CN112853269B - 一种黑色片材及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种黑色片材及其制备方法和应用。该黑色片材包括：基材和位于该基材表面上的薄膜，其特征在于，该薄膜至少包括依次叠加的第一膜层、第二膜层、第三膜层和第四膜层，所述第一膜层位于所述基材的表面；所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地含有Al和Si，所述第二膜层和所述第四膜层各自独立地为SiO2和/或MgF2形成的层；所述第一膜层的厚度为40‑85nm，所述第三膜层的厚度为5‑25nm。该黑色片材的可见光的反射率低，能实现全黑效果。

Description

一种黑色片材及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及光学片材领域，具体地，涉及一种黑色片材及其制备方法和应用。
背景技术
由于摄像技术的发展，手机终端对于摄像头方面的专注度会越来越高，外来光源会影响摄像的效果，因此，需减少外来光源的影响，做到系统内部无反射，实现全黑效果。目前行业的黑色膜层通常采用油墨印刷，或者通过镀TiC等来实现，但是得到的黑色膜层的可见光的反射率比较高，黑度不够黑，影响产品的使用效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种黑色片材及其制备方法和应用，该黑色片材的可见光的反射率低，能实现全黑效果。
本发明的第一方面是提供一种黑色片材，该黑色片材包括：基材和位于该基材表面上的薄膜，其特征在于，该薄膜至少包括依次叠加的第一膜层、第二膜层、第三膜层和第四膜层，所述第一膜层位于所述基材的表面；所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地含有Al和Si，所述第二膜层和所述第四膜层各自独立地为SiO2和/或MgF2形成的层；所述第一膜层的厚度为40-85nm，所述第三膜层的厚度为5-25nm。
优选地，所述第一膜层的厚度为50-80nm；所述第二膜层的厚度为60-90nm；所述第三膜层的厚度为10-20nm；所述第四膜层的厚度为70-120nm。
优选地，所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地还有Nb和/或Cr； 进一步优选地，所述第一膜层为AlNbCrSi层，所述第二膜层为SiO2层，所述第三膜层为AlNbCrSi层，所述第四膜层为SiO2层。
优选地，所述黑色片材的反射率不超过1%。
优选地，所述基材为玻璃或金属。
本发明的第二方面是一种黑色片材的制备方法，该制备方法包括：通过PVD法在基材的表面上至少形成依次叠加的第一膜层、第二膜层、第三膜层和第四膜层；所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地含有Al和Si，所述第二膜层和所述第四膜层各自独立地为SiO2和/或MgF2形成的层；所述第一膜层的厚度为40-85nm，所述第三膜层的厚度为5-25nm。
优选地，所述PVD法为磁控溅射法；进一步优选地，形成所述第一膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为5-15min；形成所述第二膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为2-50min；形成所述第三膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为6-10min；形成所述第四膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为5-50min。
优选地，所述第一膜层的厚度为50-80nm；所述第二膜层的厚度为60-90nm；所述第三膜层的厚度为10-20nm；所述第四膜层的厚度为70-120nm。
优选地，所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地还有Nb和/或Cr； 进一步优选地，所述第一膜层为AlNbCrSi层，所述第二膜层为SiO2层，所述第三膜层为AlNbCrSi层，所述第四膜层为SiO2层。
本发明的第三方面是提供一种前述黑色片材在电子产品外壳中的应用。
本发明提供的黑色片材包括位于基材表面上的薄膜，该薄膜至少包括依次叠加的第一膜层、第二膜层、第三膜层和第四膜层，其第一膜层和第三膜层选择吸收性大的Al和Si混合材料，第二膜层和第四膜层选择低折射率的SiO2和/或MgF2材料，使第四膜层作为高透的环境，可以让光透过；通过控制第三膜层的厚度，部分光被第三膜层吸收，余下的光能透过第三膜层，再透过第二膜层，然后被第一膜层吸收；通过控制第一膜层的厚度，使其能吸收大量的光，而反射光一部分被第三膜层吸收，另一部分则反射回来，即光在第一膜层和第三膜层间来回反射，使光不会反射到第四膜层，从而使得片材的可见光的反射率低，能实现全黑效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种黑色片材，该黑色片材包括：基材和位于该基材表面上的薄膜，其特征在于，该薄膜至少包括依次叠加的第一膜层、第二膜层、第三膜层和第四膜层，所述第一膜层位于所述基材的表面；所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地含有Al和Si，所述第二膜层和所述第四膜层各自独立地为SiO2和/或MgF2形成的层；所述第一膜层的厚度为40-85nm，所述第三膜层的厚度为5-25nm。
本发明提供的黑色片材包括位于基材表面上的薄膜，该薄膜至少包括依次叠加的第一膜层、第二膜层、第三膜层和第四膜层，其第一膜层和第三膜层选择吸收性大的Al和Si混合材料，第二膜层和第四膜层选择低折射率的SiO2和/或MgF2材料，使第四膜层作为高透的环境，可以让光透过；通过控制第三膜层的厚度，部分光被第三膜层吸收，余下的光能透过第三膜层，再透过第二膜层，然后被第一膜层吸收；通过控制第一膜层的厚度，使其能吸收大量的光，而反射光一部分被第三膜层吸收，另一部分则反射回来，即光在第一膜层和第三膜层间来回反射，使光不会反射到第四膜层，从而使得片材的可见光的反射率低，能实现全黑效果。
在本发明中，与所述基材相邻的膜层为第一膜层，所述第一膜层具有高吸光性，能够完成对可见光全波段的有效吸收。优选地，所述第一膜层的厚度为50-80nm。
在本发明中，在所述第一膜层上面的膜层为第二膜层，所述第二膜层作为间隙层，使光在第一膜层和第三膜层之间来回反射，保证光不会透过第四膜层，从而降低黑色片材的可见光的反射率。优选地，所述第二膜层的厚度为60-90nm。
在本发明中，在所述第二膜层上面的膜层为第三膜层，所述第三膜层的材料具有吸收性，且厚度薄，可以使透过第四膜层的光部分被吸收，其余的光能透过第三膜层，再透过第二膜层，然后被第一膜层吸收；通过控制第一膜层的厚度，使其能吸收大量的光，而反射光一部分被第三膜层吸收，另一部分则反射回来，即光在第一膜层和第三膜层间来回反射，使光不会反射到第四膜层。优选地，所述第三膜层的厚度为10-20nm。
在本发明中，在所述第三膜层上面的膜层为第四膜层，所述第四膜层作为高透膜层，提高入射光的透过，降低光在第四膜层进行反射的程度。优选地，所述第四膜层的厚度为70-120nm。
在本发明中，为进一步提高膜层间的附着力，以及便于膜层调色，进一步实现全黑效果，优选地，所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地还有Nb和/或Cr。进一步优选地，所述第一膜层为AlNbCrSi层，所述第二膜层为SiO2层，所述第三膜层为AlNbCrSi层，所述第四膜层为SiO2层。
在本发明中，位于基材表面上的所述薄膜可以具有六层膜层，具体地，在所述第四膜层的表面设置有第五膜层，在所述第五膜层的表面设置有第六膜层；所述第五膜层含有Al和Si，优选地，还有Nb和/或Cr；所述第六膜层为SiO2和/或MgF2形成的层；所述第五膜层的厚度为10-20nm，所述第六膜层的厚度为70-120nm。该片材的可见光的反射率低，也能实现全黑效果。为了降低生产成本，优选地，本发明的黑色片材包括的薄膜为依次叠加的第一膜层、第二膜层、第三膜层和第四膜层的结构。
在本发明中，优选地，所述黑色片材的反射率不超过1%。
在本发明中，所述基材能够是各种材料，优选地，所述基材为透明或不透明材料，优选为玻璃或金属。
本发明还提供了一种黑色片材的制备方法，该制备方法包括：通过PVD法在基材的表面上至少形成依次叠加的第一膜层、第二膜层、第三膜层和第四膜层；所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地含有Al和Si，所述第二膜层和所述第四膜层各自独立地为SiO2和/或MgF2形成的层；所述第一膜层的厚度为40-85nm，所述第三膜层的厚度为5-25nm。
本发明提供的方法制备得到的黑色片材的可见光的反射率低，能实现全黑效果。
在本发明中，所述PVD法包括真空蒸镀法、电子束蒸发法、磁控溅射法等，这些方法已为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。其中优选采用磁控溅射法，该方法制得的薄膜的结合力、耐磨性和耐腐蚀性较好。优选地，形成所述第一膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为5-15min；形成所述第二膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为2-50min；形成所述第三膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为6-10min；形成所述第四膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为5-50min。
在本发明中，所述基材能够是各种材料，优选地，所述基材为透明或不透明材料，优选为玻璃或金属。优选地，在基材表面形成薄膜前，对于表面有油污的基材进行超声波清洗。所述超声波清洗方法也已为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。
在本发明中，优选地，在基材上形成的第一膜层的厚度为50-80nm；所述第二膜层的厚度为60-90nm；所述第三膜层的厚度为10-20nm；所述第四膜层的厚度为70-120nm。
在本发明中，所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地含有Al和Si，为进一步提高膜层间的附着力，以及便于膜层调色，进一步实现全黑效果，优选地，所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地还有Nb和/或Cr。进一步优选地，所述第一膜层为AlNbCrSi层，所述第二膜层为SiO2层，所述第三膜层为AlNbCrSi层，所述第四膜层为SiO2层。
在本发明中，在所述第四膜层的表面可以镀有第五膜层，在所述第五膜层的表面镀有第六膜层；所述第五膜层含有Al和Si，优选地，还有Nb和/或Cr；所述第六膜层为SiO2和/或MgF2形成的层；所述第五膜层的厚度为10-20nm，所述第六膜层的厚度为70-120nm。形成所述第五膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为6-10min；形成所述第六膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为5-50min。得到的片材的可见光的反射率低，能实现全黑效果。为了降低生产成本，优选地，本发明的黑色片材包括的薄膜为依次叠加有所述第一膜层、第二膜层、第三膜层和第四膜层的结构。
本发明的一些实施例中提供的一种具体实施方式，制备黑色片材的方法可以包括：
（1）将基材放到溅射机的夹具上，并进行抽真空；
（2）将氩气充入机台中，将转架打开，在气体稳定之后，打开离子源，对基材表面以及靶材表面进行离子清洗，离子清洗的条件包括：温度为70-110℃，真空度为1×10-3-10×10-3Pa，时间为5-15min；
（3）保持氩气气氛，开启铝硅合金靶、铌靶和铬靶的溅射电源，时间为5-15min，完成第一膜层的镀层，厚度为50-80nm；
（4）关闭铝硅合金靶、铌靶、铬靶的溅射电源，通入氧气，同时开启射频电源，缓慢增加氧气流量调节溅射压力，并开启硅靶溅射电源，在第一膜层的表面上沉积氧化硅镀膜，时间为2-50min，完成第二膜层的镀层，厚度为60-90nm；
（5）关闭氧气以及硅靶的溅射电源，开启铝硅合金靶、铌靶、铬靶的溅射电源，时间为6-10min，完成第三膜层的镀层，厚度为10-20nm；
（6）关闭铝硅合金靶、铌靶、铬靶的溅射电源，通入氧气，同时开启射频电源，缓慢增加氧气流量调节溅射压力，并开启硅靶溅射电源，在第三膜层的表面上沉积氧化硅镀膜，时间为5-50min，完成第四膜层的镀层，厚度为70-120nm；
（7）进行降温冷却，得到黑色片材。
本发明第三方面提供一种本发明的黑色片材或者本发明的制备方法制得的黑色片材在电子产品外壳中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不仅限于下述实施例。
实施例1
本实施例所使用的基材为铝合金手机后壳。
（1）将基材进行超声波清洗，然后烘干放到溅射机的夹具上，并进行抽真空；
（2）将氩气充入机台中，将转架打开，在气体稳定之后，打开离子源，工作电压为4.0kv，离子束流为70mA，工作时间为13min，对基材表面以及靶材表面进行离子清洗；
（3）保持氩气气氛，开启铝硅合金靶、铌靶和铬靶的中频溅射电源，时间为10min，完成第一膜层的镀层，厚度为60nm；
（4）关闭铝硅合金靶、铌靶、铬靶的溅射电源，通入氧气，同时开启射频电源，缓慢增加氧气流量调节溅射压力，并开启硅靶溅射电源，在第一膜层的表面上沉积氧化硅镀膜，时间为20min，完成第二膜层的镀层，厚度为70nm；
（5）关闭氧气以及硅靶的溅射电源，开启铝硅合金靶、铌靶、铬靶的溅射电源，时间为8min，完成第三膜层的镀层，厚度为15nm；
（6）关闭铝硅合金靶、铌靶、铬靶的溅射电源，通入氧气，同时开启射频电源，缓慢增加氧气流量调节溅射压力，并开启硅靶溅射电源，在第三膜层的表面上沉积氧化硅镀膜，时间为30min，完成第四膜层的镀层，厚度为100nm；
（7）进行降温冷却，得到黑色片材A1。
实施例2
本实施例所使用的基材为铝合金手机后壳。
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于，步骤（3）中，第一膜层的厚度为50nm；步骤（4）中，第二膜层的厚度为90nm；步骤（5）中，第三膜层的厚度为10nm；步骤（6）中，第二膜层的厚度为120nm；得到黑色片材A2。
实施例3
本实施例所使用的基材为铝合金手机后壳。
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于，步骤（3）中，第一膜层的厚度为80nm；步骤（4）中，第二膜层的厚度为60nm；步骤（5）中，第三膜层的厚度为20nm；步骤（6）中，第二膜层的厚度为70nm；得到黑色片材A3。
实施例4
本实施例所使用的基材为铝合金手机后壳。
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于，步骤（3）中，开启铝硅合金靶的溅射电源，第一膜层的厚度为60nm；步骤（5）中，开启铝硅合金靶的溅射电源，第三膜层的厚度为15nm；得到黑色片材A4。
实施例5
本实施例所使用的基材为铝合金手机后壳。
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于，步骤（3）中，开启铝硅合金靶和铌靶的溅射电源，第一膜层的厚度为70nm；步骤（5）中，开启铝硅合金靶和铌靶的溅射电源，第三膜层的厚度为15nm；得到黑色片材A5。
实施例6
本实施例所使用的基材为铝合金手机后壳。
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于，步骤（5）中，第三膜层的厚度为8nm；得到黑色片材A6。
实施例7
本实施例所使用的基材为铝合金手机后壳。
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于，步骤（3）中，第一膜层的厚度为45nm；得到黑色片材A7。
实施例8
本实施例所使用的基材为铝合金手机后壳。
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于，步骤（3）中，开启铝硅合金靶和铬靶的溅射电源，第一膜层的厚度为70nm；步骤（5）中，开启铝硅合金靶和铬靶的溅射电源，第三膜层的厚度为15nm；得到黑色片材A8。
实施例9
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于，步骤（4）中，关闭铝硅合金靶、铌靶、铬靶的溅射电源，打开氟化镁靶材，在第一膜层的表面上沉积氟化镁镀膜，时间为20min，完成第二膜层的镀层，厚度为70nm；步骤（6）中，关闭铝硅合金靶、铌靶、铬靶的溅射电源，打开氟化镁靶材，在第三膜层的表面上沉积氟化镁镀膜，时间为30min，完成第四膜层的镀层，厚度为100nm；得到黑色片材A9。
实施例10
本实施例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于，完成步骤（6）后，又依次重复步骤（5）、步骤（6），即在第四膜层的表面上溅射第五膜层（铝硅合金靶、铌靶和铬靶的作为溅射电源），第五膜层的厚度为10nm；然后在第五膜层的表面上溅射第六膜层（硅靶作为溅射电源），第六膜层的厚度为100nm；得到六层膜层的片材A10。
对比例1
本对比例所使用的基材为铝合金手机后壳。
本对比例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于，将步骤（3）和步骤（5）中的铝硅合金靶、铌靶和铬靶的溅射电源替换成铝靶、铌靶和铬靶；得到片材D1。
对比例2
本对比例的制备方法与实施例1相同，不同之处在于，没有步骤（5）和步骤（6），得到两层膜层的片材D2。
对比例3
本对比例所使用的基材为铝合金手机后壳。
（1）将基材进行超声波清洗，然后烘干放到溅射机的夹具上，并进行抽真空；
（2）将氩气充入机台中，将转架打开，在气体稳定之后，打开离子源，工作电压为4.0kv，离子束流为70mA，工作时间为13min，对基材表面以及靶材表面进行离子清洗；
（3）保持氩气气氛，开启铝硅合金靶、铌靶和铬靶的中频溅射电源，时间为10min，完成第一膜层的镀层，厚度为125nm；
（4）关闭铝硅合金靶、铌靶、铬靶的溅射电源，通入氧气，同时开启射频电源，缓慢增加氧气流量调节溅射压力，并开启硅靶溅射电源，在第一膜层的表面上沉积氧化硅镀膜，时间为20min，完成第二膜层的镀层，厚度为120nm；
（5）进行降温冷却，得到黑色片材D3。
性能测试
采用SP64积分球式分光光度仪测试Lab值和反射率，其中，测试反射率波段为420-680nm。
表1
Figure 385749DEST_PATH_IMAGE001
通过表1的结果可以看出，本发明提供的黑色片材的反射率低、黑度高，能实现全黑效果。从实施例1与对比例1的结果比较可以看出，对比例1的片材的膜层材料不在本发明保护的范围内，其得到的片材反射率高、亮度高，难以实现全黑效果；对比例3的膜层厚度虽然与实施例1的膜层厚度相同，但其为两层膜层结构，得到的片材反射率高、亮度高，难以实现全黑效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.一种黑色片材，该黑色片材包括：基材和位于该基材表面上的薄膜，其特征在于，该薄膜至少包括依次叠加的第一膜层、第二膜层、第三膜层和第四膜层，所述第一膜层位于所述基材的表面；所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地含有Al和Si，所述第二膜层和所述第四膜层各自独立地为SiO2和/或MgF2形成的层；所述第一膜层的厚度为50-80nm；
所述第二膜层的厚度为60-90nm；
所述第三膜层的厚度为10-20nm；
所述第四膜层的厚度为70-120nm。
2.根据权利要求1所述的黑色片材，其特征在于，所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地还有Nb和/或Cr。
3.根据权利要求2所述的黑色片材，其特征在于，所述第一膜层为AlNbCrSi层，所述第二膜层为SiO2层，所述第三膜层为AlNbCrSi层，所述第四膜层为SiO2层。
4.根据权利要求1所述的黑色片材，其特征在于，所述黑色片材的反射率不超过1%。
5.根据权利要求1所述的黑色片材，其特征在于，所述基材为玻璃或金属。
6.一种黑色片材的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：通过PVD法在基材的表面上至少形成依次叠加的第一膜层、第二膜层、第三膜层和第四膜层；所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地含有Al和Si，所述第二膜层和所述第四膜层各自独立地为SiO2和/或MgF2形成的层；
所述第一膜层的厚度为50-80nm；
所述第二膜层的厚度为60-90nm；
所述第三膜层的厚度为10-20nm；
所述第四膜层的厚度为70-120nm。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述PVD法为磁控溅射法。
8.根据权利要求7所述的制备方法，形成所述第一膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为5-15min；形成所述第二膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为2-50min；形成所述第三膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为6-10min；形成所述第四膜层的磁控溅射的真空度为1×10-3至10×10-3Pa，温度为70-110℃，时间为5-50min。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一膜层和所述第三膜层各自独立地还有Nb和/或Cr。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一膜层为AlNbCrSi层，所述第二膜层为SiO2层，所述第三膜层为AlNbCrSi层，所述第四膜层为SiO2层。
11.一种权利要求1-5中任意一项所述的黑色片材或者权利要求6-10中任意一项所述的制备方法制得的黑色片材在电子产品外壳中的应用。
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