CN107022743B - 一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备，包括真空腔体(1)、输送带(2)、旋转振动装置(3)、连续下料装置(10)、磁控溅射装置(11)、收料仓(12)和储料仓(13)，其中旋转振动装置包括旋转振动杆(4)、传动杆(5)、联轴器(6)、密封件(7)、法兰(8)和转动电机(9)。该设备可将转动电机(9)放置于真空腔体(1)外部，避免磁场、电场、温度对电机的影响，增加设备的工艺稳定性及使用寿命，同时利用转动电机(9)和旋转振动杆(4)带动输送带(2)振动，实现输送带上表面粉体抖动，保证粉体镀膜均一性。

Description

一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备
技术领域：
本发明涉及一种磁控溅射连续镀膜设备，尤其涉及一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备。
背景技术：
随着科技的进步和材料产业的发展，微纳米粉体的表面镀膜改性技术已逐渐应用于行业的方方面面，如电池催化剂、粉体光催化剂等。磁控溅射工艺是一种新型的物理气相沉积方法，镀层介质在真空系统中通过溅射的工艺沉积于粉体表面，形成镀层，中间过程无废液或废气产生，是一种安全环保的生产工艺。但由于微纳米粉体自身的比表面积和表面能比较大，且曲率半径小，粉体之间容易发生团聚等现象，若通过简单的分散方式，无法实现粉体镀膜的均匀性，因而在微纳米粉体表面均匀镀膜处理的实现具有一定的难度。
专利CN 101805893.A中公开了“滚筒式样品台以及用其进行粉体颗粒的磁控溅射镀膜方法”，设备包含滚筒式样品台及溅射装置。专利CN 102534520.A中公开了一种“粉末镀膜设备”，其镀膜设备包括磁控靶、多工位转靶、离子枪和反弹振动装置等，可实现粉体表面镀膜。
现有的粉体镀膜设备中，多采用滚筒式镀膜方式，在分离飘落过程中实现镀膜。该镀膜工艺重现性不高，属于半连续生产装置，中间过程监控手段有限，无法保证粉体镀膜的均一性；同时由于结构内部靶材数目有限，无法实现多层镀膜工艺。专利“一种用于微纳米粉体镀膜的连续生产设备”提出一种用于微纳米粉体的单层或多层镀膜的连续生产设备，横向上将粉体平铺于输送带，利用输送带的速度来控制镀膜时间；纵向上，利用振动电机及超声波共同控制粉体的抖动及分散，有效的提高粉体镀膜的均一性。该设备采用振动电机及超声波作为振动源，振动电机或超声波均需放置在腔体内部。这种方式存在下列缺陷：(1)磁控溅射长时间运行，腔体内部温度较高，会达到120～150℃，高于振动电机及超声波振子长期正常使用温度(约80℃)，长时间使用，振动电机及超声波振子容易损坏；(2)磁控溅射腔体内部磁场会影响到振动电机及超声波振子的正常运作；(3)振动电机或超声波振子电源连接线，长时间在氩气及磁场环境下工作，容易发生辉光放电，电流瞬间增大，容易烧毁振动电机及超声波电源；(4)电机内多有低挥发性物质，影响真空抽气时间及镀膜效果。该设备长期使用，稳定性下降，势必需要比较频繁的维护和更换。
发明内容：
正是基于以上问题，本专利提出一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备，该设备可将转动电机放置于真空腔体外部，避免磁场、电场、温度对电机的影响，增加设备的工艺稳定性及使用寿命，同时利用转动电机和旋转振动杆带动输送带振动，实现输送带上表面粉体抖动，保证粉体镀膜均一性。
该微纳米粉体磁控溅射连续镀膜设备包括真空腔体(1)、输送带(2)、旋转振动装置(3)、连续下料装置(10)、磁控溅射装置(11)、收料仓(12)和储料仓(13)，具体结构见附图1。
其中旋转振动装置包括旋转振动杆(4)、传动杆(5)、联轴器(6)、密封件(7)、法兰(8)和转动电机(9)，具体结构见附图2。
所述旋转振动杆(4)位于输送带(2)下端，紧贴输送带(2)下表面。旋转振动杆(4)与转动电机(9)通过传动杆(5)、联轴器(6)连接。将转动电机(9)的转动传送至旋转振动杆(4)，旋转振动杆(4)带动输送带(2)振动，实现输送带上表面粉体抖动，保证粉体镀膜均一性。
所述旋转振动杆(4)可选用不锈钢、铸铁或耐高温橡胶材质。所述旋转振动杆(4)的截面形状包含正方形、椭圆形、三角形、五边形或不规则多边形，见附图3。
旋转振动杆(4)的形式可采用一体式或多节式。一体式指整个旋转振动杆由一根柱状体构成。多节式旋转振动杆由2～10个柱状体组成，柱状体之间夹角为0°～360°，实现振动杆径向方向上振动的差异化控制。多节式可采用相同的截面形状的柱状体组合而成，也可采用不同的截面形状的柱状体组合。
所述输送带(2)采用特氟龙、硅胶、聚氯乙烯、丁腈橡胶或聚氨酯材质，尤其选取耐高温的特氟龙、硅胶或丁腈橡胶材质。输送带(2)的输送速度调节范围为0.1～5m/min。
传动杆(5)与真空腔体(1)制件采用动密封结构，动密封可选用O型圈、磁流体密封的形式，避免传动杆在转动过程中发生漏气。
转动电机(9)可选用普通电机，通过变频器及调速器控制旋转速度，旋转速度范围为20rpm～1000rpm。
使用本发明提出的一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备的过程如下：
1)在磁控溅射装置(11)磁控靶的位置装配所需靶材的种类和个数；
2)向储料仓(9)内加入目标粒径的微纳米粉体基料；
3)关闭真空腔体(1)腔门，开启抽气系统，抽真空至工艺所需压力，打开所需气瓶，调节气体流量工艺参数，控制腔体真空度，开启溅射电源，调节各磁控把的溅射电流大小；
4)开启输送带(2)，控制水平输送速度，开启转动电机(9)，调整转速，开启连续下料装置(10)，控制下料速度，粉体洒落于输送带(2)，由输送带(2)输送依次通过磁控把溅射区，在旋转振动杆(4)的带动作用下，实现粉体上下翻滚，保证所有粉体各个面均能实现均匀镀膜；
5)镀膜完成后，粉体从输送带(2)表面下落至收料仓(12)。
附图说明
图1为用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备
1.真空腔体；2.输送带；3.旋转振动装置；10.连续下料装置；11.磁控溅射装置；12.收料仓；13.储料仓。
图2为旋转振动装置
1.真空腔体；2.输送带；4.旋转振动杆；5.传动杆；6.联轴器；7.密封件；8.法兰；9.转动电机。
图3旋转振动杆的截面形状
1.正方形；2.椭圆形；3.三角形；4.五边形；5.不规则多边形。
图4旋转振动杆类型
1.一体式，截面形状为椭圆；2.三节式，截面形状为椭圆，三节柱状体之间夹角均为120°。
具体实施方式：
实施例1：
在磁控靶1～8号装配片型铝靶，旋转振动杆采用一体式结构，截面形状为正三角形。向储料仓内加入粒径10～30微米的石英砂，关闭真空腔体腔门，开启真空抽气系统，抽真空至4.3×10-3Pa，通入50sccm纯度为99.999％的氩气，腔体真空度控制在1.5×10-1Pa。开启1～8号铝靶直流电源，调节电流为8A。开启输送装置，控制水平输送速度为0.5m/min，开启转动电机，调整转速为800rpm。开启连续下料装置，控制下料速度为250g/min。粉体由输送带输送通过铝靶溅射区。粉体镀膜完成后，关闭溅射电源、真空系统、输送装置及振动装置，腔体通大气，开启腔门，由收料仓获得10～30微米镀铝石英砂颗粒。
实施例2：
在磁控靶1～4号装配圆柱型铝靶，5～8号装配圆柱型铜靶，旋转振动杆采用三节式结构，截面形状为椭圆形，三节柱状体之间夹角均为120°。向储料仓内加入粒径20～40微米的方解石，关闭真空腔体腔门，开启真空抽气系统，抽真空至6.7×10-3Pa，通入60sccm纯度为99.999％的氩气，腔体真空度控制在2.0×10-1Pa。开启1～4号铝靶直流电源，调节电流为6A；开启5～8号铜靶直流电源，调节电流为5A。开启输送装置，控制水平输送速度为0.8m/min，开启转动电机，调整转速为600rpm。开启连续下料装置，控制下料速度为300g/min。粉体由输送带输送依次通过铝靶溅射区和铜靶溅射区。粉体镀膜完成后，关闭溅射电源、真空系统、输送装置及振动装置，腔体通大气，开启腔门，由收料仓获得20～40微米铝-铜复合镀方解石颗粒。
实施例3：
在磁控靶1～6号装配圆柱型钛靶，旋转振动杆采用四节式结构，截面形状为长方形，四节柱状体之间的夹角均为90°。向储料仓内加入粒径50～60微米的三氧化二铝，关闭真空腔体腔门，开启真空抽气系统，抽真空至6.7×10-3Pa，通入40sccm纯度为99.999％的氩气，腔体真空度控制在1.0×10-1Pa。开启1～6号钛靶直流电源，调节电流为6A；开启5～8号铜靶直流电源，调节电流为5A。开启输送装置，控制水平输送速度为0.8m/min，开启转动电机，调整转速为400rpm。开启连续下料装置，控制下料速度为300g/min。粉体由输送带输送依次通过钛靶溅射区。粉体镀膜完成后，关闭溅射电源、真空系统、输送装置及振动装置，腔体通大气，开启腔门，由收料仓获得50～60微米镀钛三氧化二铝颗粒。

Claims (10)

1.一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备，包括真空腔体(1)、输送带(2)、旋转振动装置(3)、连续下料装置(10)、磁控溅射装置(11)、收料仓(12)和储料仓(13)，其中旋转振动装置(3)包括旋转振动杆(4)、传动杆(5)、联轴器(6)、密封件(7)、法兰(8)和转动电机(9)，其特征在于所述转动电机(9)置于真空腔体(1)外部。
2.根据权利要求1所述的一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备，其特征在于所述旋转振动杆(4)与转动电机(9)通过传动杆(5)、联轴器(6)连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备，其特征在于所述旋转振动杆(4)紧贴输送带(2)下表面。
4.根据权利要求1所述的一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备，其特征在于所述旋转振动杆(4)的截面形状包括正方形、椭圆形、三角形、五边形或不规则多边形。
5.根据权利要求1所述的一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备，其特征在于所述旋转振动杆(4)的类型包括一体式或多节式。
6.根据权利要求5所述的一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备，其特征在于所述多节式旋转振动杆由2～10个柱状体组成，柱状体之间夹角为0°～360°。
7.根据权利要求1所述的一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备，其特征在于所述旋转振动杆(4)可选用不锈钢、铸铁或耐高温橡胶材质。
8.根据权利要求1所述的一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备，其特征在于所述输送带(2)采用特氟龙、硅胶、聚氯乙烯、丁腈橡胶或聚氨酯材质。
9.根据权利要求1所述的一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备，其特征在于所述输送带(2)的输送速度为0.1～5m/min。
10.根据权利要求1所述的一种用于微纳米粉体的磁控溅射连续镀膜设备，其特征在于所述转动电机(9)的旋转速度范围为20rpm～1000rpm。
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