التبخر الحراري

أنواع التبخر الحراري

التبخر الحراري هو عملية ترسب بخار فيزيائي (PVD) تُستخدم لطلاء مجموعة متنوعة من الركائز. هناك العديد من أنواع التبخر الحراري، بما في ذلك تبخر الفتيل، وتبخر الليزر، وتبخر شعاع الإلكترون، ورشّ القوس، والتسخين المقاوم، والرشّ المغناطيسي غير المتوازن بالقرب من الحقل.

• تبخر الفتيل: يستخدم الفتيل المُسخّن لتبخر المواد في هذه الطريقة القياسية للتبخر الحراري. تُحفظ المواد المترسبة عادةً في وعاء مصنوع من الكوارتز أو السيراميك. يسخن الفتيل المُسخن بعد ذلك الوعاء، مما يؤدي إلى تبخر المواد. ستترسب المواد المتبخرة على الركيزة لتشكيل طبقة رقيقة. يمكن صنع الفتيل من مواد مختلفة مثل التنغستن، والتنتالوم، وغيرها. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون المواد المراد تبخرها مختلفة أيضًا اعتمادًا على التطبيق المحدد.
• تبخر الليزر: في التبخر الحراري بواسطة الليزر، يتم استخدام شعاع مُركّز من ضوء الليزر لتسخين المواد المراد ترسبها. هذه الطريقة شائعة جدًا في ترسب أفلام معدنية على ركائز عازلة. عندما يتم تسخين المادة بواسطة الليزر، ستنتج بخارًا. سيتكثف البخار بعد ذلك على الركيزة ويشكل طبقة رقيقة.
• تبخر شعاع الإلكترون: تبخر شعاع الإلكترون هو طريقة تبخر حراري تستخدم شعاعًا مُركّزًا من الإلكترونات لتسخين مادة بحيث يمكن تبخرها. ستتبخر المواد المُسخّنة بعد ذلك وتتكثف على الركيزة، مما يؤدي إلى تشكيل طبقة رقيقة.
• رشّ القوس: في تبخر رشّ القوس، يتم إنشاء قوس عالي الجهد بين زوج من الأسلاك المُطلية. يسخن القوس الأسلاك وينتج بركة منصهرة. ثم يتم حقن القطرات المنصهرة في الهواء ودفعها نحو ركيزة باستخدام تيار غاز عالي الضغط.
• التسخين المقاوم: تعمل طريقة التبخر الحراري هذه على نفس مبدأ تبخر الفتيل. ومع ذلك، بدلاً من استخدام فتيل مُسخّن، يتم استخدام سخان مقاوم لتسخين مواد التبخر. يمكن صنع السخان المقاوم من مواد مثل السيراميك أو سبائك المعادن.
• الرشّ المغناطيسي غير المتوازن بالقرب من الحقل: تستخدم طريقة التبخر الحراري هذه مجالًا مغناطيسيًا قريبًا لإنشاء البلازما والتحكم بها. ستتبخر الحرارة الناتجة عن البلازما المادة بعد ذلك. يشير المغناطيس غير المتوازن إلى تكوين يكون فيه المجال المغناطيسي أقوى على جانب الهدف من جانب الركيزة. يمكن أن تؤدي هذه الإجراءات إلى ترسب طبقة أكثر كفاءة مع تحكم أفضل في تركيبة الطبقة.

مواصفات وصيانة التبخر الحراري

في الأساس، تعتمد مواصفات آلات التبخر الحراري على تصميماتها وتطبيقاتها الصناعية. تتميز أنواع مختلفة من آلات التبخر الحراري بمواصفات متفاوتة من حيث درجة الحرارة، والجهد، والطاقة، والسعة، والحجم.

تتراوح درجات حرارتها التشغيلية المتوسطة بين 60 و 150 درجة مئوية. ومع ذلك، يمكن لبعض الأنواع أن تعمل بكفاءة عند درجات حرارة أعلى، مثل ما يصل إلى 400 درجة مئوية. لديها مساحات تبخر تتراوح بين 0.5 و 2 متر مربع. ستتوافق مساحة التبخر لكل آلة مع سعة تغذيتها. على سبيل المثال، يمكن أن يكون لمساحة تبخر تبلغ 1 متر مربع سعة تغذية من 60 كجم / ساعة إلى 200 كجم / ساعة. غالبية عمليات التبخر الحراري المتاحة لديها مصدر طاقة 380V / 50Hz. من حيث الأبعاد، يمكن أن تكون آلات التبخر الحراري كبيرة مثل 8290 × 4060 × 6260 مم.

الصيانة

يجب على أصحاب الأعمال إنشاء جداول صيانة ثابتة لضمان المتانة والأداء الأمثل. من الضروري فحص جميع المكونات والأنظمة بسرعة بحثًا عن التسريبات أو النقائص أو الشذوذ. قم بإجراء صيانة وقائية بشكل روتيني لمواكبة الخدمات والمعايرة الأساسية. عادةً ما توفر الشركات المصنعة تعليمات صيانة محددة مصممة خصيصًا لتصميم المبخر الحراري الخاص بها. اتبع الإرشادات بعناية والتزم بالجدولة بشكل صارم لتحقيق النجاح والسلامة على المدى الطويل. في حالة تعطل المبخر الحراري أو حدوث عطل فيه، ارجع إلى الدليل بسرعة وتذكر استشارة فني ذوي خبرة إذا لزم الأمر. مع مرور الوقت، قد يتطلب المبخر الحراري استبدال بعض الأجزاء. استخدم الأجزاء الأصلية فقط لضمان الجودة والسلامة.

تطبيقات التبخر الحراري

تتمتع آلات طلاء التبخر الحراري بمجموعة واسعة من صناعات التطبيق، مثل البصريات والإلكترونيات والحرارية الشمسية والديكور والتغليف.

• في صناعة البصريات، تُستخدم آلات طلاء التبخر الحراري لإنتاج الأفلام البصرية، بما في ذلك بشكل أساسي الأفلام المضادة للانعكاس، وأفلام العكس العالي / المنخفض، وأفلام المُقسمة الشعاعية، وما إلى ذلك. تُستخدم هذه الأفلام البصرية على نطاق واسع في العدسات والمرايا والمنشورات والنوافذ، وما إلى ذلك.
• في صناعة الإلكترونيات، تُستخدم آلات طلاء التبخر الحراري لإنتاج الأفلام الموصلة، والأفلام المقاومة، وطلاء مُوجّه شعاع الإلكترون، وما إلى ذلك. على سبيل المثال، يتم تصنيع طلاء ITO على الركيزة عن طريق التبخر الحراري. طلاء ITO شفاف وله موصلية ممتازة، ويُستخدم على نطاق واسع كشاشة تعمل باللمس.
• في صناعة الطاقة الشمسية الحرارية، تُستخدم آلات طلاء التبخر الحراري لإنتاج أفلام الخلايا الشمسية، بما في ذلك بشكل أساسي CIGS و CdTe، وما إلى ذلك. تعمل هذه الأفلام على امتصاص الطاقة الشمسية وتحويلها إلى طاقة إلكترونية.
• في صناعة الديكور، تُستخدم آلات طلاء التبخر الحراري لتنفيذ المعدنة بالفراغ على مجموعة متنوعة من المنتجات البلاستيكية والزجاجية والسيراميك. لا تخلق عملية المعدنة مظهرًا معدنيًا لامعًا فحسب، بل تحسن أيضًا صلابة سطح المنتج ومقاومته للخدوش ومتانته. على سبيل المثال، يمكن لآلات التبخر الحراري أن ترسب طبقة رقيقة من الألومنيوم المعدني على سطح المرايا البلاستيكية والزجاجية لجعلها مرايا بصرية.
• في صناعة التعبئة والتغليف، تُستخدم آلات طلاء التبخر الحراري لإنتاج طلاءات عازلة لمواد التعبئة والتغليف المرنة والتعبئة بالفراغ، مثل طلاء الألومنيوم PVD لأفلام التعبئة والتغليف PET. تساعد هذه الطلاءات العازلة على تحسين عمر صلاحية الطعام والمشروبات والأدوية من خلال تقليل انتقال الأكسجين والرطوبة.

كيفية اختيار عمليات التبخر الحراري

عند شراء عملية تبخر حراري، من الضروري التحقق من بعض الجوانب المهمة مثل الغرض والملاءمة والسعة والكفاءة ونظام التحكم ومادة البناء والصيانة وميزات السلامة والتكلفة.

• الغرض والتطبيق:

  يساعد تحديد الغرض من شراء المبخر الحراري على اختيار النوع الأنسب. قد تستخدم مختلف الصناعات، بما في ذلك معالجة الأغذية والصيدلة والكيميائيات ومعالجة مياه الصرف الصحي، ​​مبخرات حرارية مختلفة لأغراض متميزة.

• الملاءمة للمادة:

  ليست جميع عمليات التبخر الحراري مناسبة لجميع المواد. قد تتفاعل بعض المواد مع الحرارة أو تصبح سميكة، مما يجعل تبخرها أمرًا صعبًا. من المهم اختيار مبخر يعمل بشكل جيد مع المادة المحددة ويتجنب أي تفاعلات كيميائية سلبية.

• السعة:

  تتوفر عمليات التبخر الحراري بأحجام مختلفة، ومن الضروري اختيار واحدة ذات سعة مناسبة لاحتياجات العمل. قد لا تتم معالجة ما يكفي من المواد بواسطة مبخر صغير، بينما قد تستخدم واحدة كبيرة الكثير من الطاقة وتكون باهظة التكلفة في التشغيل.

• كفاءة الطاقة:

  تُعد تكاليف الطاقة من النفقات الرئيسية في تشغيل العمل، لذلك من المهم اختيار مبخر حراري يعمل بكفاءة لتقليل استهلاك الطاقة أثناء عملية التبخر.

• التحكم التلقائي والمراقبة:

  يمكن أن يؤدي اختيار مبخر حراري مزود بنظام متطور للتحكم التلقائي والمراقبة إلى تحسين الكفاءة التشغيلية والسلامة، مما يسهل إدارة عملية التبخر والإشراف عليها.

• مادة البناء:

  يجب مقارنة متانة المبخر الحراري والتوافق مع مواد التبخر واحتمالية تلوث المنتج مع تكاليف اختيار مواد البناء المختلفة.

• متطلبات الصيانة:

  من الضروري مراعاة احتياجات صيانة المبخر الحراري الذي يتم اختياره، حيث يمكن أن تختلف مهام الصيانة المطلوبة اعتمادًا على نوع وطراز المبخر.

• ميزات السلامة:

  عند اختيار مبخر حراري، من الضروري إعطاء الأولوية للسلامة من خلال اختيار نموذج مزود بميزات السلامة الأساسية مثل صمامات تخفيف الضغط ومراقبة درجة الحرارة والعزل المناسب لتقليل مخاطر الحوادث وضمان التشغيل الآمن.

• التكلفة:

  يجب مراعاة التكلفة الأولية لشراء المبخر الحراري، وكذلك تكاليف التشغيل طويلة الأجل المرتبطة باستهلاك الطاقة والصيانة والكفاءة.

أسئلة شائعة حول التبخر الحراري

س1: ما هي المواد التي يمكن أن يطليها التبخر الحراري؟

ج1: يمكن للتبخر الحراري أن يطلي أنواعًا عديدة من المواد. الشرط الوحيد هو أن نقطة انصهار المادة وتبخّرها سيحدثان قبل التحلل. لذلك، يمكن للتبخر الحراري أن يطلي المعادن، ومركبات المعادن، والمواد العضوية، وبعض المواد غير العضوية.

س2: هل يترك التبخر الحراري ظلًا على الركيزة؟

ج2: نعم، يترك التبخر الحراري ظلًا على الركيزة. تحد زوايا التبخر من الترسب إلى زاوية تبلغ حوالي 60 درجة من المصدر. تُسمى منطقة الفيلم التي لم يتم ترسيبها منطقة ظل.

س3: هل التبخر الحراري طلاء بالفراغ؟

ج3: نعم، التبخر الحراري هو نوع من أنواع طلاء الفراغ.