TWI499683B - A method of forming an antibacterial film on the surface of an object by means of a cathodic arc method and a magnetron sputtering method - Google Patents

Description

以陰極電弧法混合磁控濺鍍法於一物件表面形成抗菌膜層之製法

本發明係涉及一種於一物件表面形成抗菌膜層之製法，特別是指一種採用陰極電弧法混合磁控濺鍍法達成之創新製法設計者。

按，就目前已知產業技術而言，為了使一物件表面同時具有抗菌性及美觀性，可先於該物件表面形成一裝飾性鍍膜，而由於該裝飾性鍍膜僅為美觀效果訴求，因此通常不具抗菌性，此情況下，通常必須於該裝飾性鍍膜表面再鍍上一抗菌膜層。為了能顯現出裝飾性鍍膜的美觀效果，該抗菌性塗層須具有透明性，然而該抗菌性塗層之有限透明性仍可能會破壞裝飾性鍍膜的美觀效果，且抗菌性塗層容易磨損消耗而使抗菌性效果喪失，是以，實有必要提供一種創新且富進步性之抗菌性鍍膜，以解決上述問題。

若以物理真空蒸鍍法沈積形成抗菌性鍍膜，可以解決前段習知鍍膜方法所存在的問題，所述物理真空蒸鍍法大致包括熱蒸鍍、磁控濺鍍、中空陰極蒸鍍、陰極電弧蒸鍍、電子束蒸鍍等方法；而其適用的鍍膜物件涵蓋金屬、陶瓷、塑膠、紡織物、玻璃等等，故適用範圍相當廣泛。

上段所述各種物理真空蒸鍍法於實際應用經驗中發現其各有優劣點存在，以其中的陰極電弧蒸鍍法與磁控濺鍍法二者相較而言，陰極電弧蒸鍍法成型速率較快，但成型後的表面較為粗糙而存在細膩度、均勻度不佳等缺弊；而磁控濺鍍法相對而言，則具有成膜均勻、緻密度高之優點，但成型效率則不及於陰極電弧蒸鍍法。

然而，就目前習知產業界採用物理真空蒸鍍法於產品物件上形成抗菌鍍膜表層的製程而言，均係針對其著重的要點訴求選用其中一種成型製法作為量產唯一手段，因此整體觀之，往往仍有顧此失彼、美中不足的缺憾，如何研發出一種能夠兼具製程效率與較佳鍍膜品質、更具理想實用性之創新抗菌膜層製法，實有待相關業界再加以思索突破者。

有鑑於此，發明人本於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。

本發明之主要目的，係在提供一種以陰極電弧法混合磁控濺鍍法於一物件表面形成抗菌膜層之製法，其所欲解決之問題點，係針對如何研發出一種能夠兼具較佳製程效率與鍍膜品質之新式抗菌膜層製造成型方法為目標加以思索突破；所述製法係於一真空鍍膜設備之真空腔室中進行，以於該真空腔室中所放置的一物件表面形成抗菌膜層；本發明解決問題之技術特點，主要係在提供一種以陰極電弧法混合磁控濺鍍法製成抗菌膜層的新式製法，其主要包括下述步驟：於真空腔室中同時設置陰極電弧靶源及磁控濺鍍靶源；於陰極電弧靶源上裝上鋯靶、鈦靶、鉻靶至少其中一者；於磁控濺鍍靶源上裝上銀靶；於真空腔室中注入氬氣及氮氣以分別離子化銀靶及鋯靶、鈦靶、鉻靶其中一者；藉由程式控制該鋯靶、鈦靶、鉻靶其中一者與銀靶的離子化百分比為90至99%：1至9%；藉此得於物件表面形成氮化鋯-銀混合抗菌膜層、氮化鈦-銀混合抗菌膜層、氮化鉻-銀混合抗菌膜層其中一者；藉此創新獨特設計，使本發明對照先前技術而言，俾可利用陰極電弧蒸鍍法成型速率快的優點，使其能夠快速成型抗菌膜層中佔多數比例的氮化鋯、氮化鈦、氮化鉻其中一者的鍍膜成型作業，另一方面則是利用磁控濺鍍法具有成膜均勻、緻密度高之優點，以將銀離子均勻細膩地分佈於抗菌膜層各區域，達到填補粗糙微孔之細緻化效果，進而達到兼具較佳製程效率與鍍膜品質之優點、實用進步性與較佳產業利用效益。

本實施例內容所述之陰極電弧法、磁控濺鍍法詳細製法過程以如下例子先加以詳述；請參閱第1至4圖所示，係本發明以陰極電弧法混合磁控濺鍍法於一物件表面形成抗菌膜層之製法之較佳實施例，惟此等實施例僅供說明之用，在專利申請上並不受此結構之限制；所述製法係於一真空鍍膜設備05之真空腔室06中進行，以於該真空腔室06中所放置的一物件07表面形成抗菌膜層08(僅標示於第1圖)，該製法包括下述步驟：

1、於該真空腔室06中同時設置有陰極電弧靶源10以及磁控濺鍍靶源20；

2、於所述陰極電弧靶源10上裝上鋯靶11、鈦靶12、鉻靶13至少其中一者；

3、於所述磁控濺鍍靶源20上裝上銀靶21；

4、於該真空腔室06中注入氬氣及氮氣(如第4圖所標示之L1、L2)，以分別離子化該銀靶21以及該鋯靶11、鈦靶12、鉻靶13其中一者；

5、藉由程式控制該鋯靶11、鈦靶12、鉻靶13其中一者與該銀靶21的離子化百分比為：

氮化鋯111：銀14=90至99%：1至9%、

氮化鈦121：銀14=90至99%：1至9%、

氮化鉻131：銀14=90至99%：1至9%；

6、完成後於該物件07表面形成氮化鋯111-銀14混合抗菌膜層08、氮化鈦121-銀14混合抗菌膜層08、氮化鉻131-銀14混合抗菌膜層08其中一種(僅標示於第1圖)。

承上所述，其中所述陰極電弧法又稱為真空電弧法，為既有物理真空蒸鍍法的一種，其主要是將真空弧光放電手段應用於蒸發源的鍍層技術，將靶材蒸汽粒子從陰極靶表面釋放發射，其中大部份生成離子和微滴。離子是本製程中最重要的元素，靶材的離子化蒸汽受到相對於真空艙和陽極的負偏壓加速而撞擊並沉積至基材上。另外其中所述磁控濺鍍法基本原理係根據離子濺射原理，當高能粒子衝擊固體表面時，原子和分子與高能粒子交換動能後會從固體表面飛出，此現象稱之為「濺射」。先利用電場使兩極間產生電子，所述加速電子會與鍍膜室中預先充入的惰性氣體碰撞，使其帶正電，這些帶正電的粒子會受陰極(靶材)吸引而撞擊陰極，入射離子(通常用氬氣)受到電場作用獲得動量，撞擊靶材表面原子，這些原子受到撞擊而得到入射離子的動量轉移，被撞擊的靶材表面原子因接受入射離子的動量，對靶材表面下原子造成壓擠使其發生移位，此靶材表面下多層原子的擠壓會產生垂直靶材表面的作用力而把表面原子碰撞出去，這些被碰撞出去的原子最終沉積在基板(陽極)上形成薄膜。

其中，所述抗菌膜層08的顏色呈現依製程中所選用的陰極電弧靶源10不同而包括下述結果：

1、氮化鋯111-銀14為青銅色或不鏽鋼色；

2、氮化鈦121-銀14為金黃色或不鏽鋼色；

3、氮化鉻131-銀14為鉻色。

前述製法步驟中，就更細部的環節而言，如第3、4圖所示，首先於真空鍍膜設備05之真空腔室06裝設陰極電弧靶源10以及磁控濺鍍靶源20，而所述陰極電弧靶源10上係可同時裝上該鋯靶11、鈦靶12、鉻靶13三者，復藉由一啟閉控制手段以供選擇啟用其中一者作為離子化之靶源，此處以選用鋯靶11為離子化靶源為例加以說明，使用者係先將物件07(被鍍物)掛置於真空鍍膜設備05之真空腔室06中所預設的一旋轉驅動裝置(圖面省略繪示)，以使該物件07於鍍膜過程可自動旋轉(如第4圖之箭號L1所示)；復於該真空腔室06中注入氬氣及氮氣(如第4圖箭號L2、L3所示)，以離子化該銀靶21以及鋯靶11，此過程中並藉由程式控制調整該鋯靶11與銀靶21的離子化百分比為90至99%：1至9%，藉此離子化過程以使該銀靶21及鋯靶11所釋出之離子(如第4圖箭號L4所示)得以飄散附著於該物件07表面達到鍍膜之目的，至此即可於物件07表面形成一氮化鋯111-銀14混合之抗菌膜層08。

補充說明的是，本發明所述物件07於實際應用上，係可廣泛涵蓋包括醫療用產品、衛浴產品、傢俱產品、裝飾品、門鎖五金產品、手工具產品、鐘錶眼鏡產品等多種產品領域，藉由上述之鍍膜過程以使產品表面形成所述之混合抗菌膜層08，如第1圖所示，係為衛浴水龍頭表面形成抗菌膜層08之實施例。

本發明之優點：

本發明所揭「陰極電弧法混合磁控濺鍍法於一物件表面形成抗菌膜層之製法」主要藉由真空鍍膜設備真空腔室所設之陰極電弧靶源及磁控濺鍍靶源，於該陰極電弧靶源上裝設鋯靶、鈦靶或鉻靶，於磁控濺鍍靶源裝設銀靶，並配合氬氣及氮氣之離子化過程，使本發明對照【先前技術】而言，俾可利用陰極電弧蒸鍍法成型速率快的優點，使其能夠快速成型抗菌膜層中佔多數比例的氮化鋯、氮化鈦、氮化鉻其中一者的鍍膜成型作業，另一方面則是利用磁控濺鍍法具有成膜均勻、緻密度高之優點，以將銀離子均勻細膩地分佈於抗菌膜層各區域，達到填補粗糙微孔之細緻化效果，進而達到兼具較佳製程效率與鍍膜品質之優點與實用進步性。

上述實施例所揭示者係藉以具體說明本發明，且文中雖透過特定的術語進行說明，當不能以此限定本發明之專利範圍；熟悉此項技術領域之人士當可在瞭解本發明之精神與原則後對其進行變更與修改而達到等效之目的，而此等變更與修改，皆應涵蓋於如后所述之申請專利範圍所界定範疇中。

05．．．真空鍍膜設備

06．．．真空腔室

07．．．物件

08．．．抗菌膜層

10．．．陰極電弧靶源

11．．．鋯靶

111．．．氮化鋯

12．．．鈦靶

121．．．氮化鈦

13．．．鉻靶

131．．．氮化鉻

14．．．銀

20．．．磁控濺鍍靶源

21．．．銀靶

第1圖：本發明物件表面形成有混合抗菌膜層實施例之局部放大示意圖。

第2圖：本發明陰極電弧法混合磁控濺鍍法於一物件表面形成抗菌膜層之製法流程圖。

第3圖：本發明物件掛置於真空鍍膜設備之立體示意圖。

第4圖：本發明真空腔室中鍍膜過程之狀態示意圖(註：係以平面俯視角度表示)。

05．．．真空鍍膜設備

06．．．真空腔室

07．．．物件

10．．．陰極電弧靶源

11．．．鋯靶

12．．．鈦靶

13．．．鉻靶

20．．．磁控濺鍍靶源

21．．．銀靶

Claims (4)

1. 一種以陰極電弧法混合磁控濺鍍法於一物件表面形成抗菌膜層之製法，該製法係於一真空鍍膜設備之真空腔室中進行，以於該真空腔室中所放置的一物件表面形成抗菌膜層，該製法包括下述步驟：於該真空腔室中同時設置有陰極電弧靶源以及磁控濺鍍靶源；於所述陰極電弧靶源上裝上鋯靶、鈦靶、鉻靶至少其中一者；於所述磁控濺鍍靶源上裝上銀靶；於該真空腔室中注入氬氣及氮氣，以分別離子化該銀靶以及該鋯靶、鈦靶、鉻靶其中一者；藉由程式控制該鋯靶、鈦靶、鉻靶其中一者與該銀靶的離子化百分比為：氮化鋯：銀=90至99%：1至9%、氮化鈦：銀=90至99%：1至9%、氮化鉻：銀=90至99%：1至9%；於該物件表面形成氮化鋯-銀混合抗菌膜層、氮化鈦-銀混合抗菌膜層、氮化鉻-銀混合抗菌膜層其中一者。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之以陰極電弧法混合磁控濺鍍法於一物件表面形成抗菌膜層之製法，其中所述物件係包括醫療用產品、衛浴產品、傢俱產品、裝飾品、門鎖五金產品、手工具產品、鐘錶眼鏡產品。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之以陰極電弧法混合磁控濺鍍法於一物件表面形成抗菌膜層之製法，其中所述抗菌膜層的顏色呈現包括：氮化鋯-銀為青銅色或不鏽鋼色；氮化鈦-銀為金黃色或不鏽鋼色；氮化鉻-銀為鉻色。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之以陰極電弧法混合磁控濺鍍法於一物件表面形成抗菌膜層之製法，其中所述陰極電弧靶源上係同時裝上該鋯靶、鈦靶、鉻靶三者，復藉由一啟閉控制手段以供選擇啟用其中一者作為離子化之靶源。