CN105441886A - 一种泡沫金属的高速真空镀膜设备及工艺 - Google Patents

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王乃用
刘俊林
苏衍宪
李常兴
孟国强
邢寻勇
钱亚杰
韩珅
田利
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Abstract

本发明涉及泡沫金属生产领域，特别涉及一种泡沫金属的高速真空镀膜设备及工艺。该泡沫金属的高速真空镀膜设备及工艺，包括相互对称的上卷绕室和下卷绕室，上卷绕室和下卷绕室中间设有镀膜室；所述上卷绕室和下卷绕室内设有卷辊；所述卷辊通过电机带动；所述镀膜室包括壳体，壳体上下分别设有法兰；所述壳体内壁上设有N组相对的阴极靶和冷却装置；所述冷却装置与循环管相连，阴极靶与设备的溅射电源相连；所述电机、溅射电源等通过PCL控制器控制。本发明采用多靶极，短间距溅射，模芯接触式直接冷却的方案，实现模芯在真空环境下高速镀膜。

Description

一种泡沫金属的高速真空镀膜设备及工艺
（一）技术领域
本发明涉及泡沫金属生产领域，特别涉及一种泡沫金属的高速真空镀膜设备及工艺。
（二）背景技术
泡沫金属是一种具有海绵状三维多孔结构的金属材料。连续泡沫金属（例如：泡沫镍）的规模化生产开始于21世纪初，是一种应用领域广泛的新技术材料。其中泡沫镍、泡沫铜可用于镍氢电池、燃料电池的电极材料，汽车催化剂转换器、催化燃烧、柴油车黑烟净化器的催化剂载体，可用作过滤器材料，处理流体中磁性粒子的磁流导体，用于储氢媒介、热交换媒介。
随着泡沫金属的应用领域的不断扩大，泡沫金属的生产效率和成本成为其生产企业的瓶颈问题。在泡沫金属的生产过程中涉及泡沫金属产品模芯导电化处理过程，模芯导电化处理可采用真空镀膜技术、化学镀或浸涂导电胶的方法。真空镀膜工艺具有产品纯度高、无污染，成品阻值均匀等显著优势，在泡沫金属生产中已逐步替代化学镀和浸涂导电胶工艺。然而目前的真空镀膜工艺效率较低，生产成本较高，难以满足现在企业的需求。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种高速真空镀膜技术，可以提高现有镀膜生产速度50%以上，缩短抽空时间50%以上。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种泡沫金属的高速真空镀膜设备，其特征在于：包括相互对称的上卷绕室和下卷绕室，上卷绕室和下卷绕室中间设有镀膜室；所述上卷绕室和下卷绕室内设有卷辊；所述卷辊通过电机带动；所述镀膜室包括壳体，壳体上下分别设有法兰；所述壳体内壁上设有N组相对的阴极靶和冷却装置；所述冷却装置与循环管相连，阴极靶与设备的溅射电源相连；所述电机、溅射电源等通过PCL控制器控制。
所述上卷绕室和下卷绕室的端口呈长方形，且端口处分别设有连接法兰，该连接法兰分别与镀膜室的法兰连接。
所述阴极靶表面为平面，冷却装置为长方体冷却板。
所述阴极靶表面为弧面，冷却装置为圆柱形冷却滚。
所述镀膜室内位于法兰处设有导向辊。
上述阴极靶在镀膜室的壳体内交错排列。
泡沫金属的高速真空镀膜设备的使用工艺，包括以下步骤：（1）将高速真空镀膜设备抽真空，然后通入惰性气体；（2）启动PCL控制器，镀膜金属通过阴极靶溅射到模芯上；（3）在镀膜的同时冷却装置将模芯冷却；（4）通过改变上卷绕室和下卷绕室中的卷辊的转动方向，使得模芯自动多次镀膜。
镀膜金属包括镍、铜、锌。
泡沫金属的高速真空镀膜设备的使用工艺的工艺条件包括：镀膜速度：1~10m/min；镀膜功率：3~10KW；镀膜往复次数：2~10次；惰性气体流量：100~400SCCM；镀膜真空度：小于等于6×10-1Pa。
上述惰性气体为氩气。
本发明采用整体“类眼镜状”对称结构，在采用普通真空抽空机组的情况下，实现缩短抽空时间的目的。采用多靶极，短间距溅射，模芯接触式直接冷却的方案，实现模芯在真空环境下高速镀膜。
本发明模芯放置于上卷绕室和下卷绕室内，通过调节电机的运转方向使得模芯既可以从上至下运动，也可以从下至上运动，实现多次镀膜。
镀膜部分采用金属壳体，内部设有阴极靶，冷却板或冷却辊，以及与冷却板或冷却辊相连接的冷却水循环管。模芯先经过阴极靶，被溅射镀膜后，立即与冷却板或冷却辊接触，进行降温，再经过下一级阴极靶溅射镀膜，再降温，如此多次，完成镀膜的过程。
本发明整体采用类眼镜状结构设计，与类似功能的镀膜设备相比，设备空间减少70%以上，同等抽空机组条件下，可实现抽空时间减少50%以上。同时，镀膜区采用狭缝式扁平设计，有效减少镀膜金属颗粒向镀膜区之外飞溅，有利于镀膜后的设备清洁工作和保护环境。
本发明的有益效果是：本发明采用多靶极，短间距溅射，模芯接触式直接冷却的方案，实现模芯在真空环境下高速镀膜。
（四）附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明镀膜室及冷却板的结构示意图。
图3为本发明镀膜室及冷却辊的结构示意图。
图中，1上卷绕室，2下卷绕室，3镀膜室，4卷辊，5壳体，6阴极靶，7冷却装置，8循环管，9导向辊。
（五）具体实施方式
实施例1
如图2所述，该实施例包括相互对称的上卷绕室1和下卷绕室2，上卷绕室1和下卷绕室2中间设有镀膜室3；所述上卷绕室1和下卷绕室2内设有卷辊4；所述卷辊4通过电机带动；所述镀膜室3包括壳体5，壳体5上下分别设有法兰；所述壳体5内壁上设有N组相对的阴极靶6和冷却装置7；所述冷却装置7与循环管8相连，阴极靶6与设在壳体5外壁的溅射电源相连；所述电机、溅射电源通过PCL控制器控制。所述上卷绕室1和下卷绕室2的端口呈长方形，且端口处分别设有连接法兰，该连接法兰分别与镀膜室3的法兰连接。所述阴极靶6表面为平面，冷却装置7为长方体冷却板。所述镀膜室3内位于法兰处设有导向辊9。上述阴极靶6在镀膜室3的壳体5内交错排列。
该镀膜设备工作时，设备抽到一定的真空度，通入氩气，根据工艺要求开启镀膜电源，镀膜金属在工作介质的作用下，以一定的能量和速度溅射到膜芯上。由于采用多块靶极（1~N对），模芯在经过每块靶极时，均可获得溅射金属，从而可以实现比现有镀膜设备提高50%以上的镀膜速度。镀膜金属在被氩离子轰出靶极后，通常为高能原子，其所携带的能量随飞行距离的增加而减弱。本设备的靶极和模芯之间，采用较短的间距（50~0mm），可使镀膜金属原子在其高能状态下溅射到模芯上，从而获得良好的深镀性能。另一方面，本设备在镀区设置膜芯直接冷却装置，高能原子在溅射到模芯上后，立刻得到冷却，从而保证模芯的结构完整。
本发明可根据泡沫金属后续生产对模芯的导电要求，实现对模芯的自动多次镀膜。在上下卷绕装置处，设置有自动感应装置，模芯的头或尾运行到此，感应装置捕捉到信号，通过PLC控制上卷绕室1和下卷绕室2的电机的工作状态，以恒张力带动模芯向上或向下运动，实现多次镀膜，使模芯在不变形的同时获得不同的导电能力。
实施例2
如图3所述，该实施例包括相互对称的上卷绕室1和下卷绕室2，上卷绕室1和下卷绕室2中间设有镀膜室3；所述上卷绕室1和下卷绕室2内设有卷辊4；所述卷辊4通过电机带动；所述镀膜室3包括壳体5，壳体5上下分别设有法兰；所述壳体5内壁上设有N组相对的阴极靶6和冷却装置7；所述冷却装置7与循环管8相连，阴极靶6与设在壳体5外壁的溅射电源相连；所述电机、溅射电源通过PCL控制器控制。所述上卷绕室1和下卷绕室2的端口呈长方形，且端口处分别设有连接法兰，该连接法兰分别与镀膜室3的法兰连接。所述阴极靶6表面为弧面，冷却装置7为圆柱形冷却滚。所述镀膜室3内位于法兰处设有导向辊9。上述阴极靶6在镀膜室3的壳体5内交错排列。
该镀膜设备工作时，设备抽到一定的真空度，通入氩气，根据工艺要求开启镀膜电源，镀膜金属在工作介质的作用下，以一定的能量和速度溅射到膜芯上。由于采用多块靶极（1~N对），模芯在经过每块靶极时，均可获得溅射金属，从而可以实现比现有镀膜设备提高50%以上的镀膜速度。镀膜金属在被氩离子轰出靶极后，通常为高能原子，其所携带的能量随飞行距离的增加而减弱。本设备的靶极和模芯之间，采用较短的间距（50~0mm），可使镀膜金属原子在其高能状态下溅射到模芯上，从而获得良好的深镀性能。另一方面，本设备在镀区设置膜芯直接冷却装置，高能原子在溅射到模芯上后，立刻得到冷却，从而保证模芯的结构完整。
本发明可根据泡沫金属后续生产对模芯的导电要求，实现对模芯的自动多次镀膜。在上下卷绕装置处，设置有自动感应装置，模芯的头或尾运行到此，感应装置捕捉到信号，通过PLC控制上卷绕室1和下卷绕室2的电机的工作状态，以恒张力带动模芯向上或向下运动，实现多次镀膜，使模芯在不变形的同时获得不同的导电能力。
实施例3
本发明适合于多种泡沫金属的模芯导电化处理，镀镍时的工艺条件为：
镀膜速度：1~10m/min；
镀膜功率：3~10KW；
镀膜往复次数：2~10次；
氩气流量：100~400SCCM；
镀膜真空度：小于等于6×10-1Pa；
镀膜后模芯表面电阻：≤200Ω/m（采用表笔直接测量）。

Claims (10)

1.一种泡沫金属的高速真空镀膜设备，其特征在于：包括相互对称的上卷绕室和下卷绕室，上卷绕室和下卷绕室中间设有镀膜室；所述上卷绕室和下卷绕室内设有卷辊；所述卷辊通过电机带动；所述镀膜室包括壳体，壳体上下分别设有法兰；所述壳体内壁上设有N组相对的阴极靶和冷却装置；所述冷却装置与循环管相连，阴极靶与设备的溅射电源相连；所述电机、溅射电源等通过PCL控制器控制。
2.根据权利要求1所述的泡沫金属的高速真空镀膜设备，其特征在于：所述上卷绕室和下卷绕室的端口呈长方形，且端口处分别设有连接法兰，该连接法兰分别与镀膜室的法兰连接。
3.根据权利要求1所述的泡沫金属的高速真空镀膜设备，其特征在于：所述阴极靶表面为平面，冷却装置为长方体冷却板。
4.根据权利要求1所述的泡沫金属的高速真空镀膜设备，其特征在于：所述阴极靶表面为弧面，冷却装置为圆柱形冷却辊。
5.根据权利要求4所述的泡沫金属的高速真空镀膜设备，其特征在于：所述镀膜室内位于法兰处设有导向辊。
6.根据权利要求1-5中任意一项权利所述的泡沫金属的高速真空镀膜设备，其特征在于：所述阴极靶在镀膜室的壳体内交错排列。
7.根据权利要求1所述的泡沫金属的高速真空镀膜设备的使用工艺，包括以下步骤，其特征在于：（1）将高速真空镀膜设备抽真空，然后通入惰性气体；（2）启动PCL控制器，镀膜金属通过阴极靶溅射到模芯上；（3）在镀膜的同时冷却装置将模芯冷却；（4）通过改变上卷绕室和下卷绕室中的卷辊的转动方向，使得模芯自动多次镀膜。
8.根据权利要求7所述的泡沫金属的高速真空镀膜设备的使用工艺，其特征在于：镀膜金属包括镍、铜、铝、钛。
9.根据权利要求8所述的泡沫金属的高速真空镀膜设备的使用工艺，其特征在于：工艺条件包括：镀膜速度：1~10m/min；镀膜功率：3~10KW；镀膜往复次数：2~10次；惰性气体流量：100~400SCCM；镀膜真空度：小于等于6×10-1Pa。
10.根据权利要求7或8或9所述的泡沫金属的高速真空镀膜设备的使用工艺，其特征在于：所述惰性气体为氩气。
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