CN103526161A

CN103526161A - 真空镀膜方法

Info

Publication number: CN103526161A
Application number: CN201310453456.9A
Authority: CN
Inventors: 宫辉; 王学武; 李元景; 杨祎罡; 王永强; 朱守糯; 王燕春; 常建平
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2014-01-22

Abstract

一种真空镀膜方法，包括以下步骤：提供一带状基材，该带状基材经过螺旋盘绕之后围成一圆筒状结构，该待镀膜表面即为该圆筒状结构的外表面；将所述圆筒状结构置于真空镀膜机中，该真空镀膜机内设置有待镀膜材料，使用该待镀膜材料对所述待镀膜表面进行第一次镀膜，形成一第一薄膜层；以及；将所述圆筒状结构倒置，对所述待镀膜表面进行第二次镀膜，从而在第一薄膜层的表面形成一第二薄膜层，两次镀膜后形成的镀膜材料层整体厚度均匀。

Description

真空镀膜方法

技术领域

本发明涉及一种真空镀膜方法。尤其涉及一种能够实现均匀的在长度较大、宽度较小的带状基材上镀膜，及均匀的在长度较大、直径较小的管状结构内壁上镀膜的方法。

背景技术

涂硼稻草管中子探测器，需要在其管状内壁上涂硼或碳化硼等薄膜，使其能够探测中子。如何在长度较大、直径较小的管状内壁上大面积均匀镀膜是实现涂硼稻草管中子探测器的关键技术。真空镀膜方法为现有技术中常用的一种镀膜方法。真空镀膜法镀膜速度较快，而且可以使得到的薄膜厚度较小，适合应用于对薄膜的厚度具有较高要求的领域。

但是，现有的真空镀膜方法，基于现有的真空镀膜设备，常常由于被镀材料源与被镀基材不同位置的远近或者重力作用等原因，造成所镀薄膜的厚度不均匀。因此，很难在一曲面上实现大面积均匀镀膜；很难在长度较大、宽度较小的带状基材表面实现均匀镀膜；很难在长度较大、直径较小的管状结构内壁上实现均匀镀膜。从而限制了真空镀膜技术的应用。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种可以实现大面积均匀镀膜，及在长度较大、宽度较小的带状基材表面均匀镀膜的真空镀膜方法。进而实现在长度较大、直径较小的管状内壁上均匀镀膜。

一种真空镀膜方法，包括以下步骤：提供一带状基材，该带状基材经过螺旋盘绕之后围成一圆筒状结构，该待镀膜表面即为该圆筒状结构的外表面；将所述圆筒状结构置于真空镀膜机中，该真空镀膜机内设置有待镀膜材料，使用该待镀膜材料对所述待镀膜表面进行第一次镀膜，形成一第一薄膜层；以及将所述圆筒状结构倒置，对所述待镀膜表面进行第二次镀膜，从而在第一薄膜层的表面形成一第二薄膜层，两次镀膜后形成的镀膜材料层整体厚度均匀。

一种真空镀膜方法，包括以下步骤：提供一基材，该基材具有一待镀膜表面，使待镀膜表面形成一曲面，该曲面为一圆筒状结构的至少部分外表面；将所述基材置于真空镀膜机中，该真空镀膜机内设置有待镀膜材料，使用该待镀膜材料对基材的待镀膜表面进行第一次镀膜，形成一第一薄膜层；以及将所述基材倒置，对该基材的待镀膜表面进行第二次镀膜，从而在第一薄膜层的表面形成一第二薄膜层。

本发明所提供的真空镀膜方法，通过将一基材围成一圆筒状结构，该圆筒状结构的外表面为待镀膜表面，通过对该待镀膜旋转前后的两次镀膜，将镀膜材料在真空腔中蒸镀到基材上，可以消除被镀膜材料源到待镀膜表面距离或者重力等原因对薄膜厚度的影响，可在基材表面实现大面积均匀镀膜；另外，本发明通过将一带状基材螺旋盘绕成一圆筒状结构，可以在长度较大、宽度较小的带状基材表面实现均匀镀膜；通过将镀制完成后的带状基材展开，并将所述带状基材卷制成管状结构，卷制成管状结构过程中被镀膜表面设定为所述管状结构的内壁面，可以长度较大、直径较小的管状结构内壁上实现均匀镀膜。本发明还具有的涂膜效率高、生产设备简单等优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的真空镀膜方法的流程图。

图2为本发明实施例提供的真空镀膜方法所采用的真空镀膜机的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的带状基材固定于支撑体表面后的结构示意图。

主要元件符号说明

筒状结构	1
		真空机组	2
真空腔	3
		旋转盘	4
离子源	5
		电子枪源	6
钳锅	7
		待膜材料	8
电子束	9
		带状基材	10
支撑体	11
		中心轴	12
真空镀膜机	100

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的石墨烯基全碳电催化材料的制备方法作进一步的详细说明。

请参阅图1及图2，本发明实施例提供一种真空镀膜方法，该方法包括以下步骤：

S1：提供一带状基材，该带状基材经过螺旋盘绕之后围成一圆筒状结构，待镀膜表面即为该圆筒状结构的外表面；

S2：将所述圆筒状结构置于真空镀膜机中，该真空镀膜机内设置有待镀膜材料，使用该待镀膜材料对所述待镀膜表面进行第一次镀膜，形成一第一薄膜层；以及；

S3：将所述圆筒状结构倒置，对所述待镀膜表面进行第二次镀膜，从而在第一薄膜层的表面形成一第二薄膜层，两次镀膜后形成的镀膜材料层整体厚度均匀。

步骤S1中，所述带状基材10的材料不限，可根据实际需要选择，优选地，所述带状基材10整体具有一定的柔性，材料可以为金属。所述金属材料可以为铝、铜或铂等材料。所述带状基材10的长度、宽度、及厚度不限，可根据实际需要设定，优选的，所述带状基材10的长度100cm -10000cm，宽度0.5cm -5cm，厚度10μm -100μm。本实施例中，带状基材10的材料为铝，带状铝基材宽度为1厘米，长度为800厘米，厚度20μm。

步骤S1中，还可以进一步包括提供一支撑体11用于支撑带状基材10。支撑体11的材料不限，可以为陶瓷、塑料或金属等材料。所述支撑体11的外表面为一曲面，优选地，所述支撑体11为圆筒或者圆柱体。所述带状基材10可以通过机械固定、粘结剂或者卡扣等方式固定于所述支撑体11的外表面。进一步地，所述支撑体外表面还可以设置有螺旋型凹槽（图未标），该螺旋型凹槽的宽度与带状基材10的宽度d相互吻合。所述带状基材10可沿所述螺旋型凹槽缠绕于所述支撑体11的表面，所述带状基材10嵌入所述凹槽内，并使其待镀膜表面保持一筒状结构外表面的形状，优选地，所述带状基材10的厚度小于等于所述凹槽的深度。可以理解，支撑体11的直径与高度不限，可根据实际需要设定。本实施例中，圆筒状支撑体11的直径为16厘米，高度为20厘米。圆筒状支撑体11表面螺旋型凹槽的深度为0.25毫米，宽度为1.05厘米。

步骤S1中，还可以进一步对所述带状基材10的表面进行清洗，以除去带状基材10表面的油渍或者其他污渍，提高被镀膜材料与带状基材10之间的结合力。本实施例中，所述带状基材10预先采用酒精溶剂在超声清洗机中进行清洗。

步骤S2中，所述真空镀膜机100中包括一旋转装置，该旋转装置包括一旋转盘4，该带状基材10围成的圆筒状结构设置于该旋转盘4上，所述带状基材10围成的圆筒状结构的外表面为待镀膜表面。所述带状基材10围成的圆筒状结构具有一中心轴12。该带状基材10围成的圆筒状结构可以在旋转装置的带动下围绕该中心轴12旋转。所述待镀膜材料8与所述带状基材10围成的圆筒状结构间隔设置。待镀膜材料8的位置固定，且在带状基材10围成的圆筒状结构旋转的过程中，待镀膜材料8与所述中心轴12的距离不变。本实施例中，所述待镀膜材料8位于一坩埚中。所述待镀膜材料8不限，可以为金属、氧化物、氟化物、或者其他化合物等。具体地，所述待镀膜材料8可以为碳化硼、二氧化硅、碳化硅、金、铝等。步骤S2具体可包括以下步骤：

S21：将缠绕有带状基材围成的圆筒状结构固定于真空镀膜机的真空腔内的旋转装置的旋转盘上；

S22：将待镀膜材料设置于真空腔内，并与所述圆筒状结构和旋转装置间隔设置；

S23：对真空腔进行抽真空，使真空腔内保持一定的真空度；

S24：匀速旋转所述筒状结构，利用电子束轰击待镀膜材料，使待镀膜材料蒸发后沉积在带状基材的待镀膜表面，形成第一薄膜层。

其中，在步骤S23中，所述真空腔4内的真空度不限，只需确保待镀膜材料8蒸发之后不被氧化或者不与空气发生化学反应即可，优选地，所述真空度为10^-3帕至10^-6帕。在步骤S24中，所述圆筒状结构的旋转速度不限，只需保证在整个第一次镀膜的过程中，所述带状基材10的待镀膜表面相对于待镀膜材料8至少匀速旋转一周。由于待镀膜表面为一曲面，该曲面为圆筒状结构的外表面，且在该曲面旋转的过程中，待镀膜材料8与所述中心轴12的距离不变，因此，在整个旋转的过程中，待镀膜表面上同一高度上各点到待镀膜材料8的距离相同，故，在所述带状基材10围成的圆筒状结构的任一横截面上，即待镀膜表面的同一高度位置，第一薄膜层的厚度比较均匀。在第一次镀膜过程中，由于重力的作用，在所述带状基材10围成的圆筒状结构的不同的横截面上，所述第一薄膜层的厚度会不同。本实施例中，待镀膜材料8为碳化硼，带状的铝基材螺旋缠绕于圆筒状支撑体的表面，在第一次镀膜过程中，铝基材相对于待镀膜材料8旋转360度。轰击待镀膜材料8的电子束流为60毫安至100毫安，电子束的加速电压为3千电子伏至8千电子伏。

可选择地，在步骤S23中，进一步包括一对固定于真空镀膜机真空腔内的旋转装置上的带状基材10进行离子清洗活化的步骤，以增加待镀膜表面的活化性能，提高其与镀膜的结合力。具体地，对真空腔抽真空，当真空度达到一定程度时，优选15帕至25帕，对固定于真空镀膜机真空腔内的旋转装置上的带状基材10进行离子清洗活化的步骤，清洗完成后，继续抽真空，使真空腔内保持一定的真空度。本实施例中，采用辉光放电的方法对带状铝基材的表面进行清洗，即采用辉光放电离子源对带状铝基材表面进行连续地离子轰击，离子束流为100毫安至150毫安，轰击时间为8-15分钟左右。

在步骤S3中，将形成有第一薄膜层的圆筒状结构倒置，即将带状基材10围成的圆筒状结构翻转180度。倒置之后，带状基材10围成的圆筒状结构的中心轴的位置不变，圆筒状结构的中心轴与待镀膜材料的距离不变。第二次镀膜的具体步骤与第一次镀膜的具体步骤相同。本步骤中，形成有第一薄膜层的带状基材10围成的圆筒状结构倒置后，重力对镀膜厚度的影响及被镀膜表面与蒸发源间隔距离对镀膜厚度的影响可以通过倒置带状铝基材10围成的圆筒状结构抵消，使得在所述带状基材10围成的圆筒状结构的表面的整个镀膜的厚度相同，即在所述带状基材10围成的圆筒状结构的外表面的任意位置，两次镀膜后的镀膜材料层的整体厚度相同。

上述通过将待镀膜基材倒置并进行二次镀膜的方式实现均匀镀膜的方法不限于所述带状基材，任意的一维、二维基材只需能围成一外表面为一圆筒状结构的至少部分外表面的三维结构，均可通过上述方法在其表面实现均匀的镀膜，优选的，所述一维、二维基材围成一圆筒状结构。更进一步地，通过上述方法也可直接在三维结构的外表面实现均匀镀膜，所述三维结构的外表面为一圆筒状结构的至少部分外表面，优选的，所述三维结构包括：圆柱体或圆筒。

在本发明的另一个实施例中，可进一步包括步骤S4：将步骤S3得到的已镀膜的带状基材展开后重新卷制成一管状结构，卷制过程中被镀膜表面设定为管状结构内壁面。所述管状结构的直径、长度根据实际需要设定。可选择地，在将所述已镀膜的带状基材卷制成一管状结构前，也可以先将已镀膜的带状基材卷绕在另外的卷轴上保存备用。通过该方法，可利用现有的设备实现在一管状结构的内表面获得均匀厚度的镀膜层，解决了现有技术中镀膜机无法在一管状结构内部进行均匀镀膜的技术问题。本发明所提供的真空镀膜方法，可用于涂硼稻草管中子探测器中稻草管内壁上涂硼或碳化硼等薄膜，以及其他需要在直径较小、长度较大的管状结构内壁上镀膜的仪器中。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims

1.一种真空镀膜方法，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的真空镀膜方法，其特征在于，可进一步包括步骤S4：将步骤S3得到的已镀膜的带状基材展开后重新卷制成一管状结构，卷制过程中被镀膜表面设定为管状结构的内壁面。

3.如权利要求1所述的真空镀膜方法，其特征在于，所述步骤S1中进一步包括提供一支撑体，所述支撑体为圆筒或圆柱体，所述带状基材螺旋盘绕设置于该支撑体的外表面。

4.如权利要求3所述的真空镀膜方法，其特征在于，所述支撑体外表面设置有螺旋型凹槽，该螺旋型凹槽的宽度与所述带状基材的宽度相互吻合，将所述带状基材沿所述螺旋型凹槽缠绕于所述支撑体的外表面，带状基材位于凹槽内。

5.如权利要求1所述的真空镀膜方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

将所述圆筒状结构固定于真空镀膜机的真空腔内的一旋转装置上；

将待镀膜材料设置于真空腔内，并与所述圆筒状结构和旋转装置间隔设置；

对真空腔进行抽真空，使真空腔内保持一定的真空度；

使所述圆筒状结构围绕其中心轴匀速旋转，利用电子束轰击待镀膜材料，使待镀膜材料蒸发后沉积在所述待镀膜表面，形成第一薄膜层。

6.如权利要求5所述的真空镀膜方法，其特征在于，所述圆筒状结构旋转的过程中，待镀膜材料与所述圆筒状结构中心轴的距离保持不变。

7.如权利要求1所述的真空镀膜方法，其特征在于，在步骤S3中，所述圆筒状结构倒置后的中心轴的位置不变，所述对带状基材的待镀膜表面进行第二次镀膜的具体步骤与对该待镀膜表面进行第一次镀膜的具体步骤相同。

8.一种真空镀膜方法，包括以下步骤：

提供一基材，该基材具有一待镀膜表面，使待镀膜表面形成一曲面，该曲面为一圆筒状结构的至少部分外表面；

将所述基材置于真空镀膜机中，该真空镀膜机内设置有待镀膜材料，使用该待镀膜材料对基材的待镀膜表面进行第一次镀膜，形成一第一薄膜层；以及

将所述基材倒置，对该基材的待镀膜表面进行第二次镀膜，从而在第一薄膜层的表面形成一第二薄膜层。

9.如权利要求8所述的真空镀膜方法，其特征在于，所述基材为圆柱或圆筒状结构。

10.如权利要求8所述的真空镀膜方法，其特征在于，所述基材为一二维的层状结构，所述二维的层状结构围成一曲面，该曲面为一圆筒状结构的至少部分外表面。