一支承板25a和第二支承板25b而附接到所述第一靶20a和所述第二靶20b的相应的磁控管15a和15b。靶20a和20b可以是相同的靶材料或不同的靶材料。例如，这些靶都可以由铝形成，以用于沉积铝反射层。可替代地，所述靶中的一个靶可以由铝形成，而另一个靶由铜形成，以用于以快速沉积速率沉积铜填料层。更进一步地，仅单个溅射靶可以被设置在设备中。
在磁控溅射设备的操作期间，在相应的靶20a和20b与样品140之间形成第一磁控管生成的等离子体30a和第二磁控管生成的等离子体30b。在磁控溅射设备的操作期间，还生成第一磁场35a和第二磁场35b。在磁控溅射设备的操作期间，靶材料从相应的靶20a和20b被朝向样品140溅射。样品140经由旋转工作台125的旋转在样品140上提供均匀的涂层。
图4示出了根据一个实施例的用于形成车辆照明反射器的过程的示例性演示方法。在步骤410中，提供BMC制剂。在前照灯制造中使用的典型的热固性模塑料包含：不饱和聚酯树脂、苯乙烯、低收缩添加剂、矿物填料和玻璃增强材料。这样的团状成型材料在本领域中是已知的，并且特定组成的多种变化也是可能的。然而，本发明人发现，里面散布有超细碎玻璃的BMC制剂可以改善成型部件的表面粗糙度。例如，常规的成型BMC部件具有250微米的典型的表面粗糙度。将粒径为300nm至600nm或30目至50目的碎玻璃散布在BMC塑料中可以提供120微米至150微米的表面粗糙度。
在步骤420中，使用BMC制剂对部件进行成型。成型技术可以是快速注射，其中团状材料被快速供给到处于热量和压力下的模具中。可替代地，执行快速注射和压缩，其中团状材料被快速供给到处于热量和压力下的稍微打开的模具中。模具在填充步骤期间略微打开，从而提供间隙开口。在模具被填充之后，通过闭合模具间隙将额外的压力施加到材料。然后在材料固化的同时，完全闭合的模具被保持在压力下。对于复杂的或抛物面式前照灯反射器已证明能产生最佳部件的成型参数例如是筒温度、背压、筒停留时间、压缩间隙、注射速度、注射流量、注射压力、缓冲、保压、保压时间、模具表面温度和固化时间。
然后在步骤430中对BMC成型部件进行清洁。清洁可以包括在过程腔室外部利用去离子水和/或各种溶剂进行初始清洁。然后对固化的部件进行清洁，以去除灰尘或颗粒。除尘清洁可以用水或溶剂进行；然而，选择的流体和施加方法不应在反射器区域表面留下任何污染物(例如，斑点)。在金属化之后，反射器区域中的任何残留物或污染物由于不受控制的光散射都变得可见，从而导致性能失效。去离子水和IPA异丙醇溶剂洗涤两者均已证明采用350F以下的环境温度能够成功。强制对流空气可以被用作后干燥过程的一部分，以去除残留的水或溶剂。
在步骤440中，如图2所述，反射层被设置在BMC部件上。除了上述讨论的溶剂清洁之外，该步骤通常包括在真空腔室内的等离子体清洁。
接下来，在步骤440中，成型部件被组装到固定装置上，并被放置在真空金属化腔室中，以用于以上所描述的图2的涂覆过程。典型的真空金属化周期为：在0.002毫巴下抽气38至42分钟(利用大型泵抽气2-3分钟进行磁控溅射)，在0.01Mbar下进行3至5分钟的辉光放电(1-2分钟的辉光放电)，在0.0004Mbar下进行1分钟的铝沉积。然后在步骤450中，添加保护层。优选的方法是在0.002Mbar下采用12至15分钟的硅氧烷沉积(我们将硅氧烷沉积持续1-3分钟)以及1分钟的通风来金属化。硅氧烷在反射铝层上形成保护性外涂层。在从腔室取出部件后，将视情况将部件与该部件的适当的透镜、灯和相关硬件结合并组装在一起。
因此，公开的实施例可以包括新的BMC制剂和处理技术，以产生具有低粗糙度的表面，从而获得良好的金属化表面。BMC在惰性气氛中形成(以避免或减少水分)，从而获得无雾的表面和大约120nm至150nm的表面粗糙度。腔室内填充工艺被提供，以在BMC上形成高反射表面，从而用于不同类型的光源和反射器设计。在中间的填料层之后为金属化和HMDSO，以便保护铝。
相对于传统的基底涂覆工艺，这种腔室内过程使得机械的成本降低，并且缩短了周期时间。此外，该腔室内工艺在没有变得模糊或起雾的情况下提供高质量的反射表面，其中所述变得模糊或起雾在采用传统的直接金属化工艺时会被观察到，该传统的直接金属化工艺避免使用丙烯酸喷涂基底涂覆。
尽管本文已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅以示例的方式被呈现，并且不旨在限制本公开的范围。使用本公开中的教导，本领域普通技术人员可以在不背离本公开的精神的情况下，以各种方式修改和改编本公开，从而在本文描述的实施例的形式上进行省略、替代和/或改变。此外，在解释本公开时，应以与上下文内容一致的最广泛可能的方式解释所有术语。所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入本公开的范围和精神内的这种形式或修改。

Claims (20)

1.一种处理部件的方法，包括：
将团状模塑料(BMC)部件放入到磁控溅射设备的真空腔室中；
在所述真空腔室中点燃等离子体；
将填料层沉积到所述BMC部件的表面；和
将金属层溅射沉积到所述填料层上，以形成所述BMC部件的反射表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述BMC部件包括散布在BMC复合物中的碎玻璃/超细玻璃。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述碎玻璃具有300-600nm的粒径。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述BMC部件具有200微米或更小的表面粗糙度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述BMC部件具有200微米或更小的表面粗糙度，或具有120微米至150微米的表面粗糙度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沉积填料层包括：
沉积包括铜、SiO2和SiOx中的至少一种的层，其中x是除2以外的数字，表示氧的数量。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述沉积填料层包括：
沉积第一层，所述第一层包括SiO2和SiOx中的至少一种，其中x是除2以外的数字，表示氧的数量；以及
将被溅射的铜的第二层沉积在所述第一层上，反之亦然。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在形成所述填料层之前，清洁所述BMC部件。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述清洁包括：
将所述BMC部件的表面暴露于辉光放电过程。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属层由铝构成。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在将涂层沉积到所述部件上之后，将保护层施加到所述部件上。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述保护层包括六甲基二硅氧烷(HMDSO)或四甲基二硅氧烷(TMDSO)中的一种。
13.一种车辆照明装置，包括：
基底模塑料(BMC)部件；
真空腔室沉积的填料层，所述填料层直接设置在所述BMC部件上；和
金属层，所述金属层直接设置在所述填料层上。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述BMC部件包括散布在BMC复合物中的碎玻璃。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述碎玻璃具有300nm-600nm的粒径。
16.根据权利要求13所述的装置，其中，所述填料层包括铜、SiO2和SiOx中的至少一种，其中x是除2以外的数字，表示氧的数量。
17.根据权利要求13所述的装置，其中，所述金属层包括铝。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述金属层由铝构成。
19.根据权利要求18所述的装置，还包括保护层，所述保护层直接形成在所述金属层上。
20.根据权利要求11所述的装置，其中，所述保护层包括六甲基二硅氧烷(HMDSO)或四甲基二硅氧烷(TMDSO)中的一种。
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