CN104561938B - 一种浮法在线常压化学气相沉积镀膜反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮法在线常压化学气相沉积镀膜反应器，包括保温外壳和底板，所述的保温外壳内设有进气室和排气室，底板上设有与进气室连通的狭缝以及与排气室连通的排气口，所述的保温外壳中还设有预混室和废气室，预混室连接镀膜前驱气体进气管，且预混室嵌装在废气室中，排气室接入所述的废气室，进气室经进气通道与所述的预混室连通；所述的进气室布置在底板上方，且为沿气流方向逐渐扩宽的广口状，进气室内安装有混流挡板，用于形成上下起伏的气流；所述的排气室为上粗下细结构，排气室内安装有集尘板。本发明的混气室结构有利于形成多进多排的稳定的气流走向并强化预热，方便调节流量，增加镀膜效率，从而提高镀膜的质量。

Description

一种浮法在线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，尤其涉及一种浮法在线玻璃常压化学气相沉积镀膜反应器，其利用常压化学气相沉积反应在浮法在线玻璃上沉积薄膜。

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，镀膜速度快，制备工艺简单，成本低廉，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。

中国专利CN100340512C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，没有考虑排气粉尘回流对排气管道的堵塞，没有对排气余热加以利用，没有对前驱体气体强化预热；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技术，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，未利用排气余热，且进气室内未利用沉积基底或玻璃带表面对流传热强化混合预热，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，反应气体在沉积浮法玻璃带表面主要呈层流状态，竖直喷镀、排气室气流分布不均，不能使反应气体在玻璃带表面形成平稳的层流，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。这一状况大大降低了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方法镀膜的效率和质量。排气室粉尘回流既会造成排气室堵塞，影响排气的过程，还会造成玻璃带镀膜的污染，严重影响了APCVD方法镀膜的质量。这大大增加了APCVD浮法在线玻璃镀膜的成本。

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利用废气余热且具有强化对流传热效果、调节玻璃带表面气流、防止粉尘排气过程回流的浮法在线玻璃常压化学气相沉积镀膜反应器，在保证镀膜气体均布、气流状态属层流稳定的条件下，通过利用废气余热以及进气室内充分混合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，从而达到提高镀膜效率的目的。

为实现以上目的，本发明的浮法在线常压化学气相沉积镀膜反应器采用如下技术方案：

一种浮法在线常压化学气相沉积镀膜反应器，包括保温外壳和底板，所述的保温外壳内设有进气室和排气室，底板上设有与进气室连通的狭缝以及与排气室连通的排气口，所述的保温外壳中还设有预混室和废气室，预混室连接镀膜前驱气体进气管，且预混室嵌装在废气室中，排气室接入所述的废气室，进气室经进气通道与所述的预混室连通；所述的进气室布置在底板上方，且为沿气流方向逐渐扩宽的广口状，进气室内安装有混流挡板，用于形成上下起伏的气流。排气室为上粗下细结构，便于废气和粉尘的排出，排气室里装有易拆卸的集尘板，用于收集粉尘，防止回流至玻璃带影响镀膜质量。

本发明中，将连接镀膜前驱气体进气管的预混室置于废气室中，利用废气余热对反应前驱气体进行预热，同时将进气室平铺设置并沿气流方向逐渐扩宽，使通过进气通道进入的反应前驱气体逐步扩散到与出口狭缝等宽的范围，混流挡板用于在进气室内形成上下起伏的气流，强化反应前驱气体的对流传热和混合过程，以降低镀膜反应温度，拓宽镀膜温度窗口，达到提高镀膜效率的目的。

其中，反应器的底板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。

所述的排气口和进气通道位于狭缝的远端，且排气室和进气通道通过隔板隔开，反应前驱气体扩散到狭缝具有较长路径，增强对流传热和混合的时间，从玻璃带获得更多热量。

所述的狭缝和排气口处均设有用于限制气流走向且带倒角的长条状石墨挡块，该石墨挡块沿狭缝方向布置，可强化镀膜气体分布的均匀性，提高镀膜的效率以及镀膜的均匀性。

作为改进，所述的集尘板为开口朝上的V型板或U型板，采用这种结构的集尘板，不会影响废气和粉尘的排出，而且下落的粉尘易沉积在集尘板的凹槽内，避免粉尘回流至玻璃带影响镀膜质量；为使集尘板具备更好的粉尘收集效果，集尘板可设置为层叠分布，且相邻两层错位布置。另外，为便于集尘板的清扫，将集尘板通过可拆卸式的方式安装在排气室内。

所述进气室的两侧设有束流挡板，用于在进气室内形成沿气流方向逐渐扩宽的广口状腔体，广口状腔体的一端衔接所述的进气通道，另一端连通所述的狭缝。

其中，所述的混流挡具有齿状结构且横向交替安装，气流由齿间通过，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。

本发明中，每个进气室和排气室属于同一镀膜工作组，在该镀膜工作组中，进气室沿沉积基底或玻璃带前进方向的长度为100mm-1000mm，排气室沿沉积基底或玻璃带前进方向的长度为10mm-100mm，且相邻两个镀膜工作组中狭缝之间的距离为140mm-1400mm。

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。

本发明的设计思路新颖，设备维护简单，投资小，成本低，适合工业化生产；废气余热的利用可以预热前驱体气体，降低能耗；混气室的结构有利于形成多进多排的稳定的气流走向并强化预热，方便调节流量，增加镀膜效率；狭缝出口处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，排气室为上粗下细结构，便于废气和粉尘的排出，排气室里装有易拆卸的集尘板，用于收集粉尘，防止回流至玻璃带对薄膜的污染，从而提高镀膜的质量。该设备维护简单，投资小，成本低，适合工业化生产。

附图说明

图1本发明镀膜反应器的结构示意图；

图2本发明镀膜反应器的单个进气腔俯视图；

图3本发明镀膜反应器混气室内使用混流挡板结构示意图；

图4本发明镀膜反应器排气室结构示意图；

图5本发明镀膜反应器喷嘴气流走向模拟图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中的浮法在线常压化学气相沉积镀膜反应器置于沉积基底或玻璃带上方，包括保温外壳3和底板5，保温外壳3内设有作为反应器主体的六个长方体混气室，覆盖在混气室顶部的保温层4，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11，以及配套的进气管道1、排气管道2和反应器支撑、移动机构。

六个非完全对称的长方体混气室通过隔板7交替连接在一起，包括三个进气室10和三个排气室9，且进气室10体积远大于排气室9体积，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。

混气室的上方为预混室14和废气室13，预混室14连接通入镀膜前驱气体的进气管道1，废气室13连接排气管道2，且预混室14嵌装在废气室13中，以利用废气室13内的废气余热对反应前驱气体进行预热。

镀膜反应器上部覆盖保温层4，减少反应器热量散失。预混室14和废气室13用保温外壳包裹，可以充分利用废气余热，对进入预混室14的前驱体气体进行预热。

进气室10底部的底板5为热导率高的耐高温钢板，内部按规则布置束流挡板12和混流挡板8，在强化镀膜气体对流传热的同时，起到均匀布气的作用，排气室9与底板上的排气口15连通。进气室10出口为狭缝，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。狭缝出口和排气口处带倒角的长条状石墨挡块11，可以限制前驱体气体在玻璃带表面的走向，有利于在玻璃带表面形成平稳的层流，有利于提高薄膜的均匀性。

如图2所示，镀膜反应器内部进气室10使用的束流挡板12布置为广口型，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12中间横向交替安装具有齿状结构的混流挡板8，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，单一混流挡板的形状如图3所示。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。如图4所示，前驱体气体在石墨挡块11作用下的气流走向。

如图5所示，镀膜反应器内部排气室9采用的是上粗下细的结构，这种结构有助于尽快将玻璃带上反应的废气、粉尘排出。浮法玻璃线上的APCVD镀膜是一个很快的过程，废气、粉尘的及时排出，有助于提升镀膜的质量。排气室内部装有易拆卸且多层设置的集尘板16，这种结构是为了收集排气过程中，回流的粉尘，防止其落入玻璃带，影响镀膜质量。与单向阀等其他防止回流的装置相比，本反应器排气室具有不易堵塞、易拆卸清洗、成本低廉等特点。

镀膜反应器狭缝出口处沿狭缝方向布置带倒角的长条状石墨挡块11，用于限制前驱体气流的走向，强化镀膜气体分布的均匀性，提高镀膜的效率以及镀膜的均匀性。

作为镀膜反应器主体结构的六个非完全对称混气室，为了强化其在混合室内对流传热和混合过程，使前驱体气体在进气腔中扩散足够长的时间，从玻璃带获得更多热量，分布更加均匀，进气室体积大于排气室，形成一种非完全对称混气室结构。

本实施例中，每个进气室10和排气室9形成一个镀膜工作组，进气室10沿沉积基底或玻璃带前进方向的长度为100mm-1000mm之间，排气室9沿沉积基底或玻璃带前进方向的长度为10mm-100mm之间，镀膜反应器两条镀膜喷嘴狭缝6之间的距离在120mm-1200mm之间。

本实施例的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。

工业生产时，利用该反应器移动和支撑装置，将它放置于浮法玻璃生产线的锡槽内或退火窑内，玻璃带位于装置钢板下方，两者之间构成反应区。前驱体气体通过进气管道，进入进气室，从狭缝中喷出，利用常压化学气相沉积法在在线浮法玻璃上镀膜，多余的反应气体以及镀膜产生的废气通过废气室狭缝15，再由排气管道排出。

本实施例根据生产或实验需要，可以采用一个进气室和一个排气室，形成平行的单向的一进一排气流走向，或采用二个进气室和二个排气室，形成平行的单向的二进二排气流走向，或采用三个进气室和三个排气室，形成平行的单向的三进三排气流走向。

Claims (5)

1.一种浮法在线常压化学气相沉积镀膜反应器，包括保温外壳和底板，所述的保温外壳内设有进气室和排气室，底板为钢板，底板上设有与进气室连通的狭缝以及与排气室连通的排气口，其特征在于，所述的保温外壳中还设有预混室和废气室，预混室连接镀膜前驱气体进气管，且预混室嵌装在废气室中，排气室接入所述的废气室，进气室经进气通道与所述的预混室连通；

所述的进气室布置在底板上方，所述进气室的两侧设有束流挡板，用于在进气室内形成沿气流方向逐渐扩宽的广口状腔体，广口状腔体的一端衔接所述的进气通道，另一端连通所述的狭缝；进气室内交替安装有齿状结构的混流挡板，用于形成上下起伏的气流；所述的排气室为上粗下细结构，排气室内安装有开口朝上的V型板作为集尘板，呈层叠分布，且相邻两层错位布置。

2.如权利要求1所述的浮法在线常压化学气相沉积镀膜反应器，其特征在于，所述的排气口和进气通道位于狭缝的远端，且排气室和进气通道通过隔板隔开。

3.如权利要求2所述的浮法在线常压化学气相沉积镀膜反应器，其特征在于，所述的狭缝和排气口处均设有用于限制气流走向且带倒角的长条状石墨挡块。

4.如权利要求1所述的浮法在线常压化学气相沉积镀膜反应器，其特征在于，每个进气室和排气室属于同一镀膜工作组，在该镀膜工作组中，进气室沿沉积基底或玻璃带前进方向的长度为100mm-1000mm，排气室沿沉积基底或玻璃带前进方向的长度为10mm-100mm，且相邻两个镀膜工作组中狭缝之间的距离为140mm-1400mm。

5.如权利要求4所述的浮法在线常压化学气相沉积镀膜反应器，其特征在于，该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。