CN103074580A - 采用电磁加热的pvd设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于材料镀膜设备领域，提供了一种采用电磁加热的PVD设备，包括壳体，壳体具有密封的腔体，壳体内设置有将腔体分隔为上腔和下腔的密封装置，用于容放靶材并将靶材蒸发形成镀膜的蒸发舟设置于下腔内，壳体两相对的侧面分别开设有供待镀材料进入的进料口、供待镀材料离开的出料口，下腔体内还设置有用于加热靶材的电磁加热组件，电磁加热组件套设于蒸发舟的外周。本发明提供的一种采用电磁加热的PVD设备，密封的腔体内设置有用于加热的电磁加热组件，其套设在蒸发舟外周，对蒸发舟内的靶材加热，采用电磁对靶材进行加热，其加热速度快、控温准确，提高了生产效率，并且，形成的镀膜均匀平整，达到了使用的要求。

Description

采用电磁加热的PVD设备

技术领域

本发明属于材料镀膜设备领域，尤其涉及一种采用电磁加热的PVD设备。

背景技术

PVD是英文Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）的缩写，指利用物理过程实现物质转移，将靶材蒸发源的原子或分子转移到基材表面上的过程。它的作用是可以是某些有特殊性能（强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等）的微粒喷涂在性能较低的母体上，使得母体具有更好的性能。PVD基本方法为：在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。

现有技术中，加热方式一般都是使用电热圈发热，通过传导的方式把热量传到料筒上，而这样只有内侧的热量传导到料筒上，外侧的热量大部分失散到空气中，存在热传导损失，并导致环境温度上升，另外电阻丝加热还有一个缺点就是功率密度低，有一些需要温度较高的场合就无法实现加热靶材，将靶材激发形成镀膜粒子。使用电热圈发热来加热靶材的方式效率低，所镀出来的膜厚也不均匀，镀膜表面粗糙。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种采用电磁加热的PVD设备，其加热速度快，效率高，镀膜均匀、表面光滑平整。

本发明是这样实现的：一种采用电磁加热的PVD设备，包括壳体，所述壳体具有密封的腔体，所述壳体内设置有将所述腔体分隔为上腔和下腔的密封装置，用于容放靶材并将所述靶材蒸发形成镀膜的蒸发舟设置于所述下腔内，所述壳体两相对的侧面分别开设有供待镀材料进入的进料口、供所述待镀材料离开的出料口，所述下腔体内还设置有用于加热所述靶材的电磁加热组件，所述电磁加热组件套设于所述蒸发舟的外周。

具体地，所述电磁加热组件包括基架和缠绕于所述基架的线圈，所述线圈电连接有导线，所述导线的一端电连接于所述线圈，另一端延伸至壳体外且与外部电源电连接。

具体地，所述基架开设有用于容纳所述蒸发舟的安装孔，所述安装孔的形状与所述蒸发舟的外形相匹配，所述蒸发舟设置于所述安装孔内，所述蒸发舟上设置有容纳所述靶材的容纳腔。

进一步地，所述下腔内于所述待镀材料的两侧设置有用于改变所述靶材受热后形成的镀膜粒子的运动轨迹的磁极，所述磁极相对设置且设置有两个。

进一步地，所述基架和所述蒸发舟均连接有用于驱动所述基架和所述蒸发舟相对所述待镀材料移动的驱动装置，所述驱动装置包括具有螺纹的丝杆及驱动所述丝杆转动的第一电机，所述基架和所述蒸发舟均开设有与所述丝杆相匹配的螺纹孔，所述丝杆穿设于所述螺纹孔内。

进一步地，所述进料口处和所述出料口处均设置有所述密封装置，所述密封装置包括弹性按压于所述待镀材料一面的第一滚筒和弹性按压于所述待镀材料另一面的第二滚筒，所述第一滚筒或所述第二滚连接有第二电机。

进一步地，所述壳体内于所述进料口处和所述出料口处分别相对设有上支撑块和下支撑块，所述上支撑块和下支撑块分别设有部分收容所述第一滚筒和第二滚筒的弧形收容槽，各所述弧形收容槽表面分别与所述第一滚筒和第二滚筒的主体部相互接触。

进一步地，各所述上支撑块和下支撑块开设有循环冷却槽道，各所述循环冷却槽道包括进水管道和出水管道，各所述进水管道连接有进水三通管，所述进水三通管具有第一进水端、第二进水端和第三进水端，所述第一进水端和所述第二进水端分别与各相对的所述进水管道连接，所述第三进水端连接于外部进水机构；各所述出水管道连接有出水三通管，所述出水三通管具有第一出水端、第二出水端和第三出水端，所述第一出水端和所述第二出水端分别与各相对的所述出水管道连接，所述第三出水端连接于外部出水机构。

具体地，所述第三进水端伸出于所述壳体外，所述壳体设置有供所述第三进水端穿过的第一通孔，所述第三出水端伸出于所述壳体外，所述壳体设置有供所述第三出水端穿过的第二通孔。

进一步的，所述具有PVD系统的激光加热镀膜设备还设置有主控器，用于监控镀膜厚度的膜厚监控装置、用于测温的温测装置、用于测压的测压装置和用于监控腔体内部环境的视频监控装置，所述膜厚监控装置、所述温测装置、所述测压装置和所述视频监控装置均分别电连接于所述主控器。

本发明提供的一种采用电磁加热的PVD设备，密封的腔体分隔为上下两个腔体，下腔内设置有用于加热的电磁加热组件，通过套设在蒸发舟外周电磁加热组件的作用，使蒸发舟内的靶材受热激发，对待镀材料进行镀膜，采用电磁对靶材进行加热，其加热速度快、控温准确，镀膜便捷，提高了生产效率，并且，形成的镀膜均匀平整，达到了加工的要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的采用电磁加热的PVD设备的整体立体示意图；

图2是图1中A-A剖面的剖面图；

图3是本发明实施例提供的采用电磁加热的PVD设备的驱动装置、基架、蒸发舟和导线的装配立体示意图；

图4是本发明实施例提供的采用电磁加热的PVD设备的蒸发舟的立体示意图；

图5是本发明实施例提供的采用电磁加热的PVD设备的基架的立体示意图；

图6是本发明实施例提供的采用激光加热的PVD设备的上支撑板的立体示意图；

图7是本发明实施例提供的采用激光加热的PVD设备的下支撑板的立体示意图；

图8是本发明实施例提供的采用激光加热的PVD设备的进水三通管的立体示意图；

图9是本发明实施例提供的采用激光加热的PVD设备的出水三通管的立体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种采用电磁加热的PVD设备，包括壳体1，壳体1具有密封的腔体，腔体采用密封机构进行密封处理，如密封垫。腔体为多层结构，其内部采用不锈钢材料制成，耐高温；中间采用绝热材料制成，隔绝内外温度；外部采用铝型材制成，起支撑及散热的作用。壳体1内设置有将腔体分隔为上腔111和下腔112的密封装置，用于容放靶材并将靶材（图中未示出）蒸发形成镀膜的蒸发舟2设置于下腔112内，壳体1两相对的侧面分别开设有供待镀材料3进入的进料口12、供待镀材料3离开的出料口13，腔体内还设置有用于加热靶材的电磁加热组件，电磁加热组件套设于蒸发舟2的外周，电磁加热组件通电后，产生涡流，从而产生热量对靶材进行加热，激发靶材变成气态状，形成高能量镀膜粒子（图中未示出）轰击待镀材料3的表面，使待镀材料3表面的沉积物质粒子（可以是原子、分子或离子）逸出，而镀膜粒子在待镀材料3的表面沉积形成薄膜，最终实现的加工效果。电磁加热靶材的加热效率高，线圈本身不发热，安全可靠，并且控温准确，镀膜便捷，提高了生产效率。待镀材料3与蒸发舟2相对设置，从蒸发舟2受热激发变成镀膜粒子能够直接沉积在待镀材料3的表面，形成镀膜层，成膜速度快、效果高。

在进行加工时，先将密封的腔体内的空气排尽，再充满保护气体，避免了被激光加热后的靶材与空气中的气体活跃气体发生反应而生成其它的物质，影响镀膜的质量，将密封的腔体内填充有保护气体，即使靶材处于很高的温度，也不会与保护气体发生反应，保证了镀膜的质量，同时也保护了设备内部的零件，延长了设备的使用寿命。

具体地，如图1至图3所示，电磁加热组件包括基架41和缠绕于基架41的线圈（图中未示出），线圈电连接有导线42，导线42的一端电连接于线圈，另一端延伸至壳体1外且与外部电源（图中未示出）电连接。缠绕于基架41的线圈通电后，会产生高速变化的磁场，磁场内的磁力线通过蒸发舟2，产生无数的涡流，从而产生热量对靶材进行加热。采用电磁加热，加热速度快，提高了镀膜的效率，而且设备使用寿命长、节能高效。

具体地，如图4和图5所示，基架41开设有用于容纳蒸发舟2的安装孔411，安装孔411的形状与蒸发舟2的外形相匹配，蒸发舟2设置于安装孔411内，蒸发舟2上设置有容纳靶材的容纳腔21。蒸发舟2设置于与其外形相匹配的安装孔411，不仅装配时稳定可靠、不易松动；同时，也保证了加热的效率，使放置在蒸发舟2容纳腔21内的靶材能够快速的受热激发形成镀膜粒子，进行镀膜加工。

进一步地，下腔112内于待镀材料3的两侧设置有用于改变靶材受热后形成的镀膜粒子的运动轨迹的磁极（图中未标注），磁极相对设置且设置有两个。设置在蒸发舟2容纳腔21内的靶材受热激发变成气态的镀膜粒子，通过两侧磁极的作用，改变镀膜粒子运动轨迹，使镀膜粒子能够均匀、稳定的沉积在待镀材料3的表面，形成镀膜，满足加工的要求。

进一步地，如图1至图5所示，基架41和蒸发舟2均连接有用于驱动基架41和蒸发舟2相对待镀材料3移动的驱动装置6，驱动装置6包括具有螺纹的丝杆61及驱动丝杆61转动的第一电机62，基架41和蒸发舟2均开设有与丝杆61相匹配的螺纹孔5，丝杆61穿设于基架41和蒸发舟2相连通的螺纹孔5。第一电机62带动丝杆61转动时，驱动基架41和蒸发舟2沿丝杆61的轴向移动。有时，在加工过程中，由于待镀材料3的幅面较宽，通过改变第一电机62的转动方向，可使基架41和蒸发舟2相对待镀材料3来回往复运动，对待镀材料3进行镀膜，丝杆61在转动过程中，其移动过程平稳，可防止在镀膜过程中由于基架41和蒸发舟2运动不平稳而造成镀膜不均匀的现象发生。

进一步地，如图1和图2所示，进料口12处和出料口13处均设置有密封装置，密封装置包括弹性按压于待镀材料3一面的第一滚筒71和弹性按压于待镀材料3另一面的第二滚筒72，第一滚筒71或第二滚筒72连接有第二电机73。当然，可以理解地，第一滚筒71和第二滚筒72都可以连接有电机，两电机的转动方向相反，在满足使用功能的前提下，尽可能少的设置有电机，以降低设备的制造成本。第一滚筒71和第二滚筒72表面设有弹性层（图中未示出），该弹性层可采用硅系高分子材料制造而成的硅橡胶，利用硅橡胶相互接触时良好的柔性密封作用，可使第一滚筒71和第二滚筒72之间实现良好的密封效果。待镀材料3夹设于第一滚筒71和第二滚筒72之间，使第一滚筒71和第二滚筒72上的弹性层发生变形，紧密夹紧待镀材料3，使腔体一直处于密封状态，并且，第一滚筒71和第二滚筒72能够发生形变，便能夹持不同厚度的待镀材料3。而夹设在第一滚筒71和第二滚筒72之间的待镀材料3将腔体分为上下两个部分，蒸发舟2、电磁加热组件均设置于腔体的下部分。当第一滚筒71或第二滚筒72在第二电机73的驱动下旋转，带动夹设在第一滚筒71和第二滚筒72之间的待镀材料3在腔体内移动，实现连续镀膜。当待镀材料3离开密封装置时，第一滚筒71和第二滚筒72相互按压贴合，同样能够达到密封的效果。设置有的密封装置，不仅能够使腔体内的保护气体不泄露出去，还能够避免外界气体进入到腔体内，对镀膜造成干扰。

进一步地，如图1、图2、图6和图7所示，壳体1内于进料口12处和出料口13处分别相对设有上支撑块81和下支撑块82，上支撑块81和下支撑块82分别设有部分收容第一滚筒71和第二滚筒72的弧形收容槽83，各弧形收容槽83表面分别与第一滚筒71和第二滚筒72的主体部相互接触。采用这种设计方式，第一滚筒71的主体紧贴于上支撑块81的弧形收容槽83内，第二滚筒72的主体紧贴于下支撑块82弧形收容槽83内，且弧形收容槽83内还为相对应的第一滚筒71和第二滚筒72提供支持作用，保持第一滚筒71和第二滚筒72转动的稳定性。由于第一滚筒71和第二滚筒72表面设有能够弹性变形的弹性层，为加强腔体的密封性，各弧形收容槽83表面分别与第一滚筒71和第二滚筒72的主体部的配合关系为过盈配合。

进一步地，如图1、图2、图6、图7、图8和图9所示，各上支撑块81和下支撑块82开设有循环冷却槽道，各循环冷却槽道包括进水管道8a和出水管道8b，各进水管道8a连接有进水三通管91，进水三通管91具有第一进水端911、第二进水端912和第三进水端913，第一进水端911和第二进水端912分别与各相对的进水管道8a连接，第三进水端913连接于外部进水机构（图中未示出）；各出水管道8b连接有出水三通管92，出水三通管92具有第一出水端921、第二出水端922和第三出水端923，第一出水端921和第二出水端922分别与各相对的出水管道8b连接，第三出水端923连接于外部出水机构（图中未示出）。设备在镀膜过程中会产生大量的热，并且，待镀材料3夹设在第一滚筒71和第二滚筒72之间，发生摩擦也会有热量的产生，为防止热量过度的集聚对第一滚筒71和第二滚筒72及设备内部的零件造成损坏，在各上支撑块81和下支撑块82开设有循环冷却槽道，里面循环流通有冷却水，以达到降温、保护第一滚筒71和第二滚筒72及设备的作用。

具体地，如图1、图6、图7、图8和图9所示，第三进水端913伸出于壳体1外，壳体1设置有供第三进水端913穿过的第一通孔（图中未标示），第三出水端923伸出于壳体1外，壳体1设置有供第三出水端923穿过的第二通孔（图中未标示）。将第三进水端913和第三出水端923传出于壳体1外，方便连接进水管和出水管，而第一通孔为第三出水端923提供支撑，第二通孔为第三出水端923提供支撑，保证了使用的可靠性。在本实施中，为了更加便于导热，保证导热的效果，进水管道8a设置在出水管道8b的下方。

进一步的，具有PVD系统的激光加热镀膜设备还设置有主控器（图中未示出）、用于监控镀膜厚度的膜厚监控装置（图中未示出）、用于测温的温测装置（图中未示出）、用于测压的测压装置（图中未示出）和用于监控腔体内部环境的视频监控装置（图中未示出），膜厚监控装置、温测装置、测压装置和视频监控装置均分别电连接于主控器。膜厚监控装置采用红外反射式原理监控所镀膜层的厚度，将所测得的镀膜厚度反馈给主控制器，主控制器根据所测得结果作出相应反应；温测装置采用不同的测温方式对整个设备的温度进行检测，即采用红外测温法实现对靶材和待镀材料3温度的检测，对腔体采用接触测试方法测试温度，将测得的温度传输给主控器进行温度判别，控制激光源加工强度；测压装置对整个设备内的压力进行检测，以保证设备运行的可靠性；视频监控装置用来实现对靶材和待镀材料3的视觉监控，视频镜头安放在腔体上，在视频镜头前需加导电透光材料进行电磁屏蔽，同时需加可见光滤光片屏蔽掉红外线，以保证视频的清晰度。

本发明提供的具有PVD系统的激光加热镀膜设备的工作过程为：

1、预热：

控制系统根据工艺要求进行排气及填充保护气体，带完成所述要求后，开启激光源进行加热，激光通过安放于基台上的激光聚焦组件件进入到腔体中，聚焦后对靶材进行加热，待靶材达到设置温度后，进入正常工作状态。

2、工作：

将电磁加热组件调整为正常工作状态，启动运动控制部件，使待镀材料3按照规定的速度在腔体内移动，根据膜厚控制装置的指令控制激光源的功率，达到控制镀膜速度的效果。在整个工作过程中，随时可以通过视频监控系统观察腔体内部的工作情况，也可以根据要求将腔体内部的真实情况传输到控制中心供观察测试。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用电磁加热的PVD设备，包括壳体，所述壳体具有密封的腔体，所述壳体内设置有将所述腔体分隔为上腔和下腔的密封装置，用于容放靶材并将所述靶材蒸发形成镀膜的蒸发舟设置于所述下腔内，所述壳体两相对的侧面分别开设有供待镀材料进入的进料口、供所述待镀材料离开的出料口，其特征在于，所述下腔体内还设置有用于加热所述靶材的电磁加热组件，所述电磁加热组件套设于所述蒸发舟的外周。

2.如权利要求1所述的采用电磁加热的PVD设备，其特征在于，所述电磁加热组件包括基架和缠绕于所述基架的线圈，所述线圈电连接有导线，所述导线的一端电连接于所述线圈，另一端延伸至壳体外且与外部电源电连接。

3.如权利要求2所述的采用电磁加热的PVD设备，其特征在于，所述基架开设有用于容纳所述蒸发舟的安装孔，所述安装孔的形状与所述蒸发舟的外形相匹配，所述蒸发舟设置于所述安装孔内，所述蒸发舟上设置有容纳所述靶材的容纳腔。

4.如权利要求3所述的采用电磁加热的PVD设备，其特征在于，所述下腔内于所述待镀材料的两侧设置有用于改变所述靶材受热后形成的镀膜粒子的运动轨迹的磁极，所述磁极相对设置且设置有两个。

5.如权利要求1所述的采用电磁加热的PVD设备，其特征在于，所述基架和所述蒸发舟均连接有用于驱动所述基架和所述蒸发舟相对所述待镀材料移动的驱动装置，所述驱动装置包括具有螺纹的丝杆及驱动所述丝杆转动的第一电机，所述基架和所述蒸发舟均开设有与所述丝杆相匹配的螺纹孔，所述丝杆穿设于所述螺纹孔内。

6.如权利要求1所述的采用电磁加热的PVD设备，其特征在于，所述进料口处和所述出料口处均设置有所述密封装置，所述密封装置包括弹性按压于所述待镀材料一面的第一滚筒和弹性按压于所述待镀材料另一面的第二滚筒，所述第一滚筒或所述第二滚连接有第二电机。

7.如权利要求6所述的采用电磁加热的PVD设备，其特征在于，所述壳体内于所述进料口处和所述出料口处分别相对设有上支撑块和下支撑块，所述上支撑块和下支撑块分别设有部分收容所述第一滚筒和第二滚筒的弧形收容槽，各所述弧形收容槽表面分别与所述第一滚筒和第二滚筒的主体部相互接触。

8.如权利要求7所述的采用电磁加热的PVD设备，其特征在于，各所述上支撑块和下支撑块开设有循环冷却槽道，各所述循环冷却槽道包括进水管道和出水管道，各所述进水管道连接有进水三通管，所述进水三通管具有第一进水端、第二进水端和第三进水端，所述第一进水端和所述第二进水端分别与各相对的所述进水管道连接，所述第三进水端连接于外部进水机构；各所述出水管道连接有出水三通管，所述出水三通管具有第一出水端、第二出水端和第三出水端，所述第一出水端和所述第二出水端分别与各相对的所述出水管道连接，所述第三出水端连接于外部出水机构。

9.如权利要求8所述的采用电磁加热的PVD设备，其特征在于，所述第三进水端伸出于所述壳体外，所述壳体设置有供所述第三进水端穿过的第一通孔，所述第三出水端伸出于所述壳体外，所述壳体设置有供所述第三出水端穿过的第二通孔。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的具有PVD系统的激光加热镀膜设备，其特征在于，所述具有PVD系统的激光加热镀膜设备还设置有主控器，用于监控镀膜厚度的膜厚监控装置、用于测温的温测装置、用于测压的测压装置和用于监控腔体内部环境的视频监控装置，所述膜厚监控装置、所述温测装置、所述测压装置和所述视频监控装置均分别电连接于所述主控器。

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