綠色鍍膜技術(shù)

1、膜分離基礎(chǔ)題目：綠色鍍膜技術(shù)課題類別：文獻(xiàn)綜述學(xué)生姓名：顧曉宇學(xué)號：09110431班級:化工0904專業(yè)（全稱）：化學(xué)工程與工藝指導(dǎo)教師： 金朝輝2012年11月綠色鍍膜技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢金主任膜分離基礎(chǔ)課感悟：通過本學(xué)期的學(xué)習(xí)，使我對國內(nèi)外膜技術(shù)發(fā)展更加了解，其在化 工、醫(yī)藥、軍事等領(lǐng)域起到了非常大的作用。膜的種類繁多，今天我 就“綠色鍍膜”做了文獻(xiàn)綜述。也是我對本課程查閱的相關(guān)資料。關(guān)鍵詞：膜分離；應(yīng)用技術(shù)；進(jìn)展刖言膜及其相關(guān)技術(shù)在自然界中扮演著越來越重要的 角色，它的產(chǎn)生和發(fā)展與人類的生活密切相關(guān)，在人類 的生活與實(shí)踐中，人們早已不自覺地接觸和應(yīng)用到了 膜分離技術(shù)。從18世紀(jì)人類首先認(rèn)

2、識生物膜以來,在 長達(dá)兩百年多年中對膜分離技術(shù)積累了大量的理論基 礎(chǔ)研究，為后來廣泛應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。膜分離技 術(shù)的迅猛發(fā)展是在上世紀(jì)6080年代開始的，至今不 過40余年，但是發(fā)展非常迅猛。由于膜分離技術(shù)的應(yīng) 用與發(fā)展，使傳統(tǒng)的分離過程受到了挑戰(zhàn)，引起了分離 技術(shù)的重大變革。膜分離技術(shù)是一種借助外界能量或 化學(xué)位的推動，以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，對兩組分 或多組分氣體或液體進(jìn)行分離、分級和富集的。與傳統(tǒng) 分離方法（蒸發(fā)、萃取或離子交換等）相比，它是在常溫 下操作，沒有相變，最適宜對熱敏性物質(zhì)和生物活性物 質(zhì)的分離與濃縮；具有高效、節(jié)能，工藝過程簡單，投資 少，污染小等優(yōu)點(diǎn)，因而在化工、輕

3、工、電子、醫(yī)藥、紡織、生物工程、環(huán)境治理、冶金等方面具有廣泛的應(yīng)用 曰刖景。摘要：隨著世界各國對環(huán)境保護(hù)的重視，環(huán)保法令日趨 嚴(yán)格。社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展向傳統(tǒng)高消耗、重污染的電鍍 行業(yè)提出了新的要求，而電鍍行業(yè)是一個(gè)基礎(chǔ)行業(yè)， 涉及而廣，不能被直接取締，因此需要對其進(jìn)行技術(shù) 的升級換代。由蘭州交通大學(xué)科技人員首先提出的綠 色鍍膜技術(shù)是表面工程領(lǐng)域的新技術(shù)，可以替代或者 部分替代傳統(tǒng)的化學(xué)電鍍技術(shù)，能夠解決可持續(xù)發(fā)展 與環(huán)境污染的矛盾。本文簡述了綠色鍍膜技術(shù)的概 念、特點(diǎn)以及該技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并展望了其未來發(fā) 展趨勢。膜分離的機(jī)理工業(yè)上膜分離技術(shù)大致分為微濾、超濾、納濾和反 滲透等，不同的分離類型其作

4、用機(jī)理是各不相同，在此 進(jìn)行簡單的介紹。微濾：膜孔徑大約0.1 “m;主要從氣相和液相物 質(zhì)中截留微米及亞微米的細(xì)小懸浮物、微生物、微粒、 細(xì)菌、酵母、紅血球、污染物等，以達(dá)到凈化和濃縮的日 的。它屬于壓力驅(qū)動型的膜分離過程,工作時(shí)，在膜兩 側(cè)靜壓差的作用下，小于膜孔的粒子透過膜，大于膜孔 的粒子則被截留在膜的表面上，使大小不同的粒子得 以分離。微濾分離的實(shí)質(zhì)是利用膜的“篩分”作用來進(jìn)行的。“篩分”作用的普遍看法是：比膜孔大的顆粒的機(jī)械 截留、顆粒間相互作用及顆粒與膜表面的吸附、顆粒間 的橋架作用這三種方式來實(shí)現(xiàn)的。超濾：膜孔徑在10100 nm，主要用于分離液相物質(zhì)中諸如蛋白質(zhì)、核酸聚合物、

5、淀粉等大分子化合物、 膠體分散液和乳液等。超濾過程的分離機(jī)理一般認(rèn)為 是壓力驅(qū)動的篩孔分離過程，但膜表面的化學(xué)物質(zhì)也 是影響分離的一個(gè)重要因素。超濾過程與微濾類似，也 是膜表而上的機(jī)械截留（篩分）、在膜孔中的停留（阻 塞）、在膜表面及膜孔內(nèi)的吸附三種形式。不過其膜孔 更小、過濾精度更高，實(shí)際操作壓力比微濾略高。納濾：膜孔徑在110 nm，是一種介于反滲透和超 濾之間的壓力驅(qū)動膜分離過程，主要用于二價(jià)或多價(jià) 離子及分子量介于200500之間的有機(jī)物的脫除。納 濾膜的分離機(jī)理模型目前的看法有：空間位阻一孔道 模型，溶解擴(kuò)散模型、空間擴(kuò)散模型、空間電荷模型、固 定電荷模型。與超濾膜相比，納濾膜有一定

6、的荷電容 量；與反滲膜相比,納濾膜又不是完全無孔的，因此其 分離機(jī)理在存在共性的同時(shí)，也存在差異。反滲透：膜孔徑小為1 nm,它仍是一種壓力驅(qū)動 的膜過程。1.綠色鍍膜技術(shù)綠色鍍膜概念是由蘭州交通大學(xué)科技人員在國內(nèi) 外首先提出的表面工程領(lǐng)域的新技術(shù)概念，就是采用 真空復(fù)合鍍膜集成技術(shù)替代或者部分替代傳統(tǒng)的電鍍 技術(shù)，達(dá)到降耗、減排、根除電鍍?nèi)龔U污染、保護(hù)環(huán) 境的目的，解決可持續(xù)發(fā)展與環(huán)境污染的矛盾，為建 設(shè)環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會服務(wù)。綠色鍍膜技術(shù) 包括真空離子鍍膜、磁控濺射鍍膜、蒸發(fā)鍍膜、離子 注入、離于清潔等一系列單項(xiàng)技術(shù)及其多項(xiàng)復(fù)合技術(shù) 的集成，涉及真空、機(jī)械、控制、光電子、材料改 性

7、、表面工程、信息等光機(jī)電控一體化多學(xué)科領(lǐng)域。1.1常用真空鍍膜技術(shù)真空蒸鍍是在真空條件下，使金屬、金屬合金或 化合物蒸發(fā)，然后沉積在基體表面上，常用電阻加 熱，高頻感應(yīng)加熱，電子束、激光束、離子束高能等 轟擊鍍料，蒸發(fā)鍍膜。真空蒸鍍是PVD法中使用最早 的技術(shù)。濺射鍍是在充氬(Ar )氣的真空條件下，使氬氣進(jìn)行輝光放電，氬(Ar )原子電離成氬離子(Ar )，氬離子 在電場力的作用下，加速轟擊陰極靶材，靶材被濺射 出來而沉積到工件表面。根據(jù)輝光放電產(chǎn)生的方式不 同，分為直流濺射、射頻濺射、磁控濺射。電弧等離子體鍍是在真空條件下，用引弧針引弧，使真空室壁(陽極)和鍍材(陰極)之間進(jìn)行弧光放 電，

8、陰極表面快速移動著多個(gè)陰極弧斑，不斷迅速蒸 發(fā)甚至升華鍍料，使之電離成以鍍料為主要成分 的電弧等離子體，并能迅速將鍍料沉積于基體。因?yàn)?有多弧斑，所以也稱多弧蒸發(fā)離化過程。離子鍍是在真空條件下，采用某種等離子體電離 技術(shù)，使鍍料原子部分電離成離子，同時(shí)產(chǎn)生許多高 能量的中性原子，在被鍍基體上加負(fù)偏壓。這樣在深 度負(fù)偏壓的作用下，離子沉積于基體表面形成薄膜。1.2綠色鍍膜技術(shù)較傳統(tǒng)電鍍技術(shù)的優(yōu)勢過去的鍍膜多采用電鍍法和化學(xué)鍍法，存在著厚 度難以控制、膜層均勻性差、附著力差等問題，三廢 污染特別嚴(yán)重，在人們環(huán)保意識逐步加強(qiáng)的今天，其 發(fā)展已受到了多方面的制約。綠色鍍膜技術(shù)工藝過程簡單，對環(huán)境友好，

9、無污 染，耗材少，成膜均勻致密，與基體的結(jié)合力強(qiáng)。與 傳統(tǒng)的電鍍法相比，真空鍍膜技術(shù)具有很多的優(yōu)點(diǎn)， 如裝飾效果好，金屬質(zhì)感強(qiáng)，成本低 約為傳統(tǒng)電鍍 的1/31/2),易于操作等。特別在非金屬物件的應(yīng)用 上，有著傳統(tǒng)電鍍無法比擬的優(yōu)勢。鑒于此，真空鍍 膜已被廣泛應(yīng)用于各種塑料、陶瓷、玻璃、蠟、木材 等制品的表面金屬化。近年來功能材料薄膜和復(fù)合薄 膜也有很大發(fā)展。鍍膜技術(shù)及薄膜產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航 空航天、電子、光學(xué)、機(jī)械、建筑、輕工、冶金、材 料等領(lǐng)域，可制備具有耐磨、耐腐蝕、裝飾、導(dǎo)電、 絕緣、光導(dǎo)、壓電、磁性、潤滑、超導(dǎo)等特性的膜 層。隨著高科技及新興工業(yè)發(fā)展，真空鍍膜技術(shù)出現(xiàn) 了不少新的先進(jìn)

10、的亮點(diǎn)，如多弧離子鍍與磁控濺射復(fù) 合技術(shù)，大型矩形長弧靶和濺射靶，非平衡磁控濺射 靶，孿生靶技術(shù)，帶狀泡沫多弧沉積卷繞鍍層技術(shù)， 條狀纖維織物卷繞鍍層技術(shù)等，鍍膜設(shè)備向計(jì)算機(jī)全 自動、大型化工業(yè)規(guī)模方向發(fā)展。2綠色鍍膜技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀綠色鍍膜技術(shù)是真空應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)重要分支，它已廣泛地應(yīng)用于光學(xué)、電子學(xué)、能源開發(fā)，理化儀 器、建筑機(jī)械、包裝、民用制品、表面科學(xué)以及科學(xué) 研究等領(lǐng)域中。真空鍍膜是最有發(fā)展前景的表面涂覆 應(yīng)用技術(shù)，它具有一系列其他工藝不可取代的優(yōu)點(diǎn)：不受被鍍元件的材料及形狀的影響。鍍膜的厚度可以 控制、一般為十分之幾或百分之幾微米；可鍍功能性 表面鍍層，無需像化學(xué)鍍銀那樣進(jìn)行補(bǔ)充拋光

11、。2.1光學(xué)工業(yè)的應(yīng)用光學(xué)玻璃或石英表面鍍一層或幾層不同物質(zhì)的薄 膜后，即可成為高反射或增透膜或者作任何預(yù)期比例 的反射或透射材料，也可以作成對某種波長的吸收， 而對另一種波長的透射的濾色片。高反射膜從大口徑 的天文望遠(yuǎn)鏡和各種激光器、新型建筑物的大窗鍍膜 玻璃，都很需要。增透膜大量用于照相和各種激光 器、新型建筑物的大窗鍍膜玻璃等。根據(jù)光學(xué)性能的 要求，真空鍍膜就可以制備出增透膜、反光膜、分光 膜、濾光膜、保護(hù)膜、裝飾膜等。蘭州交大國家綠色 鍍膜技術(shù)與裝備工程技術(shù)研究中心的依托單位蘭州大 成自動化工程有限公司，在高端汽車燈具鍍膜設(shè)備及 工藝方面實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，高中檔市場占有率超過了 65.9%

12、。2.2電子工業(yè)的應(yīng)用綠色鍍膜在電子工業(yè)中占有極其重要的地位。各種 規(guī)模 的集成電路。包括存貯器、運(yùn)算器、邏輯元 件等都要采用導(dǎo)電膜、絕緣膜和保護(hù)膜。作為制備 電路的掩膜則用到銘膜。磁帶、磁盤、半導(dǎo)體激光器， 約瑟夫遜器件、電荷耦合器件也都用到各種薄膜。在 顯示器件方面，錄像磁頭、高密度錄像帶以及平面顯 示裝置的透明導(dǎo)電膜、攝像管光導(dǎo)膜、顯示管熒光屏 的鋁襯等也都是采用真空鍍膜法制備。這些薄膜包括 透明導(dǎo)電膜、導(dǎo)電加熱膜、電極膜以及機(jī)能膜等的制 備。2.3機(jī)械工業(yè)的應(yīng)用真空鍍膜在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用主要包括以下種類的薄膜：超硬膜：在切削工具如鉆頭、銑刀、插滾齒刀等表面，真空鍍上氮化鈦等超硬膜層，可

13、大大提高切削 工具的使用壽命、效率和精度。功能膜：在機(jī)械零件表面真空鍍耐高溫、防腐蝕、自潤滑等機(jī)能的功能膜，可大大提高機(jī)械零件的 使用功能及壽命。如汽輪機(jī)葉片、槍炮內(nèi)腔來復(fù)線等 鍍上高熔點(diǎn)合金膜。裝飾功能膜：金屬表殼、表鏈等有裝飾作用的表面，真空鍍 以氮化鈦等膜層，即有逼真的仿金色，又有耐磨、防汗、防潮、防銹之功能。金剛石膜：金剛石是一種超硬、超強(qiáng)、自潤滑性 好、耐磨防腐蝕的物質(zhì)。真空鍍金剛石膜也已獲得成功。金剛石膜層因其固有的特性，其用途極為廣泛， 除可大量應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)外，因其具有半導(dǎo)體特性和 紅外光區(qū)透明特性，所以在電子工業(yè)和紅外器件中也 有廣泛前途。2.4塑料工業(yè)的應(yīng)用在塑料制品上真空

14、鍍膜，是近年來才發(fā)展起來的，并且發(fā)展速度很快，已成為真空鍍膜的一個(gè)巨大 應(yīng)用領(lǐng)域。塑料制品的真空鍍膜，既可鍍鋁、銅等金 屬，也可鍍氮化鈦、氧化鈦、氟化鎂等。蘭州大成自 動化工程有限公司在塑料包裝材料卷繞鍍膜方面目前 處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，鍍膜速度達(dá)到了 600 m/min。2.5其他應(yīng)用真空鍍膜可應(yīng)用于汽車輪轂表面綠色鍍膜處理。目前國內(nèi)出口的高檔汽車輪轂幾乎都采用傳統(tǒng)電鍍 銘，隨著RoSH法令、WEEE指令的生效，電鍍銘已 經(jīng)受到歐盟等國綠色貿(mào)易壁壘的限制，而綠色鍍膜處 理技術(shù)則能有效地解決上述問題；還可應(yīng)用在可再生 能源方面，如太陽能用多晶硅電池的制備，電極、多 晶硅薄膜的低溫制備；以及鎂合金材料的防護(hù)等方 而。3綠色鍍膜技術(shù)的發(fā)展趨勢生命科學(xué)、環(huán)?？萍?、材料科學(xué)和納米科技等領(lǐng) 域的不斷發(fā)展帶動了真空鍍膜技術(shù)向新趨勢發(fā)展。3.1新工藝和新設(shè)備的復(fù)合應(yīng)用趨勢如IBAD、PCVD與空心陰極多弧復(fù)合離子鍍膜裝 置、離于注入與油濺射鍍或蒸鍍的復(fù)合裝置、等離子 體浸沒式離子注裝置等多種工藝和設(shè)備的復(fù)合應(yīng)用成 為新趨勢。3.2納米薄膜的發(fā)展未來的基本元件將是納米電子集成電路。它是微電子器件的下一代，有自己的理論、技術(shù)和材料。因 此，納米薄膜將成為未來集成電路發(fā)展的最佳途徑。3 .3多元多層復(fù)合薄膜的發(fā)展需求單一的表面涂層不能滿