CN103074582B - 采用激光加热的pvd设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于材料镀膜设备领域，公开了一种采用激光加热的PVD设备，包括壳体，所述壳体具有密封的腔体，所述腔体内设有用于容放靶材的蒸发舟，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，所述腔体内还设置有用于加热所述靶材的激光聚焦组件，所述蒸发舟设置于所述激光聚焦组件的上端。本发明提供的一种采用激光加热的PVD设备，壳体内具有密封的腔体，腔体内设置有用于加热的激光聚焦组件，激光聚焦组件将激光源聚焦，对靶材进行加热，靶材受热激发，对待镀材料进行镀膜。采用激光对靶材进行加热，其加热速度快、镀膜效率高、提高了生产效率，形成的镀膜均匀平整，达到了使用的要求。

Description

采用激光加热的PVD设备

技术领域

本发明属于材料镀膜设备领域，尤其涉及一种采用激光加热的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。

物理气相沉积技术已在镀膜领域广泛运用，现有技术中，加热方式一般都是使用红外加热靶材，将靶材激发形成镀膜粒子，使用红外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，提供了一种采用激光加热的PVD设备，其加热速度快，效率高，镀膜均匀、表面光滑平整。

本发明的技术方案是：一种采用激光加热的PVD设备，包括壳体，所述壳体具有密封的腔体，所述腔体内设有用于容放靶材的蒸发舟，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，所述腔体内还设置有用于加热所述靶材的激光聚焦组件，所述蒸发舟设置于所述激光聚焦组件的上端，所述腔体内还设置有用于固定安装所述激光聚焦组件的基台，所述激光聚焦组件连接于所述基台，所述激光聚焦组件包括用于聚焦激光源的聚焦头和用于连接传输激光光纤的光纤连接管，所述聚焦头与所述光纤连接管相连接，所述基台的两侧设置有安装孔和固定槽，所述聚焦头插设于所述安装孔内，所述光纤连接管设置于所述固定槽内，所述安装孔和固定槽所述设置有多个且均匀排列于所述基台相对的两侧面，所述聚焦头和所述光纤连接管相应地设置有多个，各所述聚焦头分别设置于所述安装孔内，各所述光纤连接管分别设置于所述固定槽内。

具体地，所述蒸发舟具有用于容纳所述靶材的容纳腔，所述蒸发舟上设置有用于喷射所述靶材受热后形成的镀膜粒子的喷口，所述喷口呈细缝状，所述喷口两侧的上方设置有用于改变所述镀膜粒子运动轨迹的磁极。

具体地，所述基台设置有所述聚焦头的一端与所述蒸发舟的底部相叠设连接。

进一步地所述基台连接有用于驱动所述基台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，所述基台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。

进一步地，所述进料口处和所述出料口处分别设置有密封装置，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筒连接有第二电机。

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。

进一步的，所述采用激光加热的PVD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激光加热的PVD设备，密封的腔体内设置有用于加热的激光聚焦组件，激光聚焦组件将激光源聚焦，对靶材进行加热，蒸发舟内的靶材受热激发，对待镀材料进行镀膜，采用激光对靶材进行加热，其加热速度快、镀膜效率高、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。

附图说明

图1是本发明实施例提供的采用激光加热的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激光加热的PVD设备的驱动装置、基台、蒸发舟和激光聚焦组件的装配立体示意图；

图4是本发明实施例提供的采用激光加热的PVD设备的蒸发舟、基台和激光聚焦组件的装配立体示意图；

图5是本发明实施例提供的采用激光加热的PVD设备的基台的立体示意图；

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设备的激光聚焦组件的立体示意图；

图9是本发明实施例提供的采用激光加热的PVD设备的进水三通管的立体示意图；

图10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激光加热的PVD设备，包括壳体1，壳体1具有密封的腔体11，采用密封机构进行密封处理，如密封垫。腔体11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。腔体11内设有用于容放靶材(图中未示出)的蒸发舟2，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11内还设置有用于加热靶材的激光聚焦组件4，蒸发舟2设置于激光聚焦组件4的上端。待镀材料3从进料口12进入到腔体11内，首先进入预热过程，再根据工艺要求进行排气及填充保护气体处理，完成所述要求后，开启激光源对蒸发舟2内的靶材进行加热，待靶材达到设置的温度后，进入正常工作状态，对待镀材料3进行镀膜。采用激光对靶材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)轰击与蒸发舟2相对设置的待镀材料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。采用激光源进行加热，其加热速度快、镀膜效率高，提高了生产效率，降低了生产成本；并且镀膜厚度均匀、表面光滑，达到了工艺的要求。而将密封的腔体11内的空气排尽，且充满有保护气，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11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。

进一步地，如图1、图4、图5和图8所示，腔体11内还设置有用于固定安装激光聚焦组件4的基台5，激光聚焦组件4连接于基台5；激光聚焦组件4包括用于聚焦激光源的聚焦头41和用于连接传输激光光纤的光纤连接管42，聚焦头41与光纤连接管42相连接，激光通过光纤传输至聚焦头41，在聚焦头41处集中，形成高能量的加热点对靶材进行加热。基台5的两侧设置有安装孔51和固定槽52，聚焦头41插设于安装孔51内，光纤连接管42设置于固定槽52内。通过在基台5上设置有安装孔51和固定槽52，将激光聚焦组件4件与基台5装配成为一体，使聚焦头41和光纤连接管42能够固定在基台5上，在工作时，聚焦头41的位置不发生变化，保证了在镀膜时，镀膜粒子形能够均匀的分布在待镀材料3的表面，提高了镀膜的质量。

具体地，如图5和图8所示，安装孔51和固定槽52设置有多个且均匀排列于基台5相对的两侧面，聚焦头41和光纤连接管42相应地设置有多个，各聚焦头41均匀设置于安装孔51内，各光纤连接管42均匀设置于固定槽52内。由于待镀材料3的幅面较宽，聚焦头41均匀排列于基台5相对的两侧面，形成一条加工带，并且聚焦头41的安装位置具有一定的角度，聚焦形成一条激光窄缝，以将激光的能量集中，提高了加工的工作效率。

具体地，如图1至图4所示，蒸发舟2具有用于容纳靶材的容纳腔21，蒸发舟2上设置有用于喷射靶材受热后形成的镀膜粒子的喷口22，喷口22呈细缝状，待镀材料3相对设置于喷口22的上方，将靶材放置于容纳腔21内，靶材受热激发变成气态状，形成高能量的镀膜粒子，从细缝状的喷口22喷出，溅射至喷处的待镀材料3上，形成镀膜。喷口22呈细缝状，使受热激发的镀膜粒子能够较集中的喷射，而喷口22两侧的上方设置有的磁极(图中未标注)，其能改变镀膜粒子运动轨迹，通过磁极的作用，使镀膜粒子能够均匀、稳定的溅射并沉积在待镀材料3的表面，形成镀膜，达到加工要求。

具体地，基台5设置有聚焦头41的一端与蒸发舟2的底部相叠设连接。通过这样的设计，聚焦头41处于蒸发舟2的底部，使激光源能够直接对蒸发舟2里的靶材进行加热，提高了加热效率，降低了能耗，节省了生产成本。

进一步地，如图1至图4所示，基台5连接有用于驱动基台5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及用于驱动丝杆61转动的第一电机62，基台5开设有与丝杆61相匹配的螺纹孔53，丝杆61穿设于螺纹孔53。第一电机62带动丝杆61转动时，驱动基台5沿丝杆61的轴向移动，而蒸发舟2与基台5叠设连接，通过改变第一电机62的转动方向，使基台5带动蒸发舟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带动基台5移动，其移动过程平稳，可防止在镀膜过程中由于基台5运动不平稳而造成镀膜不均匀的情况的产生。

进一步地，如图1、图2和图8所示，进料口12处和出料口13处分别设置有密封装置，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，可只设置有一个电机，以节省设备的制造成本。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11一直处于密封状态，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11分为上下两个部分，蒸发舟2、基台5和基台5上的激光聚焦组件4均设置于腔体11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11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11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11内。

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11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6、图7、图9和图10所示，上支撑块81和下支撑块82开设有循环冷却槽道，循环冷却槽道包括进水管道8a和出水管道8b，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)；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。

进一步的，采用激光加热的PVD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11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11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。

本发明提供的采用激光加热的PVD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5上的激光聚焦组件4件进入到腔体11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：

将激光功率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11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11内部的工作情况，也可以根据要求将腔体11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 (8)

1.一种采用激光加热的PVD设备，包括壳体，所述壳体具有密封的腔体，所述腔体内设有用于容放靶材的蒸发舟，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，所述腔体内还设置有用于加热所述靶材的激光聚焦组件，所述蒸发舟设置于所述激光聚焦组件的上端，所述腔体内还设置有用于固定安装所述激光聚焦组件的基台，所述激光聚焦组件连接于所述基台，所述激光聚焦组件包括用于聚焦激光源的聚焦头和用于连接传输激光光纤的光纤连接管，所述聚焦头与所述光纤连接管相连接，所述基台的两侧设置有安装孔和固定槽，所述聚焦头插设于所述安装孔内，所述光纤连接管设置于所述固定槽内，所述安装孔和固定槽所述设置有多个且均匀排列于所述基台相对的两侧面，所述聚焦头和所述光纤连接管相应地设置有多个，各所述聚焦头分别设置于所述安装孔内，各所述光纤连接管分别设置于所述固定槽内。

2.如权利要求1所述的采用激光加热的PVD设备，其特征在于，所述蒸发舟具有用于容纳所述靶材的容纳腔，所述蒸发舟上设置有用于喷射所述靶材受热后形成的镀膜粒子的喷口，所述喷口呈细缝状，所述喷口两侧的上方设置有用于改变所述镀膜粒子运动轨迹的磁极。

3.如权利要求1所述的采用激光加热的PVD设备，其特征在于，所述基台设置有所述聚焦头的一端与所述蒸发舟的底部相叠设连接。

4.如权利要求1所述的采用激光加热的PVD设备，其特征在于，所述基台连接有用于驱动所述基台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，所述基台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。

5.如权利要求1所述的采用激光加热的PVD设备，其特征在于，所述进料口处和所述出料口处分别设置有密封装置，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筒连接有第二电机。

6.如权利要求5所述的采用激光加热的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。

7.如权利要求6所述的采用激光加热的PVD设备，其特征在于，所述上支撑块和下支撑块开设有循环冷却槽道，所述循环冷却槽道包括进水管道和出水管道，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；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。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的采用激光加热的PVD设备，其特征在于，所述采用激光加热的PVD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所述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。