CN104451601A - 一种常压化学气相沉积镀膜反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种常压化学气相沉积镀膜反应器。该镀膜反应器特点为：反应器内部设计有强化对流和束流结构的混气室；反应器底部结构采用具有良好热导率的耐高温钢板；混气室出口采用狭缝结构，作为反应器镀膜气体喷嘴；反应器喷嘴处安装具有倒角结构的石墨挡块；反应器进气腔与排气腔采用完全对称结构；反应器镀膜进气与排气方向可以互换。该常压化学气相沉积镀膜反应器通过强化前驱体气体对流传热，提高反应热效率，能够使镀膜沉积反应在相对较低的温度下进行，降低镀膜能耗，拓宽镀膜温度窗口。本发明的设计思路新颖，设备维护简单，投资小，成本低，适合工业化或实验室设备应用。

Description

一种常压化学气相沉积镀膜反应器
技术领域
本发明涉及化学气相沉积镀膜与浮法玻璃深加工技术领域，尤其涉及一种常压化学气相沉积镀膜反应器。
背景技术
化学气相沉积方法(CVD)是目前获得大面积薄膜的最常用方法。这种方法获得薄膜与沉积基底结合力强，薄膜本体结构致密，制备工艺简单，适用薄膜材料广泛，易于工业化生产。其中常压化学气相沉积方法(APCVD)是指镀膜环境压力与大气压力相近的一种CVD镀膜方法，广泛应用在浮法在线大面积镀膜领域，国内外许多专利和文献涉及了该方法和技术工艺。
公开号为CN100340512 C的发明专利公开了一种浮法在线镀膜装置，它采用线性多进多排结构，镀膜气体竖直方向经过喷嘴到达玻璃带表面，发生镀膜反应；中国专利CN103058530A公开了一种双进、双排的在线镀膜装置，反应气进气方式仍然为竖直方向直接到达玻璃带表面；中国专利CN103121798A和中国专利CN103466955A分别公开了一种基于APCVD方法的镀膜装置和镀膜方法，但是对镀膜反应器及其进气结构没有明确描述。
以上专利及当前使用的基于APCVD方法的镀膜装置，其进气方式采用竖直喷镀，在沉积基底或玻璃带表面均布、加热进而反应的方式。由于镀膜均匀性的要求，限制反应气体在沉积基底或玻璃带表面呈层流状态，气体加热方式只有与玻璃带表面接触的热传导以及辐射加热，在气相传热中具有最优效率的对流加热方式被极大的弱化。同时，为强化镀膜反应器底面与玻璃带表面之间气体的层流状态，通常要求镀膜反应器底面与玻璃带之间距离不超过15mm。过大的距离可能使APCVD过程中的化学反应更多的发生在反应器底面与玻璃带之间，而不是玻璃带表面上。这些要求大大降低了APCVD镀膜的热效率，使得镀膜反应必须在较高的温度范围、较窄的温度窗口才能稳定进行，严重限制了APCVD方法的适用范围。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种具有强化对流传热效果的常压化学气相沉积镀膜反应器，在保证镀膜气体均布的、气流状态属层流稳定的条件下，通过强化对流预热反应前驱气体达到降低镀膜反应温度，拓宽镀膜温度窗口的目的。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种常压化学气相沉积镀膜反应器，包括内部设有混气室的反应器主体，所述的混气室平铺在沉积基底或玻璃带上方，混气室底部设有导热板，所述导热板上设有作为反应器镀膜喷嘴的狭缝；
与混气室连通的进气管和狭缝分别位于混气室的两对侧，所述的混气室为沿气流方向逐渐扩宽的广口状，混气室内还装有混流挡板，所述的混流挡板间具有迂回的气流通道。
优选的，所述混气室上方覆盖有保温层，所述的导热板为钢板。
镀膜反应器上部覆盖保温层，减少反应器热量散失；反应器底部采用热导率高的耐高温钢板，尽可能多的从沉积基底或玻璃带上获得热量，从而对反应器内部的反应前驱气体强化预热。
其中，所述狭缝的出口处沿狭缝方向布置有带倒角的长条状石墨挡块，用于限制反应气流的走向，提高镀膜的效率，进一步强化镀膜气体分布的均匀性。
优选的，镀膜反应器内部混气室布置广口型的束流挡板，用于形成广口状的混气室，通过进气管进入的反应前驱气体逐步扩散到与出口狭缝等宽的范围。
同时，混流挡板为横向交替安装且具有齿状结构的混流挡板，混流挡板间形成迂回的气流通道，强制形成上下起伏气流，强化反应前驱气体的对流传热和混合过程。
混气室使用束流挡板布置成从进气通道至出口狭缝之间的广口形式，能够很好的解决普通矩形混气室出现气流死角的问题；而混流挡板间形成的迂回气流通道强化对流传热，结合狭长扁平混气室延长了镀膜反应前驱气体的滞留时间，既促进了镀膜反应前驱气体的反应效率，又不影响镀膜反应气体喷出镀膜狭缝后分布的均匀性；镀膜反应器的混气室引入高导热底部，能够充分利用玻璃带自身余热。
所述混气室为对称布置的两个，在反应器主体内以两混气室之间的隔断为对称镜面连接，其中一个为进气腔，另一个为排气腔。
优选的，所述混气室沿沉积基底或玻璃带前进方向的长度为20mm-100mm，镀膜反应器两条镀膜喷嘴狭缝之间的距离在40mm-220mm。
优选的，镀膜反应器的工作温度区间为350℃-650℃，工作温度下限将明显低于目前技术的镀膜工艺温度，如以TiCl4作为前驱体，采用本发明的镀膜反应器在沉积温度约450℃时，即可在玻璃表面获得结晶良好、结构致密的TiO2薄膜，其表面形貌如图5所示，而目前普遍工艺条件下，沉积温度均在500℃以上。
镀膜反应器下表面距离沉积基底或玻璃带上表面2mm-25mm。
本发明的设计思路新颖，设备维护简单，投资小，成本低，适合工业化或实验室设备应用。
附图说明
图1本发明镀膜反应器的主视图；
图2本发明镀膜反应器的侧视图；
图3本发明镀膜反应器的俯视图；
图4本发明镀膜反应器混气室内使用混流挡板结构示意图；
图5采用本发明镀膜反应器获得的TiO2薄膜表面形貌图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种常压化学气相沉积镀膜反应器，包括作为反应器主体的两个长方体混气室8、覆盖在混气室8上方的保温层2、作为反应器镀膜喷嘴的狭缝6、狭缝出口处的长条状石墨挡块4，以及配套的进气管道1和反应器支撑、移动机构。
两个完全相同的长方体混气室8以混气室隔断7为对称镜面连接在一起，构成镀膜反应器的主体结构，分布在沉积基底或玻璃带移动方向的上下游。镀膜反应器主体结构的两个完全对称的混气室8，以两混气室8之间的隔断7为对称镜面连接，其中一作为进气腔时，另一作为排气腔，可以互相替换。混气室8沿沉积基底或玻璃带前进方向的长度为20mm-100mm之间，镀膜反应器的两条镀膜喷嘴狭缝6之间的距离为40mm-220mm之间。
混气室8底部为热导率高的耐高温钢板5，内部按规则布置束流挡板9和混流挡板3，在强化镀膜气体对流传热的同时，起到均匀布气的作用。混气室8出口为狭缝6，作为镀膜反应器的镀膜喷嘴，可以实现较大范围内的均匀布气。
镀膜反应器上部覆盖保温层2，减少反应器热量散失；反应器底部采用热导率高的耐高温钢板5，尽可能多的从沉积基底或玻璃带上获得热量，从而对反应器内部的反应前驱气体强化预热。
镀膜反应器狭缝6出口处沿狭缝方向布置有带倒角的长条状石墨挡块4，用于限制反应气流的走向，提高镀膜的效率，进一步强化镀膜气体分布的均匀性。
如图3和图4所示，镀膜反应器内部混气室8使用的束流挡板9布置为广口型，通过进气管道进入的反应前驱气体逐步扩散到与出口狭缝6等宽的范围；在束流挡板9中间横向交替安装具有齿状结构10的混流挡板3，强制形成上下起伏气流，强化反应前驱气体的对流传热和混合过程。
本实施例中，镀膜前驱气体经进气管道1进入反应器内置的混气室对流强化预热、混合后，经狭缝6喷镀到沉积基底或玻璃带表面。镀膜反应器的工作温度区间在350℃-650℃之间，镀膜反应器下表面距离沉积基板或玻璃带上表面2mm-25mm之间。

Claims (8)

1.一种常压化学气相沉积镀膜反应器，包括内部设有混气室的反应器主体，其特征在于，所述的混气室平铺在沉积基底或玻璃带上方，混气室底部设有导热板，所述导热板上设有作为反应器镀膜喷嘴的狭缝；
与混气室连通的进气管和狭缝分别位于混气室的两对侧，所述的混气室为沿气流方向逐渐扩宽的广口状，混气室内还装有混流挡板，所述的混流挡板间具有迂回的气流通道。
2.如权利要求1所述的常压化学气相沉积镀膜反应器，其特征在于，所述混气室上方覆盖有保温层，所述的导热板为钢板。
3.如权利要求1所述的常压化学气相沉积镀膜反应器，其特征在于，所述狭缝的出口处沿狭缝方向布置带倒角的长条状石墨挡块，用于限制反应气流的走向。
4.如权利要求1所述的常压化学气相沉积镀膜反应器，其特征在于，所述混气室内布置束流挡板，用于形成广口状的混气室。
5.如权利要求1所述的常压化学气相沉积镀膜反应器，其特征在于，所述的混流挡板为横向交替安装且具有齿状结构的混流挡板。
6.如权利要求1～5任一项所述的常压化学气相沉积镀膜反应器，其特征在于，所述混气室为对称布置的两个，分布在沉积基底或玻璃带移动方向的上下游，其中一个为进气腔，另一个为排气腔。
7.如权利要求6所述的常压化学气相沉积镀膜反应器，其特征在于，所述混气室沿沉积基底或玻璃带前进方向的长度为20mm-100mm，镀膜反应器两条镀膜喷嘴狭缝之间的距离在40mm-220mm。
8.如权利要求6所述的常压化学气相沉积镀膜反应器，其特征在于，所述镀膜反应器的工作温度区间为350℃-650℃，镀膜反应器下表面距离沉积基底或玻璃带上表面2mm-25mm。
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