CN107313028B - 原子层沉积装置及具有孔状结构的基材的原子层沉积方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及ALD沉积技术领域，特别涉及用原子层沉积方法对木材、竹材等具有孔状结构的基材进行加工时用的原子层沉积装置及具有孔状结构的基材的原子层沉积方法，本原子层沉积装置，包括沉积腔（7），沉积腔的内侧表面与所沉积的基材的外侧表面的外形和尺寸相匹配，这种具有孔状结构的基材的原子层沉积方法，是将基材设置在沉积腔内，使基材的设置有孔的一端面与沉积腔的进气口相对，通过进气口向基材的孔内通入原子层沉积用的反应气体，将原子层至少沉积在基材的孔内，采用本发明原子层沉积装置及具有孔状结构的基材的原子层沉积方法使得加快了反应气体的流动速度，提高沉积的效率，反应气体用量少，成本低。

Description

原子层沉积装置及具有孔状结构的基材的原子层沉积方法
技术领域
本发明涉及ALD沉积技术领域，特别涉及用原子层沉积方法对木材、竹材等具有孔状结构的基材进行加工时用的原子层沉积装置及具有孔状结构的基材的原子层沉积方法。
背景技术
在现有技术中，木材是广泛使用的材料之一，因其具有天然的纹络和自然的气息被众多人喜爱，广泛用于建筑、装饰装修中，但木材存在着其自身无法弥补的缺陷，比如易腐蚀、易起火、易变形、防水性能差，在潮湿的环境中易滋生有害物质，易被虫蚀，通过原子层沉积的方法可以对木材进行改良处理，但是，现有的原子层沉积装置对木材进行沉积处理时效率低，沉积成本高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术对木材竹材进行原子层沉积处理时沉积效率低的不足，提供一种原子层沉积装置及具有孔状结构的基材的原子层沉积方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种原子层沉积装置，包括沉积腔，所述的沉积腔的内侧表面与所沉积的基材的外侧表面的外形和尺寸相匹配， 当基材设置在所述沉积腔内时沉积腔与基材的外表面紧密接触，在所述沉积腔腔体前壁上设置有进气口，在沉积腔的后壁上设置有出气口，进气口和出气口均朝向基材的纤维断面设置，沉积腔的长度大于等于基材的长度；
所述的沉积腔的前壁为前端盖，前端盖与沉积腔侧壁密封活动连接,和/或所述沉积腔的后壁为后端盖，后端与沉积腔侧壁密封活动连接；
在所述的沉积腔内至少在前端盖内侧设置有匀流装置，所述匀流装置为气体流通的通道，在匀流装置的前壁二上设置有通气孔一，在其后壁二上设置有N个通气孔二，所述匀流装置的前壁二面向沉积腔的进气口，且进气口与通气孔一连通，由所述匀流装置的后壁二面向所述基材的纤维断面设置，所述基材的纤维端面与匀流装置的后壁二间可留有间隙或与后壁紧密接触；
在所述的进气口和出气口处分别设置有密封阀，可分别密封进气口和出气口；
设置有真空装置，真空装置与沉积腔内腔连通；
所述反应气体提供装置的供料管路通过密封阀一与沉积腔的进气口连通；
所述真空装置的抽气管路与进气口和/或出气口连通，在所述真空装置的抽气管路上设置密封阀二。
本发明进一步的提供的是具有孔状结构的基材的原子层沉积方法，将基材设置在沉积腔内，使基材的设置有孔的一端面与沉积腔的进气口相对，使基材的外侧壁与沉积腔的内侧壁紧密接触，基材的前端面和后端面与沉积腔的前端和/后端间紧密接触或留存间隙，通过进气口向基材的孔内通入原子层沉积用的反应气体，将原子层至少沉积在基材的孔内；
所述基材的孔为通孔，通孔的另一端面与沉积腔的出气口相对设置；
在通入反应气体前给沉积腔抽真空，使基材孔内真空。
采用本发明结构的原子层沉积装置，由于其内腔的内侧壁与基材的外侧壁的形状和大小都相同，因此沉积时反应气体只能沿着基材存在的空隙运动，加快了反应气体的流动速度，提高沉积的效率。
采用本发明的具有孔状结构的基材的原子层沉积方法对基材进行原子层沉积，由于基材侧内壁紧密设置在沉积腔的外壁内，反应气体的进气口对应着基材的孔的开口，因此反应气体多进入到基材孔内少量进入到基材的侧壁上或并不沉积在侧壁上，因此沉积效率高，反应气体用量少，成本低。
附图说明
图1为本发明原子层沉积装置实施例结构示意图，图中所示，基材设置在沉积腔内，没有沉积原子层；
图2是设置有匀流装置的原子层沉积装置实施例结构示意图，图中所示，已对基材沉积完毕；
图3是设置有匀流装置的原子层沉积装置另一实施例结构示意图，图中所示，已对基材沉积完毕。
附图标记说明
1-进气口 2-出气口 3-匀流装置 4-密封阀一 5-纤维孔 6-基材 7-沉积腔 9-阻气膜 11-通气孔一 12-通气孔二 13-端盖 14-真空装置的抽气管路 15-密封阀二 16-反应气体供气管 17-真空装置。
实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步地描述：
本发明充分利用原子层沉积的自限制性，采用ALD方式在木材、木制品、竹子、竹子制品的纤维壁表面成膜。具体实施方法如下：为了方便叙述，将木材、木制品、竹子、竹子制品统称为基材。
采用原子层沉积设备对基材进行处理。为叙述方便，本发明中将沉积腔的设置有进气口的一侧称为“前”。
如图1-3所示，在对本基材进行原子层沉积处理时，其设备中沉积腔7优选采用如下结构：沉积腔的内腔与所沉积的基材6的外形需吻合，当基材设置在沉积腔7内后基材的侧外表面与沉积腔的内表面紧密接触，基材的前端面和后端面可与沉积腔的前壁接触也可不接触，最好是留一定的间隙，方便气体流通，也就是沉积腔的内侧表面与基材的外侧表面的尺寸相等，当基材设置在沉积腔内时基材外侧表面与沉积腔的内侧表面无间隙设置，沉积腔内腔的前后长度大于基材的长度。沉积腔设置有进气口1和出气口2与原子层沉积设备的反应气体的供气系统相连通，进气口和出气口均可设置密封阀一4对进气口和出气口进行密封，进行原子层沉积时需将基材6按其纤维的长度方向顺着通气的方向设置在沉积腔7内，使反应气体的通入方向与纤维的长度方向顺向，这样可以保证反应气体在纤维孔5的内壁内和纤维与纤维的间隙中流动，使反应气体沉积在纤维孔5的壁上及纤维与纤维的间隙内，在纤维的孔壁和外壁上形成金属氧化物阻气膜9，这层阻气膜可以阻气阻水，因此可以防止本纤维或竹纤维吸收外界的水份，因此可以起到防潮、防腐、防火、防变形的作用。优选在基材上生长如下金属氧化物Tio2 、 Al2o3 、 Hfo2 、 Zro2 、 Zno 、 V2o5。为便于基材进出沉积腔，沉积腔的端盖13与侧壁间活动密封连接，比如前端盖与侧壁间通过密封件密封连接，也可以是前端盖和后端盖均与沉积腔密封连接。
进行原子层沉积时，先将基材设置在沉积腔内，再由进气孔一1通入反应气体，直到沉积完成。
优选为原子层沉积装置设置匀流装置3，本匀流装置为前壁二设置有通气孔一11、后壁设置有通气孔二12的气体流通通道，气孔二12为多个密布在匀流装置的前壁下上，当匀流装置设置在前端盖处时，匀流装置的通气孔一11与沉积腔的进气口1相连通，通气孔二12面向基材的纤维的断面设置，匀流装置的后壁外表面与基材断面可紧密接触，也可留有适当间隙。采用本装置对基材进行原子层沉积，气流通过通气孔一进入到气流通道内后在气流通道内被分散并均匀地通过通气孔二流向纤维孔及纤维与纤维形成的孔隙间，使沉积速度更快。
作为另一实施例，在沉积腔的后端盖内侧也设置匀流装置，匀流装置的通气孔一与出气口连通，匀流装置的通气孔二面向沉积腔的内腔设置且通气孔二的开口方向与纤维的伸长方向一致。进行原子层沉积时，匀流装置设置在端盖内侧位于沉积腔内，基材设置在前后两匀流装置间，其周边与沉积腔的内腔紧密接触，其纤维的两端的断面与匀流装置的后壁可紧密接触也可留有一定间隙，当需要在基材端面沉积原子层时，则留间隙，如果不想在端面设置原子层时，需紧密接触，不留间隙。
还可设置抽真空装置17，对沉积腔抽真空，抽真空的真空孔可设置在沉积腔的前壁二、后壁二上，也可将真空装置的抽气管路14设置与反应气体供气管16相连通，在真空装置的抽气管路14上设置密封阀二15，在对基材进行原子层沉积前先对沉积腔也就是基材抽真空，可促进反应气体在纤维孔内流动，可进一步提高原子层沉积的效率。
本发明的方法还适用于设置有人造孔的基材的原子层沉积，效果更好。孔可以是通孔，也可以是盲孔。

Claims (5)

1.一种原子层沉积装置，包括沉积腔（7），其特征在于，所述的沉积腔的内侧表面与所沉积的基材的外侧表面的外形和尺寸相匹配， 当基材设置在所述沉积腔内时沉积腔与基材的外表面紧密接触，在所述沉积腔腔体前壁上设置有进气口（1），在沉积腔的后壁上设置有出气口（2），进气口和出气口均朝向基材的纤维断面设置，沉积腔的长度大于等于基材的长度，所述的沉积腔的前壁为前端盖，前端盖与沉积腔侧壁密封活动连接,和/或所述沉积腔的后壁为后端盖，后端盖与沉积腔侧壁密封活动连接，在所述的沉积腔内至少在前端盖内侧设置有匀流装置，所述匀流装置为气体流通的通道，在匀流装置的前壁二上设置有通气孔一，在其后壁二上设置有N个通气孔二，所述匀流装置的前壁二面向沉积腔的进气口，且进气口与通气孔一连通，由所述匀流装置的后壁二面向所述基材的纤维断面设置，所述基材的纤维端面与匀流装置的后壁二间可留有间隙或与后壁紧密接触，在所述的进气口和出气口处分别设置有密封阀，可分别密封进气口和出气口；设置有真空装置，真空装置与沉积腔内腔连通。
2.如权利要求1所述的一种原子层沉积装置，其特征在于，所述真空装置的抽气管路与进气口和/或出气口连通，在所述真空装置的抽气管路上设置密封阀二。
3.具有孔状结构的基材的原子层沉积方法，采用权利要求1-2任意一项所述的原子层沉积装置进行沉积，其特征在于，将基材设置在沉积腔内，使基材的设置有孔的一端面与沉积腔的进气口相对，使基材的外侧壁与沉积腔的内侧壁紧密接触，基材的前端面和后端面与沉积腔的前端和后端间紧密接触或留存间隙，通过进气口向基材的孔内通入原子层沉积用的反应气体，将原子层至少沉积在基材的孔内。
4.如权利要求3所述具有孔状结构的基材的原子层沉积方法，其特征在于，所述基材的孔为通孔，通孔的另一端面与沉积腔的出气口相对设置。
5.如权利要求4所述具有孔状结构的基材的原子层沉积方法，其特征在于，在通入反应气体前给沉积腔抽真空，使基材孔内真空。
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