CN102011083B - 真空光导分子/原子气微喷射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种真空光导分子/原子气微喷射装置。它包括气源和喷射喷嘴，气源连接喷射喷嘴，喷射喷嘴喷射分子/原子气射流至被喷涂的靶盘；装有导向光源，导向光源产生的强光束或和靶盘一起在分子/原子气射流前方限制该气射流形成近似封闭的锥形或者口袋形状，使其不向该锥形或口袋之外扩散。装置工作在近真空环境下，绝大部分分子/原子气射流在强光的作用下，在强光束和靶盘所形成椎状或袋状区域之内运动，并最终实现在靶盘上定向喷射或者沉积。本发明可以用于微喷射成型、真空热蒸发、微精密加工、精确微点/面喷涂、镀膜、微电子电路制造和焊接等工艺领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空光导分子/原子气微喷射装置。它可以实现分子/原子气射流的定向喷射或者沉积过程，从而实现了喷射过程的精确控制。本发明可以用于微喷射成型、真空热蒸发、微精密加工、精确微点/面喷涂、镀膜、微电子电路制造和焊接等工艺领域。
背景技术
本发明源于对喷射成型冶金技术和微电子工业真空热蒸发镀膜工艺的研究，但本发明的意义超越了这些技术应用本身。
喷射成型冶金技术的核心技术是射流雾化技术，射流雾化是一个将连续射流通过物理方式分解为小液滴和颗粒的过程，其效果取决于一些物性参数，如界面张力、粘性等和一些运动参数如速度差等。通过喷射雾化所获得的大大小小的液滴或者颗粒的尺寸不一，一般都存在一个粒径分布，同时因为它们的运动形式比较紊乱，液滴或者颗粒所喷射的范围也很难预测。
真空热蒸发镀膜工艺是在近真空环境下通过加热或者挥发等方式使得涂层材料产生蒸气流，在靶上冷却沉积而形成薄膜的工艺过程。
喷射成型技术和真空热蒸发镀膜工艺虽然应用于不同领域,但其共同的射流性质使得我们可以将其归属于不同尺度的流体力学问题。两者有一个雾化技术所存在的一个共同问题，就是无论喷射成型还是真空热蒸发，射流/蒸气的作用范围难以把握，因此会造成对喷射材料的精确控制发生困难，同时也造成了材料的浪费。这不利于对精确度要求较高和材料成本较高的加工工艺，特别是对微精密加工尤其如此。
发明内容
本发明的目的在于解决已有技术中存在的问题,提供一种真空光导分子/原子气微喷射装置。本发明结构简单功能强大，能够实现分子/原子气射流的定向喷射或者沉积过程，从而达到喷射过程的精确控制的目的。
为达到上述目的，本发明的构思是：
本发明的真空光导分子/原子气微喷射装置，其工作在近真空环境下，环境压力应保持在低于0.3个大气压以下。
本发明的真空光导分子/原子气微喷射装置，具有气源。
气源为一结构或装置，可以产生分子/原子气，并保持一定的大于环境压力的蒸气压力。
本发明的真空光导分子/原子气微喷射装置，具有喷射喷嘴。
喷射喷嘴连接气源，做为气源所产生分子/原子气的喷射出口而存在。
本发明的真空光导分子/原子气微喷射装置，喷射分子/原子气射流。
分子/原子气射流为分子流或者原子流或者分子团簇流或者原子团簇流或者微小颗粒组成，其单体尺寸为微米及以下量级。
本发明的真空光导分子/原子气微喷射装置，具有导向光源。
导向光源可以是一组或多组，因工作条件不同而恰当布置；可以是连续光源或者脉冲光源，具有较强的光发射能力，是强光光源或者激光光源。
本发明的真空光导分子/原子气微喷射装置，发射强光束。
强光束由导向光源产生。强光束是定向强光光束，以某一的角度射向前方。强光束可以由一束或者多束光组成，其在光波面上是存在光强分布，其出射方向不必是对称的或者汇聚的。
本发明的真空光导分子/原子气微喷射装置，具有靶盘。
靶盘和其它部件之间不必是固定的，可以存在相对运动，及产生运动的机构设置。并和强光束一起在分子/原子气射流前方形成近似封闭的锥形或者口袋区域。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种真空光导分子/原子气微喷射装置，包括气源和喷射喷嘴，其特征在于：所述气源连接喷射喷嘴，所述喷射喷嘴喷射分子/原子气射流至被喷涂的靶盘，设有导向光源，所述导向光源产生的强光束或和靶盘一起在分子/原子气射流前方限制该气射流形成近似封闭的锥形或者口袋形状，使分子/原子气射流不向该锥形或口袋之外扩散。
上述真空光导分子/原子气微喷射装置，其喷射射流处在近真空环境下，环境压力应保持在低于0.3个大气压以下。
上述气源为产生分子/原子气的装置，能保持大于环境压力的蒸气压力。
上述分子/原子气射流为分子流或者原子流或者分子团簇流或者原子团簇流或者微小颗粒组成，其单体尺寸为微米及以下量级。
上述导向光源产生的强光束是定向强光光束，以某一的角度射向前方，其导向能力的光强及力学效应要求决定了它必须是强光光源或者激光光源。光源可以是连续光源或者脉冲光源。
上述强光束可以由一束或者多束光组成，其在光波面上是存在光强分布，其出射方向不必是对称的或者汇聚的。
上述靶盘和其它部件之间不必是固定的，可以存在相对运动，及产生运动的机构设置。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明的一种真空光导分子/原子气微喷射装置，首次提出采用光束对分子/原子的力学效应控制分子/原子、分子团簇/原子团簇气射流的扩散，从而实现了分子/原子气射流喷射过程的定向/定点精确控制。本发明可以实现定点喷涂，极大的节省了材料，减少了附加的工序。本发明开创了一种新的微加工方法。
本发明结构简单、功能强大。可以用于微喷射成型、真空热蒸发、微精密加工、精确微点/面喷涂、镀膜、微电子电路制造和焊接等工艺领域。
附图说明：
图 1 真空光导分子/原子气微喷射装置示意图；
图 2 传统的真空热蒸发镀膜装置示意图；
图 3 粒子在光场中受力并运动原理及运动轨迹示意图。
具体实施方式:
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：参见图1， 本真空光导分子/原子气微喷射装置，由气源1、喷射喷嘴2、导向光源4共同组成，装置工作在近真空环境下，环境压力应保持在低于0.3个大气压以下。气源1连接喷射喷嘴2并产生分子/原子气，在气源1内部的压力作用下分子/原子气射流3从喷射喷嘴2喷射出；导向光源4产生强光束5，强光束5前方布置有靶盘6形成近封闭区域，分子/原子气射流3在这个区域中射向前方最终实现定向/定点喷射的目的。
实施例二：参见图1和图3，从喷射喷嘴2喷射出来的粒子向前运动进入了由强光束5射出的光场之中，光场强度存在一定的分布。粒子在光场中收到光束施加给它的两个力，一个是沿光轴方向的散射力（通常将的光压力），另一个是垂直于光轴方向的光场梯度力。在散射力的作用下，粒子沿光轴方向做加速运动，在光场梯度力的作用下，粒子将在向光场强度最大的区域运动。因此当光强及其光场梯度足够大时，在这两个力的作用下，粒子最终将克服扩散过程所带来的散乱，沿着光束所指引的方向实现定向运动，而射流也最终实现定向喷射。
Claims (6)
1.一种真空光导分子/原子气微喷射装置，包括气源（1）和喷射喷嘴（2），其特征在于：所述气源（1）连接喷射喷嘴（2），所述喷射喷嘴（2）喷射分子/原子气射流（3）至被喷涂的靶盘（6），设有导向光源（4），所述导向光源（4）产生的强光束（5）和靶盘（6）一起在分子/原子气射流（3）前方限制该气射流形成近似封闭的锥形，使分子/原子气射流（3）不向该锥形之外扩散；导向光源（4）产生的强光束（5）是定向强光光束，对其导向能力的光强及力学效应的要求决定了它必须是强光光源或者激光光源；导向光源（4）是连续光源或者脉冲光源。
2.根据权利要求1所述的真空光导分子/原子气微喷射装置，其特征在于其喷射射流处在近真空环境下，环境压力应保持在低于0.3个大气压以下。
3.根据权利要求1所述的真空光导分子/原子气微喷射装置，其特征在于所述气源（1）为产生分子/原子气的装置，能保持大于环境压力的蒸气压力。
4.根据权利要求1所述的真空光导分子/原子气微喷射装置，其特征在于分子/原子气射流（3）为分子流或原子流或为分子团簇流或原子团簇流组成，其单体尺寸为微米及以下量级。
5.根据权利要求1所述的真空光导分子/原子气微喷射装置，其特征在于强光束（5）为一束或者多束光束，其在光波面上是存在光强分布。
6.根据权利要求1所述的真空光导分子/原子气微喷射装置，其特征在于所述靶盘（6）和其它部件之间可相对运动，装有靶盘（6）运动的机构设置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5799549A (en) * | 1994-04-25 | 1998-09-01 | The Gillette Company | Amorphous diamond coating of blades |
| CN1341161A (zh) * | 1999-02-19 | 2002-03-20 | 大众汽车有限公司 | 用于制造抗磨损的气缸摩擦工作表面的方法和装置 |
| CN101463463A (zh) * | 2009-01-09 | 2009-06-24 | 北京交通大学 | 高真空场调制有机小分子定向纳米薄膜的制备方法及系统 |
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