绿色镀膜技术

1、膜分离基础题目：绿色镀膜技术课题类别：文献综述学生姓名：顾晓宇学号：09110431班级:化工0904专业（全称）：化学工程与工艺指导教师： 金朝辉2012年11月绿色镀膜技术发展现状与趋势金主任膜分离基础课感悟：通过本学期的学习，使我对国内外膜技术发展更加了解，其在化 工、医药、军事等领域起到了非常大的作用。膜的种类繁多，今天我 就“绿色镀膜”做了文献综述。也是我对本课程查阅的相关资料。关键词：膜分离；应用技术；进展刖言膜及其相关技术在自然界中扮演着越来越重要的 角色，它的产生和发展与人类的生活密切相关，在人类 的生活与实践中，人们早已不自觉地接触和应用到了 膜分离技术。从18世纪人类首先认

2、识生物膜以来,在 长达两百年多年中对膜分离技术积累了大量的理论基 础研究，为后来广泛应用提供了良好的基础。膜分离技 术的迅猛发展是在上世纪6080年代开始的，至今不 过40余年，但是发展非常迅猛。由于膜分离技术的应 用与发展，使传统的分离过程受到了挑战，引起了分离 技术的重大变革。膜分离技术是一种借助外界能量或 化学位的推动，以选择性透过膜为分离介质，对两组分 或多组分气体或液体进行分离、分级和富集的。与传统 分离方法（蒸发、萃取或离子交换等）相比，它是在常温 下操作，没有相变，最适宜对热敏性物质和生物活性物 质的分离与浓缩；具有高效、节能，工艺过程简单，投资 少，污染小等优点，因而在化工、轻

3、工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用 曰刖景。摘要：随着世界各国对环境保护的重视，环保法令日趋 严格。社会经济的发展向传统高消耗、重污染的电镀 行业提出了新的要求，而电镀行业是一个基础行业， 涉及而广，不能被直接取缔，因此需要对其进行技术 的升级换代。由兰州交通大学科技人员首先提出的绿 色镀膜技术是表面工程领域的新技术，可以替代或者 部分替代传统的化学电镀技术，能够解决可持续发展 与环境污染的矛盾。本文简述了绿色镀膜技术的概 念、特点以及该技术的发展现状，并展望了其未来发 展趋势。膜分离的机理工业上膜分离技术大致分为微滤、超滤、纳滤和反 渗透等，不同的分离类型其作

4、用机理是各不相同，在此 进行简单的介绍。微滤：膜孔径大约0.1 “m;主要从气相和液相物 质中截留微米及亚微米的细小悬浮物、微生物、微粒、 细菌、酵母、红血球、污染物等，以达到净化和浓缩的日 的。它属于压力驱动型的膜分离过程,工作时，在膜两 侧静压差的作用下，小于膜孔的粒子透过膜，大于膜孔 的粒子则被截留在膜的表面上，使大小不同的粒子得 以分离。微滤分离的实质是利用膜的“筛分”作用来进行的。“筛分”作用的普遍看法是：比膜孔大的颗粒的机械 截留、颗粒间相互作用及颗粒与膜表面的吸附、颗粒间 的桥架作用这三种方式来实现的。超滤：膜孔径在10100 nm，主要用于分离液相物质中诸如蛋白质、核酸聚合物、

5、淀粉等大分子化合物、 胶体分散液和乳液等。超滤过程的分离机理一般认为 是压力驱动的筛孔分离过程，但膜表面的化学物质也 是影响分离的一个重要因素。超滤过程与微滤类似，也 是膜表而上的机械截留（筛分）、在膜孔中的停留（阻 塞）、在膜表面及膜孔内的吸附三种形式。不过其膜孔 更小、过滤精度更高，实际操作压力比微滤略高。纳滤：膜孔径在110 nm，是一种介于反渗透和超 滤之间的压力驱动膜分离过程，主要用于二价或多价 离子及分子量介于200500之间的有机物的脱除。纳 滤膜的分离机理模型目前的看法有：空间位阻一孔道 模型，溶解扩散模型、空间扩散模型、空间电荷模型、固 定电荷模型。与超滤膜相比，纳滤膜有一定

6、的荷电容 量；与反渗膜相比,纳滤膜又不是完全无孔的，因此其 分离机理在存在共性的同时，也存在差异。反渗透：膜孔径小为1 nm,它仍是一种压力驱动 的膜过程。1.绿色镀膜技术绿色镀膜概念是由兰州交通大学科技人员在国内 外首先提出的表面工程领域的新技术概念，就是采用 真空复合镀膜集成技术替代或者部分替代传统的电镀 技术，达到降耗、减排、根除电镀三废污染、保护环 境的目的，解决可持续发展与环境污染的矛盾，为建 设环境友好型和资源节约型社会服务。绿色镀膜技术 包括真空离子镀膜、磁控溅射镀膜、蒸发镀膜、离子 注入、离于清洁等一系列单项技术及其多项复合技术 的集成，涉及真空、机械、控制、光电子、材料改 性

7、、表面工程、信息等光机电控一体化多学科领域。1.1常用真空镀膜技术真空蒸镀是在真空条件下，使金属、金属合金或 化合物蒸发，然后沉积在基体表面上，常用电阻加 热，高频感应加热，电子束、激光束、离子束高能等 轰击镀料，蒸发镀膜。真空蒸镀是PVD法中使用最早 的技术。溅射镀是在充氩(Ar )气的真空条件下，使氩气进行辉光放电，氩(Ar )原子电离成氩离子(Ar )，氩离子 在电场力的作用下，加速轰击阴极靶材，靶材被溅射 出来而沉积到工件表面。根据辉光放电产生的方式不 同，分为直流溅射、射频溅射、磁控溅射。电弧等离子体镀是在真空条件下，用引弧针引弧，使真空室壁(阳极)和镀材(阴极)之间进行弧光放 电，

8、阴极表面快速移动着多个阴极弧斑，不断迅速蒸 发甚至升华镀料，使之电离成以镀料为主要成分 的电弧等离子体，并能迅速将镀料沉积于基体。因为 有多弧斑，所以也称多弧蒸发离化过程。离子镀是在真空条件下，采用某种等离子体电离 技术，使镀料原子部分电离成离子，同时产生许多高 能量的中性原子，在被镀基体上加负偏压。这样在深 度负偏压的作用下，离子沉积于基体表面形成薄膜。1.2绿色镀膜技术较传统电镀技术的优势过去的镀膜多采用电镀法和化学镀法，存在着厚 度难以控制、膜层均匀性差、附着力差等问题，三废 污染特别严重，在人们环保意识逐步加强的今天，其 发展已受到了多方面的制约。绿色镀膜技术工艺过程简单，对环境友好，

9、无污 染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。与 传统的电镀法相比，真空镀膜技术具有很多的优点， 如装饰效果好，金属质感强，成本低 约为传统电镀 的1/31/2),易于操作等。特别在非金属物件的应用 上，有着传统电镀无法比拟的优势。鉴于此，真空镀 膜已被广泛应用于各种塑料、陶瓷、玻璃、蜡、木材 等制品的表面金属化。近年来功能材料薄膜和复合薄 膜也有很大发展。镀膜技术及薄膜产品广泛应用于航 空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶金、材 料等领域，可制备具有耐磨、耐腐蚀、装饰、导电、 绝缘、光导、压电、磁性、润滑、超导等特性的膜 层。随着高科技及新兴工业发展，真空镀膜技术出现 了不少新的先进

10、的亮点，如多弧离子镀与磁控溅射复 合技术，大型矩形长弧靶和溅射靶，非平衡磁控溅射 靶，孪生靶技术，带状泡沫多弧沉积卷绕镀层技术， 条状纤维织物卷绕镀层技术等，镀膜设备向计算机全 自动、大型化工业规模方向发展。2绿色镀膜技术的应用现状绿色镀膜技术是真空应用技术的一个重要分支，它已广泛地应用于光学、电子学、能源开发，理化仪 器、建筑机械、包装、民用制品、表面科学以及科学 研究等领域中。真空镀膜是最有发展前景的表面涂覆 应用技术，它具有一系列其他工艺不可取代的优点：不受被镀元件的材料及形状的影响。镀膜的厚度可以 控制、一般为十分之几或百分之几微米；可镀功能性 表面镀层，无需像化学镀银那样进行补充抛光

11、。2.1光学工业的应用光学玻璃或石英表面镀一层或几层不同物质的薄 膜后，即可成为高反射或增透膜或者作任何预期比例 的反射或透射材料，也可以作成对某种波长的吸收， 而对另一种波长的透射的滤色片。高反射膜从大口径 的天文望远镜和各种激光器、新型建筑物的大窗镀膜 玻璃，都很需要。增透膜大量用于照相和各种激光 器、新型建筑物的大窗镀膜玻璃等。根据光学性能的 要求，真空镀膜就可以制备出增透膜、反光膜、分光 膜、滤光膜、保护膜、装饰膜等。兰州交大国家绿色 镀膜技术与装备工程技术研究中心的依托单位兰州大 成自动化工程有限公司，在高端汽车灯具镀膜设备及 工艺方面实现了产业化，高中档市场占有率超过了 65.9%

12、。2.2电子工业的应用绿色镀膜在电子工业中占有极其重要的地位。各种 规模 的集成电路。包括存贮器、运算器、逻辑元 件等都要采用导电膜、绝缘膜和保护膜。作为制备 电路的掩膜则用到铭膜。磁带、磁盘、半导体激光器， 约瑟夫逊器件、电荷耦合器件也都用到各种薄膜。在 显示器件方面，录像磁头、高密度录像带以及平面显 示装置的透明导电膜、摄像管光导膜、显示管荧光屏 的铝衬等也都是采用真空镀膜法制备。这些薄膜包括 透明导电膜、导电加热膜、电极膜以及机能膜等的制 备。2.3机械工业的应用真空镀膜在机械工业中的应用主要包括以下种类的薄膜：超硬膜：在切削工具如钻头、铣刀、插滚齿刀等表面，真空镀上氮化钛等超硬膜层，可

13、大大提高切削 工具的使用寿命、效率和精度。功能膜：在机械零件表面真空镀耐高温、防腐蚀、自润滑等机能的功能膜，可大大提高机械零件的 使用功能及寿命。如汽轮机叶片、枪炮内腔来复线等 镀上高熔点合金膜。装饰功能膜：金属表壳、表链等有装饰作用的表面，真空镀 以氮化钛等膜层，即有逼真的仿金色，又有耐磨、防汗、防潮、防锈之功能。金刚石膜：金刚石是一种超硬、超强、自润滑性 好、耐磨防腐蚀的物质。真空镀金刚石膜也已获得成功。金刚石膜层因其固有的特性，其用途极为广泛， 除可大量应用于机械工业外，因其具有半导体特性和 红外光区透明特性，所以在电子工业和红外器件中也 有广泛前途。2.4塑料工业的应用在塑料制品上真空

14、镀膜，是近年来才发展起来的，并且发展速度很快，已成为真空镀膜的一个巨大 应用领域。塑料制品的真空镀膜，既可镀铝、铜等金 属，也可镀氮化钛、氧化钛、氟化镁等。兰州大成自 动化工程有限公司在塑料包装材料卷绕镀膜方面目前 处于国内领先水平，镀膜速度达到了 600 m/min。2.5其他应用真空镀膜可应用于汽车轮毂表面绿色镀膜处理。目前国内出口的高档汽车轮毂几乎都采用传统电镀 铭，随着RoSH法令、WEEE指令的生效，电镀铭已 经受到欧盟等国绿色贸易壁垒的限制，而绿色镀膜处 理技术则能有效地解决上述问题；还可应用在可再生 能源方面，如太阳能用多晶硅电池的制备，电极、多 晶硅薄膜的低温制备；以及镁合金材料的防护等方 而。3绿色镀膜技术的发展趋势生命科学、环保科技、材料科学和纳米科技等领 域的不断发展带动了真空镀膜技术向新趋势发展。3.1新工艺和新设备的复合应用趋势如IBAD、PCVD与空心阴极多弧复合离子镀膜装 置、离于注入与油溅射镀或蒸镀的复合装置、等离子 体浸没式离子注装置等多种工艺和设备的复合应用成 为新趋势。3.2纳米薄膜的发展未来的基本元件将是纳米电子集成电路。它是微电子器件的下一代，有自己的理论、技术和材料。因 此，纳米薄膜将成为未来集成电路发展的最佳途径。3 .3多元多层复合薄膜的发展需求单一的表面涂层不能满