CN101086059A - 太阳能集热管真空磁控溅射连续镀膜线系统 - Google Patents

Abstract

一种太阳能集热管真空磁控溅射连续镀膜线系统，该系统由进管区和镀膜区及出管区组成，其进管区依次连接进管门阀和进管室及进管过渡室和进管传输室，镀膜区装有分子复合泵，出管区由出管传输室和出管过渡室及出管室依次连接，进管室侧面连接机械泵和辅助真空室，进管和出管过渡室的侧面均连接机械泵和恒定气压控制装置，镀膜室装有金属沉积陶瓷层或沉积金属层，管架传送进入镀膜区，一架一架地匀速平移每个玻璃管又自转，在管的外表面交叉又沉积一层陶瓷层和金属层组成金属陶瓷层。

Description

太阳能集热管真空磁控溅射连续镀膜线系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能集热管真空磁控溅射连续镀膜线系统，(以下简称镀膜线)系统，是在管状衬底工件上沉积太阳能吸收涂层，属于太阳能集热管和真空镀膜的技术领域。

背景技术

太阳能集热管的功能是吸收太阳光的辐射能并转化成热能，是太阳能热利用的核心部件之一。目前大量生产并广泛应用的一种太阳能集热管为全玻璃真空太阳能集热管(以下简称集热管)，它的结构与传统的杜瓦瓶类似，其是由内、外玻璃管组成，太阳能吸收涂层沉积在内管的外表面上，太阳能辐射透过玻璃外管被内管上的太阳吸收涂层吸收并转化为热能，内、外玻璃管之间抽成真空以减少对流和传导的热损。

目前广泛采用真空磁控溅射镀膜机，在白玻璃管上沉积太阳能吸收涂层，镀膜机是生产制造太阳能集热管的关键设备，镀膜机通常为立式，由抽真空系统、真空镀膜室、玻璃管工件传动系统、电源及其控制系统组成。真空镀膜室采用圆柱体，高1500-2800mm，直径600-900mm，侧面装有供装、卸玻璃管的门，机械泵和高真空扩散泵抽真空，采用直流电源磁控溅射沉积太阳能吸收涂层。真空镀膜室中间装有1-3支磁控溅射金属圆柱靶，若装2支或3支靶，各靶之间装有屏蔽板，靠近内侧壁装有溅射气体和反应气体两支进气管，沿真空室内侧装有24-40支待镀膜白玻璃原管。太阳能吸收涂层是多层复合膜，主要由金属红外反射层、金属陶瓷吸收层和陶瓷减反射层组成，其中金属层采用金属靶在Ar溅射气体中溅射沉积，金属陶瓷层和陶瓷层采用金属靶在溅射气体和反应气体混合气体中溅射沉积。采用镀膜机集热管镀膜流程为：(1)操作工装玻璃管并关真空室门，(2)真空镀膜室抽真空，达到设定真空度时开始镀膜，(3)玻璃管围绕靶做行星运动(公转和自转)，按镀膜工艺参数逐层完成复合膜镀膜过程，(4)真空室放气并打开真空室门，(5)操作工卸镀完膜的玻璃管，一轮镀膜结束。按上述流程开始下一轮镀膜。

这种单体式镀膜机一炉一炉进行镀膜，每炉必须放大气，因此它有以下缺点：例如生产效率较低而所需工人较多；各炉之间镀膜重复性差，太阳吸收涂层光学性能，特别是颜色差别较大；直流电源磁控溅射，电源效率低(30-50％)，机械泵和扩散泵抽真空耗电多，每炉放大气后需要对整个镀膜室抽真空，因此每台镀膜机需要装备大抽速的机械泵和高真空扩散泵机组而使其耗电多，镀膜室在镀膜工况时抽气量少，但高真空扩散泵加热器依然只能在满功率运行而造成耗电，镀膜机运行若干炉后，真空室壁上沉积较厚的膜层，暴露大气后抽真空费时。

发明内容

本发明的目的是要提供一种太阳能集热管真空磁控溅射连续镀膜线系统它可以克服上述的缺点，

本发明的目的是这样实现的，镀膜线系统由进管区和镀膜区4及出管区组成。进管区有进管阀门9、进管室1、进管过渡室2和进管传输室3依次连接组成。镀膜区4由若干个镀膜室和抽真空室组成，抽真空室侧面装有复合分子泵15。出管区由出管传输室5、出管过渡室6和出管室7依次连接组成。进管室1侧面通过高真空阀11连接辅助真空室10，辅助真空室10通过罗茨泵和机械泵抽真空，进管过渡室2侧面连接复合分子泵15和恒定气压控制装置13，出管过渡室6侧面也装有复合分子泵15和恒定气压控制装置13。镀膜室25、26有DMA25和DMB26两种类型。DMA25镀膜室装有孪生金属靶溅射沉积金属层或反应沉积陶瓷层或金属陶瓷层。DMB26镀膜室由镀膜后室和镀膜前室两部分连接组成，后室装有孪生金属靶反应溅射沉积陶瓷成分，金属靶采用铝及其合金，反应溅射气体采用氮气、氧气或氮氧混合气体，前室装有不易与反应溅射气体发生反应的金属靶，溅射沉积金属陶瓷层的金属成分，金属靶是不锈钢、镍鉻合金靶。抽真空室与镀膜室连接有A和B两种类型，A型为单个抽真空室且两侧连接镀膜室，B型为两个抽真空室直接相连，每一个抽真空室的另一侧分别与镀膜室相连，镀膜线系统两端分别装有上管区8和下管区19。

太阳能集热管真空磁控溅射连续镀膜线系统的优点是生产效率高而所需人工少，如管架装载原管40支且节拍2.5分钟，镀膜口产可达2.3万支，所需镀膜人员6名，其中镀膜、装载原管、下载镀膜管人员各2名，达到镀膜线相同的产能，需要30台镀膜机，每台装载32支原管。各管架之间镀膜重复性好，太阳吸收涂层光学性能差别小且色差较小。中频电源溅射省且电中频电源效率高达90％。复合分子泵抽高真空且耗电少。只有进管室和出管室，在每一进管和出管节拍过程，放大气，同时设计时它们的体积尽可能小，并装有与进管室和出管室相连的辅助真空室，可以直接用罗茨泵抽低真空，其抽速大且所需抽低真空的时间短。由若干个镀膜室和抽真空室组成的镀膜区，在连续镀膜过程中不暴露大气，只要维持镀膜需要的真空度而抽气量少，只要配备较小的抽速复合分子泵抽高真空而耗电少。镀膜机运行若干炉后，真空室壁上沉积较厚的膜层后，由于没有暴露大气，对抽真空没有影响。

附图说明

图1.镀膜线的真空系统示意图

图2.DMA型镀膜室示意图

图3.DMB型镀膜室示意图

图4.A型抽真空室及两侧镀膜室的示意图

图5.B型抽真空室及两侧镀膜室的示意图

由图1，镀膜线真空系统由进管区8和镀膜区4及进管区19组成。进管区由进管门阀9、进管室1、进管过渡室2和进管传输室3依次连接而成。镀膜区4由若干个镀膜室和抽真空室组成，抽真空室侧面装有复合分子泵15。出管区由出管传输室5、出管过渡室6和出管室7依次连接而成。进管室1侧面通过高真空阀11连接辅助真空室10，辅助真空室10通过罗茨泵和机械泵抽真空，进管过渡室2侧面连接复合分子泵15和恒定气压控制装置13，出管过渡室6侧面也装有复合分子泵15和恒定气压控制装置13。进管室1一端装有进管门阀9，进管过渡室2内装有隔离阀12和14，出管过渡室6内装有隔离阀16和17，出管室7一端有出管门阀18。镀膜线系统两端分别装有上管区8和下管区19。

由图2，DMA型镀膜室25内有孪生靶20和21，管架上装有玻璃管工件22，镀膜区的两侧装有缝宽可调的B型挡板24，靠近玻璃一侧装有缝宽可调的A型挡板23，A型挡板23与玻璃管之间的间距应尽量小些，孪生金属靶20和21装有金属靶沉积金属陶瓷层或陶瓷层。

在图3中，DMB型镀膜室26由镀膜后室和镀膜前室两部分组成，后室装有孪生金属靶20和21，反应溅射沉积陶瓷成分，金属靶采用铝及其合金，反应溅射气体采用氮气、氧气或氮氧混合气体，前室装有不易与反应溅射气体氮气体、氧气体发生反应的金属靶27和28，溅射沉积金属成分(或含少量陶瓷)，该金属靶27和28是不锈钢、镍铬合金靶。后室两侧装有缝宽可调的B型挡板24。前室和后室靠近玻璃管一侧装有A型挡板23，A型挡板23与玻璃管之间的间距应尽量小些。

在图4中，抽真空室与连接有A和B两种类型，A型为单个抽真空室29且两侧连镀膜室25(或26)，中间装有一C型挡板30把抽真空室分为两个区，靠近管区装有D型挡板31。真空室侧面装有复合分子泵15可抽高真空。

在图5中，B型抽真空室32为两个抽真空室直接相连，每一个抽真空室的另一侧分别与连镀膜室25(或26)相连。每个抽真空室中间装有一C型挡板30把每个抽真空室分为两个区，靠近管区装有D型挡板31，D型挡板31与管距应尽量小，真空室的侧面装有复合分子泵15可抽高真空。

具体实施方式

在上管区8等待镀膜的装载管架，按一定的时间节拍一架架从上管区8传送进入真空室系统，每一管架的工作过程是开进管阀门9，管架进入进管室1后关闭进管阀门9，开高真空阀11，抽真空至设定值(如10Pa)，进管室1的真空度与辅助真空室10相接近时，关闭高真空阀11，开隔离阀12使管架传送进入管架过渡室2并关隔离阀12，

进管架过渡室2抽真空至设定值(如0.008Pa)，关抽速调节阀至设置值，用恒定气压控制装置13输入Ar气至设定气压(如0.04Pa)，开隔离阀14，管架快速进入进管传输室3并关隔离阀14，管架在进管传输室3匀速传输，其传输速度与在镀膜区4速度相匹配，保持和上一个管架后端的距离很小。管架从进管传输室3进入镀膜区4，在镀膜区4管架一架紧接着一架地匀速平移，而每个玻璃管又按相同的转速自转，通过镀膜区完成太阳能吸收涂层复合膜镀膜工艺，复合膜中某一层通过一个或几个镀膜室就完成了镀膜，然后管架又匀速进入出管传输室5，出管过渡室6抽真空至设定值0.008Pa，关抽速调节阀至设置值，用恒定气压控制装置13输入Ar气至设定气压0.04Pa，开隔离阀16，管架快速进入出管过渡室6并关隔离阀16，开出管室7中辅助真空室阀11，抽真空至设定值10Pa，关闭高真空室阀11，开隔离阀17使管架进入出管室7，关闭隔离阀17且出管充室7充大气，开出管阀门18使管架快速进入下管区19，关出管阀门18，一轮镀膜才告完成。

镀完膜的管架从镀膜线真空系统传送到真空系统外面，到出管架座上，一架管镀膜已完成，下载镀膜管后管架又从下管区19通过返回输送系统传送到镀膜线头部的上管区8。

Claims (6)

1.一种太阳能集热管真空磁控溅射连续镀膜线系统，它由抽真空系统、抽真空室、镀膜室和玻璃管管架组成，其特征是镀膜线系统由进管区(8)、镀膜区(4)和出管区(19)组成，进管区由进管门阀(9)、进管室(1)、进管过渡室(2)和进管传输室(3)依次连接，镀膜区(4)由镀膜室(25)和(26)及抽真空室(29)，抽真空室(29)侧面装有复合分子泵(15)，出管区(19)由出管传输室(5)、出管过渡室(6)和出管室(7)及出管阀门(18)依次连接，镀膜线系统两端分别装有上管区(8)和下管区(19)。

2.根据权利要求1所述的镀膜线系统，其特征是进管室(1)和出管室(7)均在侧面通过高真空阀连接一辅助真空室(11)，辅助真空室(11)有罗茨泵和机械泵。

3.根据权利要求1所述的镀膜线系统，其特征是进管过渡室(2)和出管过渡室(6侧面连接着复合分子泵(15)并装有恒定气压控制装置(13)。

4.根据权利要求1所述的镀膜线系统，其特征是镀膜室(25)是DMA型，其装有孪生金属靶(20)和(21)，沉积金属层或陶瓷层或金属陶瓷层。

5.根据权利要求1所述的镀膜线系统，其特征是镀膜室(26)是DMB型，由镀膜后室和镀膜前室两部分组成，后室装有孪生金属靶(20)和(21)，反应溅射沉积陶瓷成分，金属靶采用铝及其合金，反应溅射气体采用氮气、氧气或氮氧混合气体，前室装有金属靶(27)和(28)，溅射沉积金属成分或含少量陶瓷，金属靶采用不锈钢及镍铬合金。

6.根据权利要求1所述的镀膜线系统，其特征是抽真空室与镀膜室连接有A和B两种类型，A型为单个抽真空室29，其两侧连镀膜室(25)和(26)，B型为两个抽真空室直接相连，每一个抽真空室(32)的另一侧分别与镀膜室(25)和(26)相连。

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