多室鍍膜機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工業(yè)應(yīng)用
首先介紹鍍膜技術(shù)的分類(lèi)、軟硬襯底涂層設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及多室系統(tǒng)、現(xiàn)代卷繞鍍膜機(jī)單室、雙室及三室的真空設(shè)計(jì)，其次介紹直線(xiàn)式與集束式多室鍍膜機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最后敘述大型真空鍍膜設(shè)備工業(yè)應(yīng)用及進(jìn)展情況。
軟硬襯底涂層設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及多室系統(tǒng)真空卷繞鍍膜機(jī)是在柔性材料上連續(xù)鍍膜的大型專(zhuān)用設(shè)備。是否采用大氣對(duì)大氣(air- to- air)還是半連續(xù)的，主要看被鍍基片厚度，設(shè)備的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益來(lái)綜合考慮。對(duì)紙和聚合物及薄鋼帶等的鍍膜領(lǐng)域這種方案占有一定的優(yōu)勢(shì)，大面積的真空鍍膜的鍍膜，一些新品種，多在卷繞鍍膜機(jī)上進(jìn)行。
一般分為兩類(lèi)：
(1)對(duì)電容器、包裝和裝飾品等的真空涂層。
(2)對(duì)絕熱、熱反射或磁存儲(chǔ)產(chǎn)品的真空涂層。
對(duì)于鍍膜機(jī)真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先要弄清楚氣體負(fù)荷的來(lái)源和大小。
有人對(duì)于卷繞鍍膜機(jī)上纏繞輥的除氣及對(duì)聚合物表面的出氣特點(diǎn)進(jìn)行過(guò)觀(guān)察研究。并對(duì)樣品放氣率進(jìn)行過(guò)幾個(gè)小時(shí)的測(cè)試。樣品的除氣率Q 與時(shí)間t 的關(guān)系用(1)式來(lái)表達(dá)。用logQ和logt 作圖呈線(xiàn)性關(guān)系，即：
Q= a1h A/tα(1)
式中a1h———為經(jīng)過(guò)一小時(shí)后的放氣率(t=1 h);α—— —為放氣率的下降速率即Q的斜率;A———出氣面積
卷繞鍍膜機(jī)中纏繞輥的放氣率如圖1 所示。用空的工作室測(cè)試本底的氣體負(fù)荷，對(duì)于輥?zhàn)拥某龤饴手颠M(jìn)行修正。在幾分鐘到40 min 之間進(jìn)行測(cè)量。這段沉積時(shí)間，也就是生產(chǎn)設(shè)備對(duì)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)有影響的時(shí)間。從中也看出(1)式對(duì)除氣率的分析是可行的。
表1 給出的輥?zhàn)訂挝幻娣e的參數(shù)a1h 表明：除氣率曲線(xiàn)1 是poly(ethylene terephthalate)典型的放氣率曲線(xiàn)。薄帶厚度在12 μm~50 μm 范圍內(nèi)變化。因?yàn)樵谶@個(gè)厚度范圍內(nèi)可檢測(cè)到系統(tǒng)出氣的差別，典型的曲線(xiàn)如圖1 所示。測(cè)試與計(jì)算的結(jié)果基本相符。
圖1 聚合物薄帶與紙卷的放氣率與時(shí)間的關(guān)系
在紙卷的情況下，其表面出氣仍占主要地位。對(duì)于密度80 g/m2，濕度約為3 wt%的紙測(cè)得的放氣率a1h=1.3 Torr·L/s·m2 和α=1.2。表1：根據(jù)圖1 測(cè)量所得的不同纏繞帶的解吸特性。
表1 以圖1 測(cè)量所得的不同纏繞帶的解吸特性
卷繞式鍍膜機(jī)縫隙間的氣流量
根據(jù)表1，標(biāo)準(zhǔn)的卷帶1 m2 表面積的出氣率，在蒸發(fā)鋁時(shí)用的壓力高于平均值10- 4 Torr 的范圍時(shí)，壓力高對(duì)抽氣較為經(jīng)濟(jì)。因而把真空的范圍最少分成兩個(gè)不同壓力的工作室。即一個(gè)為存儲(chǔ)室另一個(gè)為沉積室，這是真空卷繞鍍膜機(jī)的一般特點(diǎn)。在兩室之間有縫隙存在，不可避免的要有氣流通過(guò)，其氣流量由兩室之間縫隙通道的幾何形狀和尺寸決定。
在存儲(chǔ)室和沉積室內(nèi)的壓力分別為PW 和PD。其間隙流量為：
Q=L(PW-PD)(2)
因?yàn)樵诳p隙中正好處于分子流條件下，按通常使用時(shí)的平均壓力在10- 3 Torr~10- 2 Torr 范圍內(nèi)，也要降低本底分壓力，在濺射沉積時(shí)，進(jìn)入沉積室的氣體負(fù)荷與連接縫隙的通導(dǎo)有關(guān)，故要增加其阻抗。例如，測(cè)量?jī)蓚�(gè)寬為650 mm 和2100 mm 的不同的鋁鍍膜機(jī)的真空室的上、下部分之間的總通導(dǎo)(如圖2)。
圖2 卷纏鍍膜機(jī)雙室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖2(a)：表示650 mm 鍍膜機(jī)間隙的示意簡(jiǎn)圖。有兩處間隙，一處圍繞鍍膜輥筒兩側(cè)，另一處間隙在外殼的器壁處，總長(zhǎng)分別為2200 mm 和
3200 mm。測(cè)得通導(dǎo)：在壓力P 為：P = 4×10- 3 Torr 時(shí)，為：Lexp=700 L/s。而通導(dǎo)的計(jì)算值為L(zhǎng)theor=520 L/s
圖2(b)所示的圖形是具有較復(fù)雜曲面間隙結(jié)構(gòu)。在這種情況下，使用柔性材料通過(guò)縫隙繞過(guò)輥筒，這時(shí)測(cè)得通導(dǎo)值：Lexp (4×10- 3 Torr 時(shí))=220 L/s，計(jì)算值為L(zhǎng)theor=232 L/s，實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值二者基本符合。這兩種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)代真空卷繞鍍膜機(jī)上得到應(yīng)用。
現(xiàn)代卷繞鍍膜機(jī)的真空分室設(shè)計(jì)的依據(jù)：
單室與雙室的設(shè)計(jì)
以卷繞鍍膜機(jī)為例，我們來(lái)討論典型產(chǎn)品磁帶對(duì)真空的要求，當(dāng)沉積磁性薄膜時(shí)，真空室內(nèi)的本底壓力要保持低于10- 4 Torr 范圍。典型的卷繞輥?zhàn)? m2 表面積，抽空10 min 后，根據(jù)表1，得出氣流量Q=24 Torr·L/s。從器壁上解吸的工藝氣體，對(duì)輥?zhàn)幼髂承┬问降念A(yù)處理(如輝光電清洗或預(yù)濺射)提供的典型的總氣體負(fù)荷為Qtotal=50 Torr·L/s。
若是在存儲(chǔ)室和沉積室之間沒(méi)有隔板的單室，這時(shí)抽氣的總負(fù)荷在壓力低于10- 4 Torr 范圍內(nèi)，需要有效的抽氣能力達(dá)105 L/s。由于設(shè)備的成本和尺寸的限制，顯然很難實(shí)現(xiàn)。
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