[发明专利]塑料材料加工件涂镀金属层的方法

说明书

本发明涉及塑料材料加工件涂镀上含金属层的方法。镀层用众所周知的阴极溅射法在真空室内沉淀在塑料材料加工件上。这类镀层对于光学数据储存盘的制造特别有用。为了在这种盘上装入信息，要使用例如磁光或相变记录方法，这时信息储存在镀层本身中，或者采用其它的光学记录方法，这时信息是用注塑法压印在镀层下的盘体中，然后将盘体镀上高反射率的镀层，以便使激光束能相应地扫描信息。出于对成本的考虑，目前盘体由塑料材料制成。但是，这些塑料材料的涂镀方式必须使镀层以足够高的粘结强度与盘体结合，而且涂镀方法不损伤盘体，特别是当盘体存有所述信息时。就这些要求而言，塑料材料特别难涂镀。这些塑料材料，例如PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）目前一般用于制造例如激光磁盘（LD）。

已知有各种处理方法用来增加在这类塑料坯体上的溅镀层的环境稳定性和粘结性。环境稳定性通常如以下的示例说明将镀件暴露在高温高温条件下试验。

用等离子体处理塑料材料的表面是已知的，例如见G.Legeay在第二届等离子体化学技术会议（1984）上的报告“用冷等离子体进行天然或合成高聚物的表面改性”。用此方法使塑料材料坯体的表面经等离子体处理改性，其处理方式使后继的沉积层粘结得更好。用来产生等离子体的气体有例如含氧、含氦和含碳气体。使用氦或氧等离子体放电处理塑料表面也是已知的，例如见J.Hall的技术报告（J.Appl.polym.Sci.13，1969）。等离子体处理的目的是使塑料材料具有改进的粘结性能。J.Hollahan在J.Appl.polym.Sci.13，1969的另一篇文章里公开了用含氨、氮和氢的气体对塑料材料表面进行等离子体处理以改进表面粘结性和润湿能力。为此使用高频等离子体放电。

美国专利说明书4，957，603公开了一种涂镀PMMA光学储存盘的方法。该说明书提到PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）塑料材料特别难用阴极溅射法涂镀。

因此一般认为，阴极溅射法比气相沉积法更适合自动化大量生产，但是在环境稳定性和对溅镀基底的粘结性方面存在的问题影响了这种阴极溅射法的使用。

该专利的作者指出，当形成一个明显降低溅镀金属层和PMMA基底本体之间粘结性损失的聚合物界面层时，溅镀的金属层在PMMA上的粘结性有相当大的改进。该作者建议，在溅镀金属层之前，将本体表面在含有氩和含碳气体的气体混合物构成的气氛中进行预处理。

虽然该作者在一项实施方案中提出用甲烷和氩的混合溅镀气进行镍本身的溅镀，从而同时发生有利的表面改性和溅射沉积，但是该专利公开的全部内容清楚地说明，由于在该工作中使用的体系的沉积速度很低，在发生实际的金属溅镀之前将基底表面在预处理气体混合物气氛中进行预处理很重要。

这与该作者认为的发生机制完全一致，根据该机制，在本体材料暴露于高能等离子体中时，过量的碳据信会对本体聚合物的表面改性，提高了后来溅镀上的金属膜的粘结性。

上述方法具有唯一的但是严重的缺点，即，由于体系速度的限制，不能从过程的一开始就达到最高的金属沉积速度，在这个意义上说从本质上而且实际上必须有一个预加工步骤对本体基底表面进行预处理。低的沉积速度使塑料基底要在混合气体等离子体中暴露一段时间，它实际上构成了预处理阶段。这就延长了这些加工件的总加工时间。

用其它气体混合物进行的在PMMA本体上涂镀含金属层的多级磁控溅镀法也是已知的，例如在德国公开专利说明书4004116提到，先在氩气氛中通过短时间溅射进行金属层的沉积，然后在氩和氦气氛中继续涂镀，最后在纯氩气氛中完涂镀过程。

在欧洲专利申请0422323中，PMMA基底在含氮气氛中磁控溅镀上铝镀层。

概括地说，这些已知方法的缺点：

-在氩/甲烷气氛中采用一个至少金属溅射速度减小的预处理阶段，以在以全速溅射涂镀金属镀层之前准备好塑料材料基底或坯体的表面，从而延长了整个加工时间;

-在含氦的气氛中磁控溅涂这类塑料材料表面使加工时间延长，因为氦减小了溅射物质的产量。另外，这种镀层表现较低的环境稳定性。

由S.Schulz等在J.Vac.Sci.Technol.A10，4（1992年7/8月）上的“用于磁盘和激光磁盘制造的薄膜研制及方法”知道，PMMA激光磁盘溅镀的周期为13秒。

因此，本发明的总目标是改进在真空室中用阴极溅射法进行的塑料材料金属镀层的经济加工，从而实现这类镀层的良好粘结性和良好的环境稳定性。

一个具体用途是激光磁盘、特别是PMMA激光磁盘的金属涂镀。