SU989397A1

SU989397A1 - Method of evaluating adhesive properties of polymers used as base in vacuum application of metal coatings

Info

Publication number: SU989397A1
Application number: SU813305211A
Authority: SU
Inventors: Александр Владимирович Рогачев; Олег Иванович Палий
Original assignee: Институт механики металлополимерных систем АН БССР
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1983-01-15

Description

Дл р да пол11мер11н и металлов ланньлй способ но всегда ви вто точ ным и, кроме.того, достаточно продолжитален во времени, Це.чь иэобротени - повьлиениа точности и экспрессности оценки алгеэионных свойств полимеров, используемы в качестве подложек при вакуумном напылении металлических покрытий. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу оценки адгезионных свойств полимеров, используемых в качестве подложек при вакуумном напылении металлических покрытий , заключающемус в нанес ении на поверхность полимера эталонного металла и определении параметра взаимодействи металла с поверхность в качестве эталонного металла исполь зуют металл покрыти , который нанос т на полимер напылением в вакууме, а в качестве параметра взаимодействи металла с поверхностью определ ют коэффициент конденсации атомов металла на стадии образовани покрыти эффективной толщиной 0,5-10 нм, по величине которого оценивают адгезионные свойства полимера. Коэффициент конденсации можно определ ть путем регистрации плотности падающего и отраженного потоков атомов металла. Использование в качестве эталонного материала металла покрыти позвол ет полностью учесть специфику взаимодействи металл-полимер, а нанесение его методом вакуумного напылени - ускорить процесс и получить усредненную по всей .поверхности оцен ку качества активационной обработки. Проведенные исследовани показывают, что на стадии образовани остроаковой пленки металла толщиной 0,5-10 нм (в зависимости от материала покрыти наблюдаетс осаждение атомов металла с достаточно низким коэффициентом конденсации -, где ,у - плотность потока атомов, подающих на повврхность , - количество атомов, осаждаемых на единице поверхности за единицу времени. Скорость осаждени зависит от физико-химического состо ни поверхности и корректирует с качеством активационной обработки и адгезионной прочностью формируемых металлических покрытий на полимерной основе: при формировании пленок адгезионно более прочно св занных с полимерной основой имеет место осаждение с более высоким коэффициентом конденсации .При тол аинах менее 0,5мм конденсаци полна . При толщине боле 10 нм (сплошна пленка) коэффициент конденсации не зависит от состо ни поверхности и опредв. в большей степени природой металла и услови мн конденсации. Определение коэффициента конденсации может быть произвадено различными методами, например, методом фйтометрировани покрыти , измерени его сопротивлени , Наиболее техноло1ичным и чувствительным вл етс метод определени коэффициента конденсации путем регистрации плотности падающего и отраженного потока атомов металла. Дл регистрации потока атомов могут быть использованы кварцевые измерители типа КИТ-1, ионизационные измерители и мас-спектрометры . Коэффициент конденсации вычисл атт С с помощью вьфс1жвни .. Тот В этом случае незначительное изменение коэффициента конденсации например на 5% с 0,9 до 0,95 может быть достаточно точно оценено по изменению плотности отраженных потоков (изменение 100%). Использование в качестве критери оценки качества активационной обработки коэффициента конденсации позвол ет ;проводить контрольактивации непосредственно в процессе металлизации, что существенно повышает производительность процесса измерени и всего технологического цикла метсшлнзации. Пример 1. Провод т контроль качества обработки пленок из полимида перед их металлизацией медью. Обработку пленок осуществл ют в щелочной смеси и последующим нагревом до 20-15(f С. Нанесение металла провод т при давлении ,v и посто нной плотности потока падающих атомов. Коэффициент конденсации определ ют в процессе металлизации путем регистрации плотности отраженных атомов с помощью кварцевого измерител MSV 1841 при толщине покрыти 0,5-10 нм. Оценку качества активационной обработки провод т известным методом (по краевому углу смачивани капелек ртути одинаковой массы) и методом определени адгезионной прочности соединений металл-полимер нормашьным отрывом . При этом пленка металлизируетс с двух сторон и с помощью кле на ней закрепл ютс металлические штифты . Разрушение таких соединений производитс на разрывной машине с посто нной скоростью нагружени . Полученные результаты приведены в табл. 1. Из табл.1 видно,что при температуре пленки БО.С адгезионна прочность соединений наиболее высока . Этому режиму обработки соответствует и более высокий коэффициент конденсации. Краевой угол смачивани дл такой обработки нельз использовать в качестве критери оценки ее качества при вс;ох режимах он практически не и меичегс . Коэффициент конденсации, определен ный при толдине покилти 0,5 и 10 им не зависит от режимов активационной Обработки,. Пример 2. Провод т контроль качества об аботки пленок полиэтилена перед их механизацией свинцом. Обработку пленок осуществл ют в тлеющем разр де при различных ,режимах. Технологические режимы металлизации и регистрации коэффициента конденсации такие же, как и в примере 1. Толщина свинцового покрыти , при которой определ етс коэффициент конденсации, 0,5-10 нм. Контроль качества обработ ки провод т известным методом и путем определени адгезионной прочност Адгезию металлического покрыти к полимерной основе оценивают методами царапани и ультразвуковых колебаний За критерий адгезионной прочности инимаетс нормальна нагрузка, при которой иглой снимаетс покрытие, бо лее чем на 70% поверхности царапины. При использовании метода ультразвуковых колебаний об адгезионной прочности суд т по коэффициенту светопро пускани образцов после обработки. При максимальной адгезии коэффициент светопропускани минимальный. Врем воздействи ультразвуком 7 мин уровень мощности 0,8 (дл -прибора УЗДН-1). В табл.2 приведены результаты вли ни режима.активации на краевой угол смачивани , гшгезионную прочность покрытий и коэффициент конденсации. Анализ полученных данных свидетел ствует, что между адгезионной- прочностью покрытий и коэффициентом конденсации в сравнении с краевым углом смачивани существует более высока коррел ци . Наиболее высокие эначени адгезии и коэффициента конденсации наблюдаютс при одинаковом режиме активации. Режим активации, при котором краевой угол смачивани минимсшьный , не совпадает с режимом, обеспечивающим наиболее высокую адгезик . Использование краевого угла смачивани в качестве параметра дл контрол качества активёшионной обра ботки в сравнении с коэффициентом : конденсации позвол ет получить менее точные оценки степени активации. В этом случае также существенно более низка производительность контрол , т.е. необходимы дополнительные операции: нанесение капли ртути, изМерение угла смачивани . Па стадии формировани покрыти тошциной 0,5 и 10 нм коэффициент кон денсагцш практически посто нен 48 отн. ед.) и не -..нт от режима активационной обработки. пример 3. Провод т контроль качества, обработки образцов из полистирола перед их металлизацие й алюминием и висмутом. Активацию полистирола осуществл ют различными методами путем обработки тлеющим разр дом, хро- мовой смесью,растворителем (ацетона +спирт). Определение краевого угла смачивани ртути, металлизацию и регистрацию коэффициента конденсации провод т при таких режимах, как и в примерах 1 и 2. Адгезию металлического покрыти толщиной 0,1-0,2 мкм оцениваиот методом ультразвуковых колебаний. Максимальна .адгеэи соответствует наименьшему коэффициенту светопропускани пленок после воздействи ультразвука. В табл. 3 приведены алгеэи , коэффициент конденсации алюмини и краевой угол смачивани ртути при раэлич ных способах активации. В табл.4 приведены адгези , коэффициент конденсации висмута и краевой угол смачивани ртути при различных способах активации полистирола. Приведенные результаты показывают, что оценка качества обработки пленок полистирола путем нанесени капли ртути и определени краевого угла смачивани вл етс неточной. Из такой оценки следует, что наиболее огГгимальна обработка достигаетс в тлеющем разр де. Вместе с тем наиболее высо (са адгезионна прочность реализуетс hp« обработке полистирола растворителем . Использование в качестве критери оценки качества активаи(ионной обработки коэффициента конденсации поэвол ет повысить точность оценки. При этом коэффициент конденсации чувствителен к состо нию поверхности при толщине 5 нм. При толщинах покрыти 0,5 и 10 нм на коэффициент конденсации режим активации практически не вли ет.. Использование в качестве эталонного меташла металл покрыти , нанесение его иа поверхност вакуумным методом одновременно и эа один технологический цикл с металлизацией и выбор в качестве параметра взаимодействи коэффициента конденсации на стадии образовани покрыти эффективной толщиной 0,5-10 им повышает производительность и точность контрол качества активационной обработки полимерных материалов , а также позвол ет реализовать возможность полной автоматизации процесса металлизации.For metals and metals, but it is always very accurate and, besides, it is sufficiently long in time. In terms of accuracy and expressiveness, the estimation of the algeionic properties of polymers used as substrates for vacuum deposition of metallic coatings. The goal is achieved by the method of evaluating the adhesion properties of polymers used as substrates during vacuum spraying of metallic coatings, which consist in applying a reference metal to the polymer surface and determining the interaction parameter of the metal with the surface as a reference metal. t on the polymer by spraying in vacuum, and as a parameter of the interaction of the metal with the surface, determine the condensation coefficient of the metal atoms per hundred The formation of a coating with an effective thickness of 0.5-10 nm, the magnitude of which evaluates the adhesive properties of the polymer. The condensation coefficient can be determined by recording the density of the incident and reflected fluxes of metal atoms. The use of the coating metal as a reference material makes it possible to fully take into account the specificity of the metal – polymer interaction, and applying it by vacuum sputtering accelerates the process and obtains the averaged quality of the activation treatment averaged over the entire surface. Studies show that at the stage of formation of a metal film with a thickness of 0.5-10 nm (depending on the material of the coating, there is deposition of metal atoms with a rather low condensation coefficient -, where, y is the density of the flux of atoms feeding on the surface deposited per unit of surface per unit of time. The deposition rate depends on the physicochemical state of the surface and adjusts with the quality of the activation treatment and the adhesive strength of the formed metal polymer-based coatings: during the formation of films of adhesion more tightly bound to the polymer base, deposition with a higher condensation rate takes place. With thicknesses less than 0.5 mm, the condensation is complete. With a thickness of more than 10 nm (continuous film), the condensation coefficient does not depend on the state Neither the surface nor the specific nature of the metal and the condensation conditions are determined to a greater extent. The determination of the condensation coefficient can be performed by various methods, for example, by using photometry of the coating, measuring its resistance detecting, most tehnolo1ichnym and sensitive determination method is the condensation coefficient by registering the density of the incident and reflected flux of metal atoms. To record the flow of atoms, quartz measuring instruments of the type KIT-1, ionization meters and mass spectrometers can be used. The condensation coefficient calculated att C with the help of .. .. In this case, an insignificant change in the condensation coefficient, for example, by 5% from 0.9 to 0.95 can be fairly accurately estimated by the change in the density of the reflected fluxes (change 100%). Using as a criterion for assessing the quality of activation processing of the condensation coefficient allows for monitoring activation during the metallization process, which significantly improves the performance of the measurement process and the entire production cycle. Example 1. The quality control of the processing of polyimide films was carried out prior to their metallization with copper. Films are processed in an alkaline mixture and then heated to 20-15 (f C. Metal deposition is carried out at a pressure, v, and constant flux density of falling atoms. The condensation coefficient is determined during the metallization process by recording the density of reflected atoms using a quartz meter MSV 1841 with a coating thickness of 0.5-10 nm. The quality of the activation treatment is evaluated by a known method (by contacting the contact angle of mercury droplets of the same mass) and by the method of determining the adhesion strength of metal-to-metal compounds. In this case, the film is metallized on both sides and metal pins are fixed on it with the help of glue. The destruction of such joints is carried out on a tensile machine with a constant loading speed. The results are shown in Table 1. From Table 1 it can be seen that At the temperature of the BO.CF film, the adhesive strength of the joints is the highest. A higher condensation coefficient corresponds to this processing mode. The wetting angle for such treatment cannot be used as a criterion for assessing its quality under all conditions; oh, the modes are practically non-existent. The condensation coefficient, determined at a depth of 0.5 and 10, does not depend on the activation processing modes. Example 2. Conduct quality control of polyethylene films before they are mechanized with lead. The processing of the films is carried out in a glow discharge under various conditions. The technological modes of metallization and registration of the condensation coefficient are the same as in Example 1. The thickness of the lead coating, at which the condensation coefficient is determined, is 0.5-10 nm. The quality control of the treatment is carried out by a known method and by determining the adhesion strength. The adhesion of the metal coating to the polymer base is evaluated by the methods of scratching and ultrasonic vibrations. The normal load is measured by the adhesion strength criterion, at which the coating is removed by the needle more than 70% of the scratch surface. When using the method of ultrasonic vibrations, the adhesion strength is judged by the light transmission coefficient of the samples after processing. With maximum adhesion, the light transmission coefficient is minimal. Ultrasound exposure time 7 min. 0.8 power level (for UZDN-1 instrument). Table 2 shows the results of the effect of the activation mode on the wetting angle, the overall strength of the coatings and the condensation coefficient. An analysis of the data obtained indicates that there is a higher correlation between the adhesion-strength of coatings and the condensation coefficient in comparison with the wetting angle. The highest values of adhesion and condensation coefficient are observed with the same activation mode. The activation mode, in which the wetting angle is minimal, does not coincide with the mode that provides the highest adhesion. Using the wetting angle as a parameter to control the quality of active processing in comparison with the coefficient: condensation makes it possible to obtain less accurate estimates of the degree of activation. In this case, the control performance is also significantly lower, i.e. additional operations are necessary: applying a drop of mercury, measuring the wetting angle. At the 0.5 and 10 nm stage of formation of the coating with toshtsina, the coefficient of condensation is almost constant 48 rel. units.) and not - .. nt from the activation processing mode. Example 3. Quality control was carried out, processing samples from polystyrene prior to their metallization with aluminum and bismuth. Polystyrene activation is carried out by various methods by treatment with a glow discharge, chromium mixture, solvent (acetone + alcohol). Determination of the wetting angle of mercury, metallization and registration of the condensation coefficient are carried out under such conditions as in Examples 1 and 2. The adhesion of the metal coating 0.1-0.2 µm thick is estimated using the method of ultrasonic vibrations. The maximum adhei corresponds to the lowest coefficient of light transmission of films after exposure to ultrasound. In tab. Figure 3 shows the algei, the condensation coefficient of aluminum, and the wetting angle of mercury with different methods of activation. Table 4 shows the adhesion, the condensation coefficient of bismuth, and the wetting angle of mercury for various methods of polystyrene activation. The results show that assessing the quality of the processing of polystyrene films by applying a drop of mercury and determining the wetting angle is inaccurate. From this estimate, it follows that the most extreme processing is achieved in a glow discharge. At the same time, the highest (sa adhesion strength is realized by hp "processing of polystyrene with a solvent. Using as a criterion for assessing the quality of the asset (ion processing of the condensation coefficient improves the accuracy of the estimate. The condensation coefficient is sensitive to the state of the surface at a thickness of 5 nm. At thicknesses coatings of 0.5 and 10 nm on the condensation coefficient is practically not affected by the activation mode. Using a coating as a reference metal, its application to the surface by a vacuum method at the same time, one process cycle with metallization and the choice of the condensation coefficient at the stage of formation of the coating with an effective thickness of 0.5-10 improves the productivity and accuracy of quality control of the activation processing of polymeric materials, and also allows for the full automation of the metallization process.

Таблица 1Table 1

Таблица 2table 2

4,24.2

40+3 35+3 40 + 3 35 + 3

3,6 20±3 3.6 20 ± 3

3,2 25 + 3 3.2 25 + 3

3,0 25 + 3 3.0 25 + 3

3,13.1

3,1 30+3 30+33.1 30 + 3 30 + 3

3,33.3

Claims

1. A method for evaluating the adhesion properties of polymers used as substrates during vacuum deposition of metal coatings consists in applying a reference metal to the surface of the polymer and determining the interaction parameter of the metal as a surface, so that In order to increase the accuracy and expressiveness of the assessment, a coating metal is used as a reference metal, which is sprayed onto the polymer in a vacuum, and the coefficient k ndensatsii metal atoms

Table 3

Table 4

on the formation of a coating with a thickness of 0.5–10 nm, the adhesive properties of the polymer are evaluated using the K9th value.

2. The method according to claim 1, characterized in that the coefficient of condensation is determined by recording the density of the padgyoc and reflected ndr currents of the metal atoms.

Sources of information 40 taken into account in the examination

1 .. Goldberg MM, Koryukin A.V., Kondratov E.K. Coatings for polymeric materials. M., Himi, 1980, 65 p. 20-23. 2. dostoviy in J976, 1198939712 Roykh I.L., Koltunova L.N., Fa-

3. Sum Vd, Goryunov Yu.V. Physics .N, Manes Niv protective coating-chemical basis of wetting and evacuation. M., Mashinostroenietekani. M., Himi, 1976, p.45, p. 333-334.137-165 (prototype).