การเคลือบฟิล์มบางอลูมินาด้วยเทคนิคแมกนีตรอนสปัตเตอริงเพื่อปรับปรุงคุณภาพอัญมณีเนื้ออ่อน

Abstract

อุตสาหกรรมอัญมณีและเครื่องประดับจัดเป็นสินค้าที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมาก และยังเป็นสินค้าที่ทำรายได้ให้กับประเทศไทยเป็นอันดับต้น ๆ ซึ่งจัดเป็นสินค้าส่งออกที่สร้างมูลค่าให้กับเศรษฐกิจของประเทศที่สำคัญอันดับ 1 ใน 10 ของสินค้าส่งออก ปัจจุบันพลอยเนื้ออ่อนเป็นพลอยที่ตลาดให้ความนิยมเป็น อย่างมาก แต่มักเกิดปัญหาในขณะทำการฝังซึ่งอาจเกิดรอยขูดขีดบนผิวพลอย กระบวนการเคลือบฟิล์มบางอลูมินาบนผิวอัญมณีเนื้ออ่อน ด้วยเทคนิค อาร์เอฟ แมกนีตรอนสปัตเตอริง โดยการควบคุมเงื่อนไขในการเคลือบ ด้วยความดันก่อนสปัตเตอริง PB = 6.0 x 10-4 Pa ความดันของอาร์กอน PAr = 6.0 x 10-1 Pa อัตราการไหลของก๊าซอาร์กอน Ar = 15 sccm ที่กำลังไฟ 50 วัตต์ สามารถเพิ่มความแข็งและความต้านทานการขูดขีดของพลอยเนื้ออ่อนได้ จากการศึกษาการเคลือบฟิล์มบางบนควอตซ์และอะพาไทต์ ด้วยเวลาที่ใช้ในการเคลือบ คือ 30 นาที 180 นาที และ 300 นาที ตามลำดับ พบว่าที่เวลาเคลือบที่นานขึ้นจะสามารถทำให้พลอยต้านทานรอยขูดขีดได้เพิ่มขึ้น เมื่อตรวจสอบความหนาและพื้นผิวของฟิล์มด้วยเครื่อง FE-SEM พบว่าเวลาการเคลือบที่มากขึ้นจะทำให้ความหนาของฟิล์มเพิ่มมากขึ้น และการตรวจสอบปริมาณของธาตุ ด้วยเครื่อง XRF พบว่าเวลาที่มากขึ้นจะทำให้ปริมาณธาตุของอลูมินาเพิ่มมากขึ้น แต่การตรวจสอบการวัดสีด้วยเครื่องยูวีวิสิเบิลสเป็คโตรโฟโตมิเตอร์ (UV – Vis NIR spectrophotometer) พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงสีเล็กน้อย โดยไม่พบการเปลี่ยนแปลงสีเมื่อสังเกตุด้วยตาเปล่า การศึกษาการเคลือบฟิล์มบางอลูมินาบนผิวพลอยเพอริดอตและอความารีน โดยการเปลี่ยนแปลงอัตราการไหลของแก๊สออกซิเจนต่ออาร์กอน เวลาที่ใช้ในการเคลือบ และการให้ความร้อนที่จะทำให้ฟิล์มบางอลูมินา มีความโปร่งแสงสูง มีการยึดเกาะบนผิวพลอยที่ดีมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นและทนต่อรอยขีดข่วน เมื่อนำไปทดสอบสมบัติทางแสงของฟิล์มด้วยเครื่องยูวี วิสสิเบิล สเปคโตรโฟโตมิเตอร์พบว่าจะได้ค่าการส่งผ่านแสงสูง ศึกษาปริมาณธาตุองค์ประกอบด้วยเครื่องเอ็กซเรย์ฟลูออเรสเซนต์ พบว่ามีธาตุ อลูมิเนียมออกไซด์และ ศึกษาโครงสร้างฟิล์มด้วยเครื่องเอ็กซเรย์ดิฟแฟรคโตมิเตอร์พบพีคของอลูมินาที่ต่ำแหน่งมุม 45.79 องศา ซึ่งยืนยันได้ว่ามีฟิล์มบางอลูมินามีโครงสร้างผลึก โดยเมื่อวิเคราะห์ด้วยเทคนิคเอ็กซเรย์รีเฟล็กซ์ทิวิตี้พบว่าความหนาฟิล์มลดลงตามการเติมแก๊สออกซิเจน จากการทดสอบการการขูดขีดของฟิล์มด้วยเครื่องสแครชเทสเตอร์โดยใช้แรงสูงสุด 20 นิวตัน พบว่าพลอยที่มีการเคลือบฟิล์มบางอลูมินาสามารถทนรอยขูดขีดได้เพิ่มขึ้น โดยแรงที่ทำให้ฟิล์มอลูมินาบนผิวพลอยเพอริดอตและอความารีนหลุดลอกโดยสมบูรณ์อยู่ที่ประมาณ 6 และ 7 นิวตัน โครงงานนี้ได้ทำการผลิตเครื่องประดับจากควอตซ์ที่เคลือบฟิล์มบาง ด้วยเทคนิคอาร์เอฟ แมกนีตรอน สปัตเตอริง เครื่องประดับประกอบด้วยแหวน และจี้ ซึ่งสามารถนำมาสวมใส่ได้จริง