Способ создания голографической рабочей матрицы для копирования голограмм

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ СОЗДАНИЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ РАБОЧЕЙ МАТРИЦЫ ДЛЯ КОПИРОВАНИЯ ГОЛОГРАММ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Грицкевич Ростислав Николаевич Обухов Вячеслав Евгеньевич Точицкий Эдуард Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ создания голографической рабочей матрицы для копирования голограмм,включающий создание голограммы-оригинала, изготовление на ее основе матрицы с зеркальным изображением оригинала и формирование на рабочей поверхности указанной матрицы износостойкого покрытия на основе алмазоподобного углерода, отличающийся тем, что указанное покрытие формируют толщиной от 10 до 150 нм, а перед его нанесением производят ионную очистку рабочей поверхности в вакуумной камере. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное покрытие наносят методом разложения паров углеводородов в низкотемпературной плазме. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанную очистку производят ионами инертного газа. Одним из способов защиты качественных товаров от подделок является их маркировка голографическими товарными знаками (защитными голограммами). 10069 1 2007.12.30 Предлагаемое изобретение - способ создания голографической рабочей матрицы для копирования голограмм относится к области голографической индустрии, в частности к печати рабочих копий с оригиналов голограмм. Технологический процесс производства голографических дифракционных изображений отражательного типа, которые являются основой голографических товарных знаков,представляется следующим образом. На плоской основе из полимерного материала (фоторезиста) с помощью лазера формируется рельеф голографического изображения. Известен способ получения копий голограмм на полимерной пленке посредством тиснения на ее поверхность рисунка голограммы-оригинала 1. Данный способ заключается в нагреве носителя голограммы-оригинала (фотопластинки с голографическим изображением) до температуры 130 С, контактировании ее с термопластичной пленкой при давлении 1 кг/см 2, охлаждении до комнатной температуры носителя голограммы-оригинала и отделении от нее пленки с полученной голографической копией. Такой способ копирования позволяет печатать на термопластичном материале до 100 копий при дифракционной эффективности до 1 и плотности записи до 1500 линий/мм. Известен способ получения голографических копий методом отливки 2. Данным способом рабочая поверхность носителя голографической информации заливается жидкой синтетической смолой холодного отвердения (например, полиэфирной смолой) и накрывается стеклянной пластинкой. После отвердения смолы носитель голограммы (мастерматрица) отделяется от подложки, а смола с отпечатком на ней рельефа голограмм остается на стекле. Полученный таким образом отпечаток может также служить негативной матрицей для получения копий. Основным недостатком способов непосредственного тиснения или отливки копий является низкий ресурс голограммы-оригинала 1. В последнее время наиболее широкое практическое применение получил способ формирования защитной голограммы, включающий операции создания металлической мастер-матрицы, изготовления на ее основе рабочей матрицы с зеркальным изображением оригинала и получения голографического изображения посредством тиснения на поверхности изделия голографического рельефа рабочей матрицы 3. Ресурс рабочей матрицы определяется стойкостью ее к истиранию и прочностью на разрушение голографического рельефа, несущего голографическую информацию. При таком способе формирования защитных голограмм наиболее рациональным методом создания голографических рабочих матриц является их изготовление в виде никелевой фольги, осаждаемой гальваническим способом. Однако ресурс никелевой голографической рабочей матрицы таков, что при ее использовании получение качественных голографических знаков на металлизированной поверхности полимерной пленки возможно только на ее длине, не превышающей 500 метров при печати с использованием стальных тиснильных валков, и 1000 м при печати с использованием полимерных тиснильных валков. После этого процесс печати необходимо останавливать, охлаждать тиснильные валки, проводить замену рабочей матрицы и вновь проводить нагрев тиснильных валков до рабочей температуры (выше 100 С). Все это ведет к повышению себестоимости продукции. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ создания защитной голограммы, включающий операции изготовления голограммы-оригинала, изготовления на ее основе рабочей матрицы с зеркальным изображением оригинала и формирование на рабочей поверхности указанной матрицы износостойкого покрытия на основе аморфного алмазоподобного углерода 4. Способ используется для нанесения декоративных голограмм на поверхность цилиндрических металлических изделий для спорта, таких как велосипедные рамы, биты для мячей. Однако этот способ не подходит для налаживания серийного выпуска защитной голографической продукции на полимерных металлизированных пленках. В патенте 4 толщина используемого алмазоподобного износостойкого покрытия выбирается до 500 нм. При такой толщине защитно 2 10069 1 2007.12.30 го покрытия голографическая или дифракционная картина будет размываться, и с использованием защитного покрытия такой толщины можно тиражировать только относительно грубые голографические изображения, имеющие декоративное назначение, тем более что упрочнение поверхностей с голографическим рельефом износостойким покрытием по данному процессу может использоваться дважды. Упрочнение рабочих поверхностей печатающего инструмента (голографической рабочей матрицы, печатных роликов) алмазоподобным покрытием меньших толщин ( 200 нм) не обеспечит указанную в патенте 4 твердость рабочей поверхности 80 ГПа, необходимую для тиснения голографического рельефа на металлических поверхностях. Нанесение износостойких алмазоподобных покрытий толщиной 500 нм на металлические поверхности представляет собой отдельную технологическую задачу, в которой для обеспечения адгезии высоконапряженного покрытия к поверхности используются специальные адгезионные подслои карбидообразующих материалов (титан, хром, цирконий и др.) 5, что значительно удорожает технологический процесс создания голографической продукции. Задачей изобретения является увеличение количества копий с одной голографической рабочей матрицы при сохранении высокой дифракционной эффективности отпечатков. В предлагаемом изобретении задача решается за счет улучшения адгезии алмазоподобных углеродных покрытий к поверхности рабочих матриц путем ионной очистки поверхности рабочих матриц в едином вакуумном технологическом цикле, а также определения диапазона толщины алмазоподобных покрытий, при котором и ресурс рабочих матриц увеличивается, и обеспечивается повторение голографического рельефа без искажений. Для увеличения ресурса голографической рабочей матрицы алмазоподобные углеродные покрытия, обладающие высокой износостойкостью на истирание, должны иметь адгезию к материалу матрицы, достаточную для предотвращения их отслаивания при проведении операции тиражирования защитных голограмм. В то же время покрытия должны иметь минимальную прочность сцепления с материалом отпечатка, на поверхности которого проводится тиснение голограмм, чтобы не загрязнять голографический рельеф матрицы прилипшими продуктами отслоения материала отпечатка. Защитные покрытия должны также иметь небольшую толщину ( 0,2 мкм), чтобы обеспечить повторение голографического рельефа рабочих матриц без искажений. Существуют различные способы создания алмазоподобных углеродных покрытий,свойства которых различаются в широких пределах и зависят от способа их получения. Как было установлено авторами данного изобретения, наиболее оптимальными с точки зрения повышения ресурса рабочих матриц и снижения стоимости процесса нанесения имеют покрытия, полученные методом разложения паров углеводородов в низкотемпературной плазме, в которой отсутствуют микрочастицы, присутствующие в плазме электродугового разряда. В процессе проведенных исследований установлено, что химическая обработка голографической рабочей матрицы по общепринятой методике (ополаскивании или кипячении в 5 -ом водном растворе серной кислоты с последующей промывкой в нескольких сменах горячей дистиллированной воды) не обеспечивает достаточной чистоты поверхности матриц, вследствие чего адгезия алмазоподобных углеродных покрытий к поверхности матриц недостаточна. Поэтому было предложено непосредственно перед нанесением покрытий в едином вакуумном технологическом цикле проводить ионную очистку поверхности рабочих матриц путем бомбардировки ее поверхности ускоренными ионами инертного газа. На чертеже схематически представлен фрагмент голографической рабочей матрицы,закрепленной на тиснильном валке 1 и состоящей из никелевой основы 2 и алмазоподобного углеродного покрытия 3 толщиной 0,2 мкм, нанесенного методом разложения па 3 10069 1 2007.12.30 ров углеводородов в низкотемпературной плазме с предварительной ионной очисткой поверхности рабочей матрицы в едином вакуумном технологическом цикле. Печать защитных голограмм достигается посредством прокатки рабочей матрицы по поверхности металлизированной полимерной пленки 4. Голографические рабочие матрицы с алмазоподобными покрытиями толщиной 0,2 мкм, нанесенными методом разложения паров углеводородов в низкотемпературной плазме с предварительной ионной очисткой поверхности рабочей матрицы в едином вакуумном технологическом цикле, имеют высокое качество печати на металлизированной полимерной пленке. Покрытия имеют адгезию к материалу матрицы, достаточную для предотвращения их отслаивания при проведении операции тиражирования защитных голограмм, что позволяет увеличить ресурс голографических рабочих матриц в два и более раз. Для нанесения алмазоподобного углеродного покрытия на рабочую поверхность голографической рабочей матрицы использовалась модернизированная промышленная вакуумная установка УВН-71 П-3. На поверхность голографических рабочих матриц,закрепляемых в камере вакуумной установки на вращающемся металлическом барабане,алмазоподобные углеродные покрытия наносились в плазме тлеющего разряда из паров углеводорода, дозировано поступающего в камеру. Непосредственно перед нанесением покрытий в едином вакуумном технологическом цикле проводилась ионная очистка поверхности рабочих матриц бомбардировкой указанной поверхности ионами инертного газа (аргона). Ток разряда задавался величинами ускоряющего напряжения и давления паров углеводорода в вакуумной камере. Получаемые покрытия исследовались методами электронной просвечивающей электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии. Качество поверхности нанесенных покрытий предварительно оценивалось методом оптической микроскопии при увеличениях 50, 200 и 500 крат. Установлено, что покрытия имеют аморфную структуру с небольшим содержанием квазикристаллической фазы. При толщинах 150 нм покрытия не искажают формы и размеров дифракционного рельефа голограмм поверхности рабочих матриц, т.е. дифракционная эффективность отпечатка не ухудшается. Проведены измерения адгезии защитных алмазоподобных покрытий посредством скрайбирования их поверхности индентером Роквелла. Установлено, что следы отслоения покрытия от поверхности рабочей матрицы наблюдались при значении приложенной к индентеру нормальной нагрузки, превышающей 50 ГПа, что с большим запасом обеспечивает компенсацию максимальных значений внутренних напряжений алмазоподобных покрытий ( 10 ГПа). Установлено, что финишная ионная очистка поверхности никелевых рабочих матриц обеспечивает ее надлежащую чистоту, что способствует достижению высокой адгезии наносимых на них алмазоподобных углеродных покрытий. Достаточность адгезии покрытий к поверхности матриц подтверждена испытаниями на отрыв. Экспериментально установлено, что алмазоподобные углеродные покрытия уже при толщинах 50-60 нм предохраняют поверхность рабочих матриц, снижают вероятность налипания на матрицу кусочков алюминия с металлизированной полимерной ленты, то есть обладают антиадгезионными свойствами по отношению к материалу, на поверхности которого печатается защитная голограмма. Алмазоподобные углеродные покрытия с толщинами 150 нм при печати снижают дифракционную эффективность голографической картинки защитного голографического знака, покрытия с толщинами 10 нм не имеют достаточной эффективности с точки зрения увеличения ресурса рабочих матриц, поэтому выходить за указанные пределы толщин покрытий нецелесообразно. 4 10069 1 2007.12.30 Установлено, что защитные алмазоподобные углеродные покрытия с толщинами в области 10-150 нм позволяют увеличить ресурс голографических рабочих матриц, обеспечивающий до 4000 и более метров прокатки (с использованием полимерных тиснильных валков). Источники информации 1. Гальперин А.Д., Смаев В.П. Методы регистрации и тиражирования изобразительных рельефно-фазовых голограмм. Оптико-механич. Промышленность. Т. 11. - 1988. С. 49-57. 2. Трухманов Г.Д., Денисюк Г.В. Исследование применимости отечественных мелкозернистых эмульсий для получения рельефных изображений. ЖНиПФиК. Т. 22. - 1977. С. 178-181. 3. Патент 02103457, 2002. 4.20040003638 1 2004. 5. Трахтенберг И.Ш., Владимиров А.Б. Служебные свойства и технологические аспекты напыления упрочняющих алмазоподобных покрытий (АПП) // Алмазные пленки и пленки родственных материалов СБ. докл. 15-го Междунар. симп. Тонкие пленки в оптике и электронике (-15). - Харьков, Украина, 2003. - С. 189-199. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5

МПК / Метки

МПК: G03H 1/26

Метки: матрицы, рабочей, способ, голографической, голограмм, создания, копирования

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-10069-sposob-sozdaniya-golograficheskojj-rabochejj-matricy-dlya-kopirovaniya-gologramm.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ создания голографической рабочей матрицы для копирования голограмм</a>

Похожие патенты