CN111058009A - 一种金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线 - Google Patents

Abstract

一种金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线，包括镀膜室，分前后两段，前后段各腔室的一侧面对应都开了窗口，对应于各窗口的机架一侧，各设有垂直于机架的轨道；前段置平面矩形阴极电弧源装置，包括靶材和移动小车，靶材固定在移动小车立面板上且位于支承抽屉盒内；移动小车行走在垂直轨道上、上面设有由框架和立面板组成的密封门托架，立面板朝向窗口方向的面为密封面与窗口的窗框对应密封设计，立面板上固定着伸向窗口的槽型的支承抽屉；后段置旋转柱状中频磁控贱射靶装置，包括溅射靶和移动小车组件，溅射靶固定在立面板上且位于支承抽屉盒内；通过移动小车使靶材和溅射靶分别推入或拉出各腔室。本发明镀膜镀层颜色均匀稳定且工艺过程可靠。

Description

一种金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线

技术领域

本发明涉及一种真空镀膜设备，尤其涉及一种采用平面矩形阴极电弧源沉积的金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线。

背景技术

PVD技术经过多年发展，卷绕式真空镀膜设备近年发展较快，卷绕式真空镀膜应用也较多。在早期卷绕式真空镀膜设备主要用于整卷塑胶薄膜真空镀铝膜，多用在包装领域。经过不断的技术进步，卷绕式真空镀膜己推广应用到SiO2、ITO膜、介质膜等生产。卷绕式镀膜是一种高速度、高效率的连续镀膜生产方式，成吨重整卷塑胶薄膜从一头放卷至另一头收卷，薄膜以每分钟数十米的走带速度，经过镀膜区完成镀膜。例如镀铝膜时，会采用与薄膜带同宽的一排石墨发热舟，通电让石墨舟发热，同时连续向发热的石墨舟内送铝丝，通过高温蒸发铝沉积在上方的高速运动的胶塑带上成膜；为防止胶带受热变形，要让胶带贴在冷冻的旋转辊上，一边输送一边镀膜。

卷绕式快速镀膜的技术难点：高速镀膜同时保证膜层均匀性，保证高速走带纵向拉力均匀，胶带不起皺，同时保证胶带左右不走偏。

卷绕式镀膜另一发展方向是要求在金属箔带上镀膜，包括镀铜膜、反应镀各种彩色介质装饰膜等。这是多年来行业期望实现的高速高效的镀膜新技术。但在金属箔带上真空卷绕镀膜困难非常大。其一，整卷金属箔带重十多二十吨、上千米长，涉及大驱动力在真空中高速输送金属帶技术，涉及一米多宽金属箔帶高速走帶纵向張力均勻和横向張力均匀，以保证板面平整和不走偏问题；涉及一米多带宽范围内和上千米帶长的膜厚和膜层颜色均勻一致问题，涉及整卷箔带镀层表面无划伤、无掉膜、无镀膜缺陷问题等。以前的工作有进口的卷绕金属箔帶镀膜机，用大功率电子枪蒸发镀铜膜的案例，这类镀纯金属膜产品相对简单些。近来中国专利CN104862662B〝多功能连续式真空等离子体镀膜系统〞，公开了采用小圆弧靶阴极电弧卷绕金属箔带离子镀膜系统，是靠小圆阴极电弧靶同时进行离子轰击清洗和镀膜；前些时候也有人显示过采用磁控溅射卷绕金属箔带离子镀的设计方案。上述方案都是应用于离子镀彩色装饰不锈钢箔带的，但均存在许多问题有待解决，技术方案不甚理想。当前存在较突出的问题：如整卷金属箔带离子镀颜色的均匀性和稳定性不理想，整卷箔带的镀层结合力的牢固度和可靠性差等。

现有用于镀制装饰性镀层的金属箔帶卷绕离子镀膜连续生产线的主要组成包括以下腔室：放卷舱--加热舱--离子轰击刻蚀舱--镀膜舱--冷却与箔带張力调整舱--收卷舱。

其中技术特点：

加热舱：采用不锈钢管状加热棒组加热，这是通用技术；

离子轰击刻蚀舱：采用多只小圆形阴极电弧源、高偏压电弧离子轰击刻蚀，或采用长条形阳极层离子源离子束刻蚀；前者在离子刻蚀的同时，有大颗粒电弧靶材沉积在基体表面上，使镀层粗糙，而且多靶运行刻蚀的均勻性、可靠性较差；后者长条形阳极层离子源制造技术要求高，维护困难，成本高。

镀膜舱：采用多个小圆阴极电弧源排列成阵列进行电弧镀膜(如钛)，同时通入反应气体(如氮)，合成仿金色氮化钛膜。由于它是靠多个小圆形靶发射锥形的鈦金属等离子体交叠镀膜，各靶之间会存在异差，显然难以十分均匀的；如果其中一只靶熄弧，就更难处理。工艺稳定性、可靠性差。

其他各舱如放卷、收卷、冷却和張力调节等多采用现有的机械行业技术。

但，上述方案有不足之处：

1.加热舱前没有专门的除胶工序，由于抛光箔带表面有保护纸粘贴，撕开后会有残留粘胶，在箔带加热工序前最好有手段清除，以提高镀膜质量，仅靠现有的辉光放电氩等离子体刻蚀除胶效果不够好；

2.等离子轰击刻蚀靠多只小弧靶发射等离子体互相交叠补偿难以获得良好均勻性；

3.反应离子镀膜采用多个小圆形阴极电弧排成陣列镀膜镀层颜色不够均匀及不够稳定，工艺过程也不够可靠；

4.没有设在线实时监测箔带横向和纵的镀层颜色L*a*b*值和色差装置，不能根据实时显示色差及时修正镀膜工艺参数，以保证颜色均匀性和一致性。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题，就是提供一种镀膜镀层颜色均匀稳定且工艺过程可靠的金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线。

进一步地，本发明还能在线实时监测箔带横向和纵的镀层颜色L*a*b*值和色差，可及时修正工艺参数，保证颜色均匀性和一致性。

再一步地，本发明还能实现除胶效果良好及离子刻蚀均勻、彻底、又无大颗粒沉积。

解决上述第一个技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线，包括依次前后真空连接的放卷舱1、加热舱10、离子轰击刻蚀舱14a、镀膜舱14b、冷却与箔带張力调整舱15和收卷舱19，其特征是：所述的镀膜舱14b采用阴极电弧+中频磁控溅射镀膜两种技术组合配置；

所述的镀膜舱14b包括：

镀膜室，为若干连通的扁形箱体，支承在一镀膜室机架25上，镀膜室分前后两段，前段为平面矩形阴极电弧镀膜段、后段为中频磁控溅射镀膜段，前后段各箱体的一侧面对应都开了窗口，对应于各窗口的机架一侧，各设有垂直于机架的轨道；(前后段都有若干支靶，所以占有多个箱体和多个窗口)

平面矩形阴极电弧源装置Ⅲ，包括平面矩形阴极电弧源组件91和与第一移动小车组件相同的第三移动小车组件，包括靶材91-2的平面矩形阴极电弧源组件固定在立面板上且位于支承抽屉盒内；

所述的第一移动小车组件包括：移动小车40、滑轮组件、密封门托架41和支承抽屉盒41-0；移动小车40的底部安装滑轮组件行走在所述垂直于机架的轨道上、上面设有由框架和平行于等离子体除残留胶腔室前段的侧面所述窗口的立面板组成的密封门托架41，立面板朝向窗口方向的面为密封面与所述窗口的窗框对应密封设计，立面板上固定着伸向所述窗口的槽型的支承抽屉41-0；

旋转柱状中频磁控贱射靶装置Ⅳ(工作时旋转)，包括旋转柱状中频磁控溅射靶组件和与第一移动小车组件相同的第四移动小车组件，包括旋转柱状中频磁控溅射靶92的旋转柱状中频磁控溅射靶组件固定在立面板上且位于支承抽屉盒41-0内。

通过各自移动小车在垂直于机架的轨道上的来回行走，使得各自安装在移动小车组件上的平面矩形阴极电弧源91和旋转柱状中频磁控溅射靶92从对应的窗口分别推入或拉出镀膜室。

所述的平面矩形阴极电弧源组件91包括靶座91-1、靶材91-2、靶压条91-3和平面矩形阴极电弧源接头91-4；靶压条91-3压在长方形平板的靶材91-2的周边上，以螺钉固定在呈平面长方形的靶座91-1上，靶座91-1通过平面矩形阴极电弧源接头91-4与移动小车40上的密封门托架(平面矩形阴极电弧源)41-2 的立面板密封绝缘连接，并绝缘支承在抽屉盒41-0上。平面矩形阴极电弧源组件安装在前述同样的移动小车40上。移动小车把半面矩形阴极电弧源组件推进镀膜室内时，靶材91-2沿钢箔带宽度方向延伸并位于向前输送的钢箔带下方。

所述的旋转柱状中频磁控溅射靶组件包括：旋转柱状中频磁控溅射靶92、旋转柱状中频磁控溅射靶绝缘座92-1和旋转柱状中频磁控溅射靶接头92-2；旋转柱状中频磁控溅射靶92的右端通过旋转柱状中频磁控溅射靶接头92-2与移动小车上的密封门托架(中频磁控溅射靶)41-3的立面板密封绝缘连接，同时，旋转柱状中频磁控溅射靶92的尾端有旋转柱状中频磁控溅射靶绝缘座92-1支承，固定在支承抽屉盒41-0上。旋转柱状中频磁控溅射靶组件安装在前述同样的移动小车40上。移动小车40把旋转柱状中频磁控溅射靶组件推进镀膜室内时，旋转柱状中频磁控溅射靶92沿箔带宽度方向延伸并位于向前输送的箔带下方。

还设有分子泵，用于使镀膜室14b形成高真空，负偏压装置(未画出)，在金属箔带与腔室壁之间施加上负偏压。

进一步地，本发明还能在线实时监测箔带横向和纵的镀层颜色L*a*b*值和色差，可及时修正工艺参数，保证颜色均匀性和一致性。

在所述的冷却与带張力调整舱与收卷舱之间增设在线实时镀层颜色光谱监测舱，其包括：

光谱测色腔室18、探头保护蓋板94、在线光学检测监测分析反射测量探头95、在线光学检测监测分析装置96、光纤信号线97、控制机柜98和鍍膜腔室机架26；光谱测色腔室18支承在镀膜室机架26上，输送过来的己镀膜箔带93颜色面朝下，其下方的在线光学检测监测分析反射测量探头95对着箔带颜色面，箔带与探头之间设有一探头保护蓋板94防止损伤探头，利用镀层反射回探头的光谱进行实时测色，即反射光谱进入在线光学检测监测分析装置96进行分析计算，通过光纤信号线97输送到控制机柜98，实时显示和貯存颜色值L*a*b*和色差值。工作人员根据显示结果进行及时处理。这是同类生产线首次配置的在线实时测色装置，它横跨箔带沿带宽布置若干个反射式光谱测色探头，测色信号经过软件处理，可以进行测量镀层横向色差分布，又可以在箔带前进过程快速取样，连续测量纵向色差变化。每点每次测量速度1000ms。

优选地：

所述的移动小车40与其上面的密封门托架41通过一连接滑动头组件连接，其结构为：在移动小车40 的底板竖孔中从下往上穿入一带凸肩的小车连接头66，並用内六角圆柱头螺钉65将它们固连在一起，小车连接头66的上端穿入密封门托架41的底板的竖孔中，並套在带凸环的小车连接头隔套64内，小车连接头 66外端面与密封门托架41的竖孔的上端面平行，设有小车连接头挡圈63卡在密封门托架底板竖孔上，以内六角圆柱头螺钉62把小车连接头挡圈63与小车连接头66固定在一起；密封门托架41的竖孔或移动小车40的竖孔其中一为长条孔槽，使小车连接头66可灵活滑动调整取位。

进一步地，本发明在所述放卷舱1与加热舱10之间，还设有真空离子除残胶舱9；

所述的真空离子除残胶舱包括：

等离子体除残留胶腔室,为扁形箱体，支承在一等离子体清除残胶腔室机架24上，腔室分为前后两段，前段为高压辉光放电刻蚀除残胶段，后段为柱状弧光电子源(除胶)刻蚀段，腔室的侧面对应开了前后两个窗口，对应于所述两个窗口的机架一侧，各设有垂直于机架的轨道；

分子泵，用于使等离子体除残留胶腔室9形成高真空；

负偏压装置(未画出)，在金属箔带与腔室壁之间施加上负偏压；

高压辉光放电刻蚀除残胶装置组件I，包括离子清除残胶高压棒组件和第一移动小车组件；包括等离子体清除残胶高压棒42的离子清除残胶高压棒组件固定在立面板上且位于支承抽屉盒内；

柱状弧光电子源(除胶)刻蚀装置组件Ⅱ，包括柱状弧光电子源和与第一移动小车组件相同的第二移动小车组件；所述的柱状弧光电子源固定在立面板上且位于支承抽屉盒内。

通过各自移动小车在垂直于机架的轨道上的来回行走，应使得各自安装在移动小车组件上的等离子体清除残胶高压棒42和柱状弧光电子源可从对应的窗口分别推入或拉出腔室9。

所述的离子清除残胶高压棒组件包括等离子体清除残胶高压棒42、高压棒绝缘座43、高压棒封板44 和高压棒密封引入接头Ⅰ-Ⅰ；等离子体清除残胶高压棒42的右端通过高压棒密封引入接头Ⅰ-Ⅰ穿过所述密封门托架41的立面板并实现密封固连后、外接高压棒专用电源的负极(未画出)，专用电源正极接地。等离子体清除残胶高压棒42的左端有高压棒封板44，固定在所述支承抽屉盒41-0上的高压棒绝缘座43支承着高压棒42的尾部；当支承抽屉盒41-0被推进腔室内时，高压棒42沿箔带宽度延伸并位于向前输送的箔带下方。

所述的密封引入接头Ⅰ-Ⅰ结构包括引线轴45、小圆螺母46、垫圈47、內六角圆柱头螺钉48、引线绝缘座49、O型圈50、衬板螺母51、內六角圆柱头螺钉52、屏蔽罩53和O型圈54；引线轴45是一只下端大上端细的台阶式轴，下端最前段有粗螺纹用与高压棒42螺纹连接，下端之后为一凸肩，凸肩之后为较细直径圆轴，最后的上端头处有螺纹，引线绝缘座49是一端带凸环的套筒绝缘体，它穿入密封门托架41的立面板上的水平孔，用內六角圆柱头螺钉48固连，并用O型圈50实现端面密封；上述引线轴45的上端细轴从引线绝缘座通孔下端向上穿入，在引线绝缘座凸环上端面处套入垫圈47后，用两只小圆螺母46拧紧固定，此时引线轴的下凸肩上端面抵住引线绝缘座49的下端面，用O型圈54实现内表面密封；衬板螺母 51焊接在密封门托架41的立面板的背面，再用內六角圆柱头螺钉52把屏蔽罩53固定在衬板螺母51上，保护引线绝缘座49不受污染，外接电源的负极引线端子就连接在引线轴45的上端细轴端头上。

所述的柱状弧光电子源包括：旋转柱状阴极电弧靶体67(工作时旋转)、旋转柱状阴极电弧靶接头67-2、旋转柱状阴极电弧靶绝缘座67-1、弧光电子源屏蔽板70、弧光电子源侧窗68、弧光电子源端头屏蔽板73、进水波纹管69、回水波纹管72、弧光电子源供气管71和辅助阳极组件；旋转柱状阴极电弧靶体67的右端通过旋转柱状阴极电弧靶接头67-2穿过所述密封门托架41的立面板并实现密封固接后、外接电弧电源(未画出)负极(电源正极接炉腔壁并接地)，固定在所述支承抽屉盒41-0上的旋转柱状阴极电弧靶绝缘座67-1 支承着旋转柱状阴极电弧靶的尾端；当支承抽屉盒41-0被推进腔室内时，旋转柱状阴极电弧靶体67沿箔带宽度延伸并位于向前输送的箔带下方；所述旋转柱状阴极电弧靶体67朝向金属箔带方向及周边设有旋转柱状阴极电弧屏蔽板70，不让阴极电弧起弧时的弧光放电等离子体直射向箔带；在遮挡板侧旁留有弧光电子源侧窗68；在旋转柱状阴极电弧屏蔽板70的上方，处在上屏蔽板与箔带之间的空间之上，安装有辅助阳极组件的辅助阳极棒85，辅助阳极棒85施加正电位；还设有冷却进水穿过密封门托架41引入，通过进水波纹管69进入中空的旋转柱状阴极电弧靶体67内腔，冷却水在上述内腔循环冷却后，回水流出靶腔，经回水引管再经回水波纹管72导出腔室外，弧光电子源供气管71置于柱状阴极电弧靶附近。

所述的弧光电子源的辅助阳极组件由阳极接头组件和阳极棒体组件组成，右边端头为阳极接头组件，包括：快速接头74、阳极水接头75、阳极接头76、内六角圆柱头螺钉77、绝缘套78、O型圈79、阳极密封法兰80、阳极安装板81、O型圈82和阳极接头绝缘83。阳极接头76是外形复杂的中空管，右端头部有內孔螺纹，在靠右端中段有凸环肩法兰，左端头直径收细并有螺纹，阳极接头的右端头部的内孔螺纹与阳极水接头75的螺纹固连，其上端再连接快速接头74，成为进水口，阳极水接头75连接进水导管，它穿行阳极接头76中空内管腔，并伸进阳极棒(中空)85内管腔，阳极接头76靠右端头有侧开孔，连接另一快速接头74，与阳极接头76的内管腔环形回水道连通，成为回水出口；阳极安装板81通过螺钉固定在密封门托架(离子刻蚀清洗)41-1的密封门上，并通过O型圈82实现密封，从阳极接头76左端套入端面带法兰套筒状的阳极密封法兰80，让该法兰端面扺住阳极接头76的凸环肩法兰端面，把阳极接头76左端头连同阳极密封法兰80一起穿过阳极安装板81和密封门托架(离子刻蚀清洗)41-1的通孔，让阳极绝缘法兰80 压在阳极安装板81上，通过套有绝缘套78的內六角圆柱头螺钉77，穿过法兰孔把阳极接头绝缘固连在阳极安装板81上，并通过两只O型圈79实现密封，在密封门托架(离子刻蚀清洗)41-1与阳极接头之间孔隙套装管状的阳极接头绝缘83，确保绝缘。

所述的阳极棒体组件又包括：阳极棒绝缘套84、阳极棒85、O型圈86、O型圈87、阴极棒堵头88、阳极棒绝缘座89、内六角圆柱头螺钉90。阳极棒是一支空心管，其右端头有内螺纹与阳极接头左端细径外螺纹连接，实现电连接，阳极棒左端头有阳极棒堵头88堵塞阳极棒(管)端，并用O型圈87、86实现密封，阴极棒左端下方由阳极棒绝缘座89支承，该绝缘座用内六角圆柱螺钉90固定在支承抽屉盒41-0上，阳极棒右端外套有阳极棒绝缘套84，它和前述在密封门托架(离子刻蚀清洗)41-1与阳极接头孔隙之间套装的阳极接头绝缘套83采用套接，确保阳极棒绝缘并不受污染，阳极水接头75连接的进水导管，穿过阳极棒85 中空腔直至右端，进水从导管高速流出，沿导管外壁与阳极棒管内壁形成的环状水道回流，冷却阳极棒。

所述等离子体除残留胶腔室9还设有供气口和布气管供入氩气。

进一步地，本发明还实现了刻蚀均勻、彻底、又无大颗粒沉积的离子刻蚀，即在镀前离子轰击刻蚀采用柱状弧光电子源增強輝光放电氩等离子体刻蚀；也即在弧光电子源离子刻蚀腔室14a中采用与上述柱状弧光电子源刻蚀除胶装置组件Ⅱ结构相同的柱状弧光电子源刻蚀装置组件，用于对箔带表面进行更有效、更均匀地离子刻蚀清除箔带表面的污垢和氧化皮，取代现有的不甚理想的小圆靶阴极电弧或阳极层离子源离子刻蚀技术。本发明采用多组并排柱状弧光电子源刻蚀装置，可进行连续彻底的离子刻蚀清洁，每组柱状弧光电子源刻蚀装置组件均与上述结构完全相同，参照上述描述，在此不再重复。

以下是本发明的创新技术特色，超越现有金属箔帯卷绕生产线所用技术：

(1)离子除残胶采用高压辉光放电氩等离子体刻蚀清除技术，比常用辉光放电氩等离子体刻蚀除胶更有效。在本工序同时采用自行研发的柱状弧光电子源增強氩輝光等离子体刻蚀除胶，更为彻底。

(2)离子轰击刻蚀，不采用现有的阴极电弧加高偏压或阳极层离子源发射离子束方法，而采用自行研发的柱状弧光电子源增強氩輝光等离子体轰击，去污效果更好、更均匀、提高膜基结力、减少掉膜，且镀层更光滑。

(3)反应离子镀膜摒弃用多个小圆形阴极电弧排成陣列镀膜的方法，采用自行研发的专利(专利号 201110425157.5一种组合磁场的矩形平面阴极电弧蒸发源)技术，即组合磁场平面矩形阴极电弧源，该平面矩形阴极电弧源具有中央为一列永磁体在其外周分别绕有内外两圈长橢圆电磁绕组的组合磁场结构，可在靶面上获得较宽的且较平坦的栱形磁力线栱顶包络，它发射等离子体束较宽、较均匀，靶材利用率高，使用寿命更长。以多支平面矩形电弧源平行排列进行镀膜，保证镀层颜色更均匀，更稳定，工艺过程更可靠。当然，也可采用多支旋转柱状阴极电弧源并排镀膜。为了更容易调控多种复杂颜色，如玫瑰金色、香槟色等，特增设多支并排的柱状旋转中频磁控溅射阴极进行镀膜，以实现一机多用途。

(4)建立在线光谱反射比色差测量系统，可以实时监测箔带横向和纵的镀层颜色L*a*b*值和色差，便于及时修正镀膜工艺参数，保证颜色均匀性和一致性。

本发明改用多支并排平面矩形阴极电弧靶的方案，以矩形阴极电弧的发射等离子体均匀性的明显优势，从根本上提高镀膜均匀性；在需要实现特殊色种镀膜时，则采用多支并排旋转柱状磁控溅射靶进行精细调色，这些都是在单舱体立式机镀膜实践中得到证实的有效方法。同时在生产线上安装在线实时快速测定镀层颜色值的监控仪，提供对刚完成沉积的镀层实时测定颜色值，即时获取颜色均匀性和一致性的数据，可以在线及时调整工艺参数修正色差；另外在镀膜前采用自行研发的新式的柱状弧光电子源，增强辉光放电氩等离子体对金属箔带进行离子刻蚀，比传统的輝光离子刻蚀更有效、更沏底，从而提高膜/基结合力，使之更牢固、不掉膜。又比采小圆型阴极电弧离子轰击清洗刻蚀更均匀避免大颗粒使镀层表面粗糙化。为了减少金属箔带划伤，箔带卷在炉外清洗后，先在箔带表面覆贴保护纸帶，进入镀膜线放卷送帶前，再分离保护纸，並在镀完膜后收卷时，立即覆贴保护纸。这样可避免收、放卷时划花帶面。但覆贴保护纸的金属箔帶表面会残留粘胶，本发明则增加用弧光电子源增強氩等离子体除残留胶工序，以确保金属箔帶表面洁净。本发明方案提高了金属箔带卷绕镀膜颜色的均匀性，提高镀层与基体的结合力，提高金属箔帶镀层质量，提高了金属带箔卷绕离子镀膜技术的可靠性和稳定性。

本发明的益处：

(1)采用高压辉光放电氩等离子体刻蚀清除残胶技术，比常用辉光放电氩等离子体刻蚀除胶更有效。

(2)采用自有技术的柱状弧光电子源，从中引出大于箔带宽范围的均勻的强大电子流，以增強氩辉光放电等离子体，对箔带表面进行增强离子轰击清洗刻蚀作用，用于镀膜段前刻蚀去除箔带上的污染和氧化皮。与单纯氩辉光放电等离子体的清洗刻蚀效果比较，其清洗刻蚀更快、更有效、更彻底，提高了工效，提高了膜基结合力；与用小圆形阴极电弧源的弧光放电等离子体轰击刻蚀对比，刻蚀更均匀、工艺更稳定，避免了产生大颗粒沉积，导致箔带表面粗糙化。柱状弧光电子源增強氩辉光放电等离子体刻蚀技术也可用于加热段前以去除箔带上的残留粘胶，除残胶更彻底。

(3)采用多条并排平面矩形阴极电弧源(或柱状旋转阴极电弧源)进行反应离子镀膜，比以往用多个小平面圆型阴极电弧阵列的镀膜方案，镀膜的均匀性、稳定性、可靠性更优越；后者方案必须采用许多个小圆形电弧靶，靠发射锥形等离子体互相交错叠合镀膜，其镀膜均匀性差。小圆型电弧源数量多，且交错分布，其故障率高，若某处小圆电弧出现故障，镀膜不均匀性难以弥补。

(4)采用平面矩形阴极电弧源和旋转柱状中频磁控溅射靶两种技术镀膜区组合，兼容两种阴极靶的特点，适应一机生产多种颜色镀层产品。如平面矩形阴极电弧镀区主要用钛靶，生产仿金氮化钛类膜系，镀膜速度快，颜色L*值高；而中频磁控溅射镀区主要配钛铝合金靶，生产玫瑰金类等复杂颜色膜系，镀膜速度虽然慢些，但镀层颜色容易调控。

(5)首次采用在线光谱反射比色差测量系统，可以实时监测箔带横向和纵向的镀层颜色L*a*b*值和色差，便于及时修正镀膜工艺参数，保证颜色均匀性和一致性。

(6)本金属卷绕连续镀膜生产线，用于不锈钢箔帶反应离子镀装饰性多种颜色膜层产品，以整卷上千米箔带镀膜方式，比单張2-3米板镀膜方式，減少频繁开炉门破真空造成污染，提高工效和镀膜质量，产能和生产效率提高若干倍，既大大地降低成本，又大大地提高了镀层颜色的均匀性和一致性。

附图说明

图1为金属箔带卷绕绕离子镀连续镀膜生产线正视示意图；

图2为金属箔带卷绕绕离子镀连续镀膜生产线俯视示意图；

图3a为离子除残胶舱的高压辉光放电刻蚀除残胶装置(Ⅰ)主视示意图；

图3b为离子除残胶舱的高压辉光放电刻蚀除残胶装置(Ⅰ)俯视示意图；

图3c为离子除残胶舱的高压辉光放电刻蚀除残胶装置(Ⅰ)左视示意图；

图4为图3a中的Ⅰ-Ⅰ高压棒密封引入结构局部放大示意图；

图5为图3a中的Ⅰ-Ⅱ靶门移动小车滑轮组件局部放大示意图；

图6为图3b中的Ⅰ-III靶门移动小车靶门连接头局部放大示意图；

图7a为弧光电子源离子刻蚀清洗装置(Ⅱ)主视示意图；

图7b为弧光电子源离子刻蚀清洗装置(Ⅱ)俯视示意图；

图7c为弧光电子源离子刻蚀清洗装置(Ⅱ)左视示意图；

图8为图7a中的弧光电子源的阳极结构(Ⅱ-Ⅰ)示意图；

图9a为镀膜室的平面矩形阴极电弧装置(Ⅲ)主视示意图；

图9b为镀膜室的平面矩形阴极电弧装置(Ⅲ)俯视示意图；

图9c为镀膜室的平面矩形阴极电弧装置(Ⅲ)左视示意图；

图10a为镀膜室的旋转柱状中频磁控溅射阴极靶装置(Ⅳ)主视示意图；

图10b为镀膜室的旋转柱状中频磁控溅射阴极靶装置(Ⅳ)俯视示意图；

图10c为镀膜室的旋转柱状中频磁控溅射阴极靶装置(Ⅳ)左视示意图；

图11在线光谱测色管理系统(Ⅴ)示意图。

附图另部件标注说明见下表。

附图标记表

具体实施方式

下面结合附图进一步详细说明本发明。

图1为金属箔带卷绕离子镀连续镀膜生产线主视示意图，图2为图1的俯视示意图。

两图显示整条生产线布局结构，生产线分为依次前后真空连接的八个舱，其中第一舱为放卷舱1、第二个为真空离子除残胶舱9、第三个为加热舱10、第四个为弧光电子源离子轰击刻蚀舱14a、第五个为镀膜室14b、第六个为冷却与箔带張力调整舱15、第七个为在线颜色检测腔室18、第八个为收卷舱19。

生产线各舱的前端和后端均有移动门，用于箔带卷的进出。第二、四、五个舱均涉及使用靶材的舱室，相关舱室分成若干分腔室，采用抽屉式结构，把上述相应靶材固定在抽屉盒内，在腔室的侧面开有抽屉窗口，抽屉盒从窗口横插入腔室内，在抽屉盒端头对应窗口位置為密封门，合拢时可实现密封。

把抽屉盒安装在移动小车上，沿轨道从上述侧向窗口推进或拉出腔室，这样方便更换靶材和维修。

生产线中第二、四、五、七个舱设置拥有本发明技术特征，以下分别说明。

第一个放卷舱包括：箱式放卷室腔室1、分子泵2、放卷箔带小车3、纸卷(收卷)4、不锈钢钢卷(放卷) 5、挡板阀6、放卷室真空管道7、导向辊8、机械泵27、罗茨泵28、主传动伺服电机29、主传动连轴器30、主传动减速机31、主电机固定架32、纸卷伺服电机33、纸卷減速机34、操作台37和移动门1-1。

图示移动门1-1为推拉式，处于拉开状态。不锈钢钢卷5已置于放卷箔带小车3上。该不锈钢箔带卷5 先前经过清洗烘干，然后覆贴上保护纸，以保护收、放卷时防止划花带面，故此时需要把不锈钢箔带卷5 上的保护纸分离，卷入纸卷(收卷)4辊上。然后把不锈钢箔带卷5随已连接的引导带，通过导向辊8，送向下一个真空离子除残留胶舱9。

连接不锈钢放卷辊的驱动机构和放纸辊的驱动机构，操作完成后关闭腔室移动门1-1。驱动机构置于腔室外，主传动伺服电机29通过主传动连轴器30连接主传动减速机32，上述三者均安装在主电机固定架上 31。主传动减速机32的轴伸入放卷腔室1内，与不锈钢放卷驱动机构连接；纸卷伺服电机33连接纸卷減速机34，两者安装在放卷室1腔室后侧壁的相应位置上，纸卷減速机34的轴伸入腔室内，与纸卷驱动机构连接。

腔室真空抽气系统置于腔室外，由机械泵27连接罗茨泵28通过放卷室真空管道7，并以挡板阀6控制抽腔室低真空，达标后关闭挡板阀6，由分子泵2抽腔室内高真空。放卷腔室1的操作控制在操作台37进行。

第二个真空离子除残胶舱9包括：等离子体除残留胶腔室、分子泵23、等离子体清除残胶腔室机架 24、高压辉光放电刻蚀除残胶装置组件Ⅰ和柱状弧光电子源(除胶)刻蚀装置组件Ⅱ。

等离子体除残留胶腔室连接在放卷舱之后，互相连通。等离子体除残留胶腔室支承在等离子体清除残胶腔室机架24上。箔带从放卷舱1进入本腔室，因为箔带曾贴覆过保护纸带，会在贴覆箔带的帶面上残留粘胶，必须先行彻底清除。如果箔带先行加热，残胶受热蒸发或变质，一来污染炉内气氛，二来污物附着箔带上更难清除。

在腔室内置有供气口和布气管，通过它们供入氩气，由施加负偏压装置(在后邻腔室端头位置)在箔带与腔室壁之间施加上负偏压，则在腔內产生輝光放电氩等离子体，对箔带进行輝光放电氩等离子体轰击清洗去除余胶。这种离子清洗強度略显不足。

本发明特别采用两种离子除胶设施，其一是高电压辉光放电等离子体清洗除胶，其二自行研发专有技术柱状弧光电子源增强氩等离子体进行去除余胶轰击清洗。

等离子体除残胶室呈扁形箱体，下方支承在等离子体清除残胶腔室机架24上，前侧面开有窗口，高压辉光放电刻蚀除残胶组件的关键部件和柱状弧光电子源(除胶)刻蚀组件的关键部件分别固定在支承抽屉盒41-0内，并将其支承在移动小车上，可从腔室前侧面窗口把抽屉推进或拉出腔室内，抽屉盒的端板就是密封门托架41的立面板，立面板与窗框合拢完成密封。分子泵23用以腔室抽高真空。

图3为离子除残胶腔室的高压辉光放电刻蚀除残胶装置Ⅰ示意图。高压辉光放电刻蚀除残胶装置Ⅰ包括：第一移动小车组件和离子清除残胶高压棒组件。其中第一移动小车组件包括：移动小车40、滑轮组件、密封门托架41、密封门托架与小车连接滑动头组件和支承抽屉盒41-0组成。滑轮组件安装在移动小车40 的底部，可沿着导轨将移动小车轻松地连同车上高压棒组件推入腔室內。密封门托架41由立面板和框架组成。立面板就是密封门，它朝的腔室方向是密封面，伸入腔室的部件如高压棒或阴极电弧靶等，都穿过並支承密封绝缘在该立面板上。该立面板朝移动小车方向有框架结构，以便与移动小车车体连接。密封门托架与小车连接滑动头组件用于密封门托架41与移动小车40灵活连接。支承抽屉盒41-0呈槽形，其一槽端面与立面板托架41固连，形成抽屉状，用于支承伸进腔室内的工作部件。

图5为滑轮组件Ⅰ-Ⅱ局部放大示意图，滑轮组件包括如滑轮座55、內六角圆柱头螺钉56、滑轮轴57、滑轮隔环58、深沟球轴承59、滑轮毂60、轴用弹性挡圈61。滑轮座55用内六角圆柱头螺钉56固连在移动小车40的底板上。滑轮座55的底板上竖焊两块立板，两立板上有穿孔，套穿入滑轮轴57。滑轮轴57的右端有凸肩将其定位在轴孔上，而左端用轴用弹性挡圈61限位，把滑轮轴57固定在滑轮座55两立板间穿孔上，滑轮轴57在两立板内侧左右套有滑轮隔环58，中间套有两只深沟球轴承59。上述轴承外周套有滑轮毂60，可实现滚动。

图6为密封门托架与移动小车连接滑动头Ⅰ-Ⅲ局部放大示意图。显示该连接头具体结构，在移动小车 40的孔中穿入带凸肩的小车连接头66，並用内六角圆柱头螺钉65将它们固连在一起。小车连接头66另一端穿入密封门托架41的孔中，並外套入凸环的小车连接头隔套64内，小车连接头66外端面与密封门托架的孔端面基本取平，压上小车连接头挡圈63，再用内六角圆柱头螺钉62把上述两者与小车连接头66固定在一起。密封门托架41的孔或移动小车40的孔其中一为长条孔槽，故小车连接头66可灵活滑动调整取位。

离子清除残胶高压棒组件包括等离子体清除残胶高压棒42、高压棒绝缘座43、高压棒封板44和高压棒密封引入接头Ⅰ-Ⅰ。等离子体清除残胶高压棒42的端头为密封引入接头Ⅰ-Ⅰ，高压棒42穿过密封门托架41的立面板，通过密封引入接头Ⅰ-Ⅰ密封固连。高压棒42尾端有高压棒封板44，还有座在支承抽屉盒41-0的上高压棒绝缘座43支承着高压棒42尾端。高压棒沿箔带宽度横置于向前输送的箔带下方。

图4为图3中的Ⅰ-Ⅰ高压棒密封引入结构局部放大示意图。高压棒密封引入结构包括引线轴45、小圆螺母46、垫圈47、內六角圆柱头螺钉48、引线绝缘座49、O型圈50、衬板螺母51、內六角圆柱头螺钉52、屏蔽罩53和O型圈54。引线轴45是一只下端大上端细的台阶式轴，下端最前段有粗螺纹用与高压棒42 螺纹连接，其后面为一凸肩，凸肩的后段为较细直径圆轴，上端头处有螺纹。引线绝缘座49是一端带凸环的套筒绝缘体，它穿入密封门托架41的立面板上的孔，用內六角圆柱头螺钉48固连，并用O型圈50实现端面密封。上述引线轴45的上端细轴从引线绝缘座通孔下端向上穿入，在引线绝缘座凸环上端面处套入垫圈47后，用小圆螺母46拧紧固定。此时引线轴的下凸肩上端面抵住引线绝缘座49的下端面，用O型圈54实现内表面密封。衬板螺母51焊固连在密封门托架41的立面板的背面，再用內六角圆柱头螺钉52把屏蔽罩53固定在衬板螺母51上，保护引线绝缘座49不受污染。

离子除残胶腔室的高压辉光放电刻蚀除残胶的工作原理：常用的辉光放电清洗工作时，在真空室內通入一定压力氩气，在工件箔带对炉壁施加负600V至700V偏压，产生辉光放电氩等离子体，氩离子在工件负压作用下轰击工作表面，产生反溅射效应，可清除工件表面不洁物。由于氩离子质量较輕，600-700V偏压的粒子能量仍嫌不够大，故本发明采用专用高压棒对炉壁施加-1500V或更高负电压，以产生高电压輝光放电，获得更高能量的氩等离子体，具有更高能量的氩离子对工件的轰击效应更强，对箔带表面除残胶更沏底。

在离子清除残胶腔室的柱状弧光电子源(除胶)刻蚀装置组件Ⅱ，是同时安装的另一种除胶装置。图7 显示两套平行并排柱状弧光电子源的结构，它们安装在同样的移动小车上，通过与密封门托架的密封绝缘连接和支承，置于支承抽屉盒41-0上。

柱状弧光电子源包括：旋转柱状阴极电弧靶体67、旋转柱状阴极电弧靶接头67-2、旋转柱状阴极电弧靶绝缘座67-1、弧光电子源屏蔽板70、弧光电子源侧窗68、弧光电子源端头屏蔽板73、进水波纹管69、回水波纹管72、弧光电子源供气管71、辅助阳极组件构成。

旋转柱状阴极电弧靶体67的右端通过旋转柱状阴极电弧靶接头67-2穿过密封门托架(离子刻蚀清洗)41-1的密封门，并与其密封绝缘紧固引出腔室外，外接电弧电源(未画出)负极(电源正极接炉腔壁并接地)。旋转柱状阴极电弧靶左端头由旋转柱状阴极电弧靶绝缘座67-1绝缘支承在抽屉内。旋转柱状阴极电弧靶体67沿箔带宽方向横置平行于向前输送的箔带下方，旋转柱状阴极电弧靶体67朝箔带方向及周边置有旋转柱状阴极电弧屏蔽板70，不让阴极电弧起弧时的弧光放电等离子体直射向箔带。在遮挡板侧旁留有弧光电子源侧窗68；在位于阴极电弧前遮挡板的上方，处在上屏蔽板与箔带之间的空间的适当位置上，安装辅助阳极棒85，辅助阳极棒85施加正电位。冷却进水穿过密封门托架(离子刻蚀清洗)41-1引入，通过进水波纹管69进入焊贴在遮挡板上的迥旋式冷却水道，用于冷却遮挡板，回水经回水引管，再经回水波纹管72导出腔室外。

弧光电子源供气管71置于柱状阴极电弧靶附近。

图8显示弧光电子源的辅助阳极组件结构，它由阳极接头组件和阳极棒体组件组成。右边端头为阳极接头组件，它包括：快速接头74、阳极水接头75、阳极接头76、内六角圆柱头螺钉77、绝缘套78、O 型圈79、阳极密封法兰80、阳极安装板81、O型圈82、阳极接头绝缘83组成。阳极接头76为外形复杂的中空管。右端头部有內孔螺纹，在靠右端中段有凸环肩法兰，左端头直径收细并有螺纹。阳极接头的右端头部的内孔螺纹与阳极水接头75的螺纹固连，其上端再连接快速接头74，成为进水口。阳极水接头 75连接进水导管，它穿行阳极接头76中空内管腔，并伸进阳极棒(中空)85内管腔。阳极接头76靠右端头有侧开孔，连接另一快速接头74，与阳极接头76的内管腔环形回水道连通，成为回水出口。阳极安装板 81通过螺钉固定在密封门托架(离子刻蚀清洗)41-1的密封门上，并通过O型圈82实现密封。从阳极接头 76左端套入端面带法兰套筒状的阳极密封法兰80，让该法兰端面扺住阳极接头76的凸环肩法兰端面，把阳极接头76左端头连同阳极密封法兰80一起穿过阳极安装板81和密封门托架41的通孔，让阳极绝缘法兰80压在阳极安装板81上，通过套有绝缘套78的內六角圆柱头螺钉77，穿过法兰孔把阳极接头绝缘固连在阳极安装板81上，并通过两只O型圈79实现密封。在密封门托架(离子刻蚀清洗)41-1与阳极接头之间孔隙套装管状的阳极接头绝缘83，确保绝缘。

阳极棒体组件包括：阳极棒绝缘套84、阳极棒85、O型圈86、O型圈87、阴极棒堵头88、阳极棒绝缘座89、内六角圆柱头螺钉90组成。阳极棒是一支空心管，其右端头有内螺纹与阳极接头左端细径外螺纹连接，实现电连接。阳极棒左端头有阳极棒堵头88堵塞阳极棒(管)端，并用O型圈87、86实现密封。阴极棒左端下方由阳极棒绝缘座89支承，该绝缘座用内六角圆柱螺钉90固定在支承抽屉盒41-0上。阳极棒右端外套有阳极棒绝缘套84，它和前述在密封门托架41与阳极接头孔隙之间套装的阳极接头绝缘套83采用套接，确保阳极棒绝缘并不受污染。阳极水接头75连接的进水导管，穿过阳极棒85中空腔直至右端，进水从导管高速流出，沿导管外壁与阳极棒管内壁形成的环状水道回流，冷却阳极棒。

柱状弧光电子源工作原理：

首先在箔带对炉壁施加负偏压，并在腔室供入适量氩气，产生辉光放电氩等离子体，氩离子在负偏压作用下轰击箔带去除残胶，但嫌这种通常辉光放电轰击能量不足，本发明方案的技术特征特别采用自有技术柱状弧光电子源增强輝光放电氩等离子体进行轰击刻蚀除胶。其原理是：柱状弧光电子源主要包括柱状阴极电弧靶和辅助阳极棒及其相应的电源，柱状阴极电弧源(靶)和辅助阳极棒分别从密封门上不同位置横插入腔室內，与上方输送的箔带平行，长度长于箔带宽，柱状阴极电弧靶朝箔带方向及周边有屏蔽板，不让阴极电弧起弧时的弧光放电等离子体直射向箔带。在其侧旁屏蔽板留有侧窗口，辅助阳极棒位于柱状阴极电弧前屏蔽板的上方，处在上屏蔽板与箔带之间的空间的适当位置上，阳极棒施加正电位，则从上述侧旁的窗口中拉引出弧光等离子体中的电子流，并进入上述上屏蔽板与箔带之间的空间，与此空间己存在的氩辉光放电等离子体碰撞和交换能量，增强该处氩等离子体的离化率、能量和浓度，从而增强了氩等离子体对箔带的轰出清洗，强化了去除余胶的效果。

第三个加热舱包括加热室腔室10、加热室腔室机架25、加热器组11、托辊12偏压引入装置13。加热段安装在放卷段的右侧，互相连通。加热室腔室10下方支承在加热室腔室机架25上。加热腔室10中安装有加热器组11，它是由横向并排多支不锈钢外套电阻发热管组成，在加热腔室10左端置有托辊12，它承托着箔带在加热器组11的上方，一边输送一边被加热，于托辊12旁置有偏压引入装置13，向箔带施加负偏压，正极为腔室壁。腔室内配有测温装置，外接温度控制装置，加热器功率可自动调节，使箔带温升自动受控。

第四个为镀前离子轰击刻蚀舱14a，包括离子清洗刻蚀腔室、柱状弧光电子源(刻蚀)Ⅱ。离子轰击刻蚀舱14a安装在加热舱右侧，互相连通。离子清洗刻蚀腔室支承在镀膜室机架25上。施加上负偏压的箔带进入本腔室，腔室内置有气体供入口和布气管，氩气由此通入，在腔內产生輝光放电等离子体，对箔带进行輝光放电氩离子清洗，这种离子清洗強度不足。

本发明特别采用自有技术柱状弧光电子源Ⅱ增强氩等离子体刻蚀清洗。弧光电子源Ⅱ主要包括柱状阴极电弧靶和辅助阳极棒，它们结构和功能与前述的弧光电子源相同，不再重复。这里所采用的弧光电子源运行参数更高，更有利增强氩辉光放电等离子体，以更有效地增強对箔带的刻蚀清洗效果，更彻底清除不洁物和氧化皮，提高膜/基结合力，減少掉膜缺陷。对比传统技术用多只小圆型电弧刻蚀清洗，刻蚀均匀性、可靠性更好，避免了在镀层上留下大量镀料的大颗粒形成表面粗糙。与长条形阳极层离子源技术相比，成本低、维护省事、可靠性高。

在本设备中，上述弧光电子源采用多组并排配置，可对箔带进行连续多次有效的彻底的刻蚀清洗。

第五个为镀膜舱14b，分前后两半段，前半段为阴极电弧镀膜段，后半段为中频磁控溅射膜段。本发明是在同一卷绕式生产线上同时采用两种主流离子镀技术组合，可以让不同镀膜技术的优势互补。一方面，对不同镀层产品可选用最具优势的镀膜技术，以达到最佳效果，可实现一机镀多种镀层产品；再一方面，还可以调整两种技术的靶位，实现用两种技术交替镀不同镀层，以获得理想的复合镀层产品。

镀膜舱14b，它包括镀膜室、镀膜室机架25、平面矩形阴极电弧源装置Ⅲ、旋转柱状中频磁控贱射靶装置Ⅳ、托辊12、偏压施加装置13、供气管道等(后三者未画出)。镀膜室连接在离子清洗刻蚀腔室的右侧，互相连通。镀膜室下方支承在镀膜室机架25上。镀膜室分前后两半段，前半段为平面矩形阴极电弧镀膜段，后半段为中频磁控溅射镀膜段。在前半段，本发明摒弃了由多个小圆型阴极电弧源组成阵列的方案，全部采用自行研发的多支并排长度大于带宽的组合磁场平面矩形阴极电弧源装置Ⅲ的全新方案。镀膜段的后半段采用安排多支旋转柱状中频磁控溅射靶Ⅳ的方案。

图9a和图9b显示平面矩形阴极电弧源装置Ⅲ结构，由平面矩形阴极电弧源组件和移动小车组件组成。该图显示两套平行并排的平面矩形阴极电弧源的结构，平面矩形阴极电弧源Ⅲ由靶座91-1、靶材91-2、靶压条91-3和平面矩形阴极电弧源接头91-4组成。靶座91-1呈平面长方形，长方形平板的靶材91-2用靶压条压91-3在靶材周边以螺钉压紧在靶座91-1上。靶座91-1通过平面矩形阴极电弧源接头91-4与移动小车40上的密封门托架(平面矩形阴极电弧源)41-2的密封绝缘连接，并绝缘支承在支承抽屉盒41-0上。平面矩形阴极电弧源组件安装在前述同样的移动小车40上。

该组合磁场平面矩形阴极电弧源是专利产品，具有长时间运行稳定不灭弧和靶材利用率高的特点，并可实现快速大面积连续均匀镀膜。视走带速度需要，决定采用镀膜区的长度和阴极电弧靶的数量，阴极电弧源平行于上方输送的箔带。在镀膜段中分区设置供气口和布气管，可实现分区控制布气。采用平面矩形阴极电弧沉积镀膜，主要解决仿金氮化钛膜系列产品，通过供入氮气多少来调节镀层仿金色的深浅。当然本发明也包括采用旋转柱状阴极电弧靶沉积镀膜的方案。这些改进方案提高了镀层颜色均匀性稳定性一致性和工艺可靠性。

镀膜室的后半段安排多支旋转柱状中频磁控溅射靶装置Ⅳ。图10a和图10b显示旋转柱状中频磁控溅射靶装置Ⅳ结构，它由旋转柱状中频磁控溅射靶组件和移动小车组件组成。旋转柱状中频磁控溅射靶组件包括：旋转柱状中频磁控溅射靶92、旋转柱状中频磁控溅射靶绝缘座92-1和旋转柱状中频磁控溅射靶接头 92-2组成。横伸入腔室内的旋转柱状中频磁控溅射靶92，通过旋转柱状中频磁控溅射靶接头92-2与移动小车上的密封门托架(中频磁控溅射靶)41-3密封绝缘连接并支承；同时，旋转柱状中频磁控溅射靶92的尾端有旋转柱状中频磁控溅射靶绝缘座92-1支承，固定在支承抽屉盒41-0上。旋转柱状中频磁控溅射靶组件安装在前述同样的移动小车40上。

旋转柱状中频磁控溅射靶主要用于镀较复杂的颜色膜层，比如玫瑰金色、香槟色等，实践证明磁控溅射镀复杂颜色膜层时颜色有容易调控。视走带速度需要决定该镀膜段长度和溅射靶的数量，同样采用分区设置供气口和布气管，实现分区控制气氛。本改进方案可实现一机出多种颜色产品提高设备利用率和适用性。

本镀膜室在腔室前端或后端，置有托辊12，以支承输送中的箔带；还置有负偏压施加装置13，采用分段多点施加负偏压，可減少因箔带过长，电阻增加而导致负偏压电位下降的不利影响。

图2金属箔带卷绕离子镀连续镀膜生产线俯视示意图，显示了镀前离子清洗刻蚀段和镀膜段的真空抽气系统，在上述两段腔室的后侧面，与腔室平行横置有一条低真空抽气总管道，即镀膜室真空管35。它由若干段硬管用波纹管连接起来的，可減少振动传递。它共分段连接三组机械泵27和罗茨泵28机组抽气。在镀膜室真空管道35上设有六只挡门板阀6，分别与对应腔室连接，以控制该连接打开或关闭。各腔室有下置分子泵23和阀门(末画出)负责和控制抽高真空。此外，在上述真空管道同侧还置有高压柜38，向设备供高压电，如负偏压。还有控制柜39，装有设备的电气和自动化控制装置。

第六个为冷却与箔带張力调整舱15，冷却段包括冷却腔室、冷却辊16、法码辊17和镀膜室机架26。冷却腔室连接在镀膜段的右侧，相互连通。冷却腔室下方支承在镀膜室机架26上。冷却辊16有前后两支辊，辊内流通冷却液，将贴在辊面上的己镀膜受热的箔带热量导走降温。法码辊17位于两冷却辊16的上方，三辊呈品字型配置。箔带从第一冷却辊16的下辊面向上绕到法码辊17面上，然后再绕到第二冷却辊 16的下辊面，箔带呈S型走向，此箔带S型走帶装置具有调节放卷腔室的放卷辊和收卷腔室的收卷辊同步收、放箔带的功能。另外，S型走带机构还有箔带走帶纠偏功能。(两种功能均采用常规机械行业技术。)

第七个为在线颜色检测腔室18，这是同类生产线首次配置在线测镀层颜色装置，是本发明技术特征之一。该在线颜色检测腔室18与第五个镀膜舱右侧连接，相互连通。该在线颜色检测腔室18包括光谱测色腔室、箔带93、探头保护蓋板94、在线光学检测监测分析反射测量探头95、在线光学检测监测分析装置96、光纤信号线97、控制机柜98和鍍膜腔室机架26。光谱测色腔室下方支承在镀膜室机架26上。

输送过来的己镀膜箔带的3颜色面朝下，在线光学检测监测分析反射测量探头95对着箔带颜色面，箔带与探头之间有一探头保护蓋板94防止损伤探头。利用镀层反射回探头的光谱进行实时测色，即反射光谱进入在线光学检测监测分析装置96进行分析计算，通过光纤信号线97输送到控制机柜98，实时显示和貯存颜色值L*a*b*和色差值。工作人员根据显示结果进行及时处理。这是同类生产线首次配置的在实线时测色装置，它横跨箔带沿带宽布置若干个反射式光谱测色探头，测色信号经过软件处理，可以进行测量镀层横向色差分布，又可以在箔带前进过程快速取样，连续测量纵向色差变化。每点每次测量速度1000ms。

在线实时监测色差有利于及时调整工艺参数，保证实现镀层颜色均勻性和一致性。

第八个为收卷舱19包括：放卷室腔室、分子泵2、箔带小车(放卷)22、保护纸卷(放卷)21、己镀膜不锈钢钢卷(收卷)、20挡板阀6、放卷室真空管道7、导向辊8、机械泵27、罗茨泵28、主传动伺服电机 29、主传动连轴器30、主传动减速机31、主电机固定架32、纸卷伺服电机、33纸卷減速机、34操作台37 和移动门1-1等。图示移动门1-1为推拉式处于关闭状态。19收卷室腔室连接在18光谱测色腔室的右侧，互相连通。从18光谱测色腔室输送来的己镀膜的箔带，经8导向辊进入箔带收卷辊，收卷成己镀膜不锈钢钢卷20。保护纸卷21套在放纸辊上，己镀膜不锈钢钢卷收卷转动时，放纸卷辊同步转动，把保护纸卷25 的保抄纸贴在己镀膜不锈钢的镀膜面上，以保护在收、放卷时防止划花带面。己镀膜不锈钢钢卷20置于箔带小车(放卷)22上。传动动力机构置于腔室外，主传动同服电机29通过主传动连轴器30连接主传动减速机32，上述三者均安装在主电机固定架上31。主传动减速机32的轴伸入放卷腔室1内，与不锈钢放卷驱动机构连接；纸卷伺服电机33连接纸卷減速机34，两者安装在放卷室1腔室后侧壁的相应位置上，纸卷減速机34的轴伸入腔室内，与纸卷驱动机构连接。腔室真空抽气系统置于腔室外，由机械泵27连接罗茨泵 28通过放卷室真空管道7、并以挡板阀6控制抽腔室低真空，达标后关闭挡板阀6，由分子泵3抽腔室内高真空。放卷腔室的操控在操作台37进行。

4本发明金属带卷绕式真空连续镀膜的运行示例

以镀TiN仿金色装饰膜为例说明。

准备工作：把己清洁干净并覆贴保护纸的整卷不锈钢箔带吊装在箔带小车上，并套装在箔带小车的收卷辊上，拉开放卷腔室的推拉式移动门，从腔室内拉出己卷在收卷辊上、并穿越生产线各腔室到放卷腔室的引导带，与待镀膜的箔带端头对接，用专用焊机把两者焊接牢靠，然后沿腔室下方对接的导轨把箔带小车连同待镀不锈钢箔带卷推入放卷腔室內就位，连接放卷辊的驱动机构，分离箔带卷上的保护纸，并绕在收卷纸辊上，连接收卷纸辊驱动机构。

箔带卷试输送及系统试运转：打开生产线终端的收卷腔室的移动门,观察箔带试运转情况。首先啟动收卷主传动伺服电机，驱动收卷辊驱动机构，收卷辊转动以拉紧引导带,隨后启动放卷主传动伺服电机，驱动放卷辊驱动机构，让放、收卷辊同步转动，同样啟动收、放卷纸卷伺服电机，让放卷保护纸贴在收卷箔带上，同时观察箔带及纸卷收、放卷走帶是否正常。通过反复正反运转，检查确认走帶纵向張力平衡和不会侧向走偏，且收、放帶同步。然后回复到箔带卷送帶起始位置，检查冷却水温、压力、流量是否正常，检查供气与仪表指示是否正常，检查施加偏压装置接触是否正常。检查均正常后，关闭前、后移动门，抽粗低真空，启动机械泵，开启连接各腔室的挡板阀，对各腔室抽气，达标后启动罗茨泵继续抽气，达标后，关闭粗抽挡板阀；开启各腔室分子泵，转入抽高真空；开啟加热腔室加热器，一边加热一边抽气，直抽到本底真空度后，且加热腔室达到预置温度保温。待整条生产线各腔室都达到本底真空度，开始观察测试高压捧輝光放电是否正常，再观察柱状弧光电子源和平面矩形阴极电弧源及旋转柱状中频磁控溅射靶是否正常工作。

以下对几个具有本发明技术特征的工位运行作简单介绍。

首先观察离子除残留胶段的高压辉光放电刻蚀工作状况。此时各腔室的箔带仍处在引导带段位置，先输入氩气，达到工作压力真空度后，在箔带上施加负偏压(一般负400v--800v)，让箔带与腔室壁的空间产生的氩辉光放电等离子体，对箔带表面起着辉光离子轰击清洗作用。因为箔带先前曾覆贴过保护纸，撕离保护纸的箔带表面仍会有残留粘胶，必须先行清除，如果帶着残留粘胶进入加热段，粘胶蒸发分解、碳化，会污染炉内气氛和箔带表面，影响镀层颜色和镀层结合力降下，以及出现镀层掉膜和异色斑点缺陷等。但氩輝光放电清洗能力较弱，嫌其轰击清洗力度不足，本发明方案特别采用一种高电压辉光放电除胶方法：在腔室內增置一支高电压棒，施加负电压增至1500v以上，产生高电压辉光放电氩等离子体，具有更高粒子能量，在箔带同样负偏压作用下比通常的辉光轰击清洗有更强的除胶效果；试运转时注意观察高电压辉光放电的稳定性和氩等离子体颜色分布均勻性。

离子刻蚀除残胶的另一种技术特征方法，是采用柱状弧光电子源增强辉光放电氩等离子体进行强化刻蚀清除余胶。程序如下：在腔室内先输入氩气，达到工作压力真空度，在箔带上施加负偏压(一般负400v--800v)，让箔带与腔室壁的空间产生的氩辉光放电等离子体，但氩輝光放电清洗能力较弱，嫌其轰击清洗力度不足，本发明方案特别配置柱状弧光电子源，启动柱状弧光电子源的柱状阴极电弧，产生弧光放电，向电弧靶的前方发射强烈的靶材(钛)弧光等离子体，在柱状阴极电弧源的前置有屏蔽板，遮挡住电弧源发射的钛金属离子流和钛金属蒸气流。此时啓动位于屏蔽板外上方的辅助阳极，围板內的弧光等离子体中的强大电子流被辅助阳极正电位吸引，从屏蔽板的侧窗中被引导到箔带与上屏蔽板之间的空间内，与在此的氩辉光放电等离子碰撞和交換能量，提高其离化率、能量和浓度，起增强该輝光放电氩等离子体活化作用。该增强氩等离子体在钢帯负偏压作用下，产生更强烈轰击效应，起到更有效的离子清洗，去除箔带表面的残留粘胶作用更彻底，使箔带更干净。观察试运转时要注意弧光电子源的阴极电弧和辅助阳极电参数稳定性，观察柱状弧光等离体的稳定性和均勻性，可视箔带原来的污染程度和除胶效果，再选定阴极电弧源和辅助阳极电参数，并确认除余胶的柱状弧光电子源工作正常。

然后按上节同样的程序和方法(不再重复)，观察离子刻蚀腔室的柱状弧光电子源增强辉光放电氩等离子体清洗刻蚀试运转，可视其对箔带刻蚀效果，进行电弧靶和辅助阳极运行参数调整，视察并确认离子刻蚀段的柱状弧光电子源工作完全正常。

隨后在镀膜段进行TiN试镀。经多道质量流量计按预定氩氮比例和流量，通入氩气和氮气，分区控制布气，各区达到预置工作压力，开启平面矩形阴极电弧进行反应电弧沉积合成TiN，观察各电弧源发射弧光稳定性和均匀性以及打弧的情况，根据定走帶速度和箔带的温度以及要求膜厚度的情况，选定靶的电流大小参数和施加负偏压值，按需要选定若干支靶及那个位置的靶参与镀膜。观察确认各平面矩形阴极电弧源和负偏压工作正常。

然后，开启实时测颜色段的仪器，检查仪器处于正常工作状态。最后完成设备试运转测试。

完成並确认上述各段试运转均正常后转入正式镀膜作业。

正式进入连续卷绕镀膜程序：

在相应的各腔室通入工作气体氩气和反应气体氮气，达到预定的工作压力，施加负偏压，在相应腔室产生氩辉光放电。啟动放、收箔带卷辊输送箔带，同时启动收、放纸卷辊，启动除余胶腔室的高压棒高压送电或启动柱状弧光电子源(也可同时启动两者)，启动离子刻蚀腔室的柱状弧光电子源，启动镀膜室的组合磁场平面矩形阴极电弧源。

箔带通过放卷室的导向辊进入离子除余胶腔室，箔带受到高电压輝光放电氩等离子体或弧光电子源增强的辉光放电氩等离子体轰击清洗作用，强化去除残留粘胶，箔带更干净。

隨后箔带进入加热段，对箔带进行连续式加热，达到预置的温升和保温时间。

加热完成后，箔带进入离子清洁刻蚀段，采用柱状弧光电子源增强辉光放电氩等离子体强化轰击刻蚀，对箔带进行连续式高能离子清洗刻蚀，去除表面的污染物和氧化皮，提高膜/基结合力更有效。该腔室并排配置多支柱状弧光电子源，可选择一支、或多支连续进行增强离子刻蚀。

经过托辊的支承刻蚀干净表面活化的箔带进入镀膜段，若干组合磁场平面矩形阴极电弧发射強烈的活性高的钛弧光等离子体与分区布气的所通入的反应气体氮一起，在偏压作用下，对箔带进行连续式电弧反应离子镀，生成TiN膜。箔带一边输送一边镀膜，膜层逐渐增厚，达到预定颜色值和厚度离开最后的镀膜靶位。(注：镀膜段的后段配置多支柱状中频磁控溅射钛铝靶，它们用于镀制TiAlN膜的，为了得到玫瑰金等颜色膜系准备的。)

镀膜后的箔带输送到冷却腔室，腔室中置有两冷却辊和砝码辊，两冷却辊处下方，而砝码辊处上方，成品字型配置。箔带绕过上述三个辊呈S型走帶形式，箔带绕过下方两冷却辊时，冷却辊内流通冷却液体，让镀膜箔带加速冷却。这S型走带区中砝码辊对箔带保持恒張力走帶和走带左右偏差有调节纠正功能。

箔带经第二冷却辊冷却后，进入在线光谱测色腔室。腔室中有在线光谱反射比色差测量系统置于箔带下方，沿带宽布有若干个反射式光谱测色探头，以每点每次1000ms快速检测，测定TiN镀层反射光谱的颜色信号，反射光谱信号进入在线光学检测监测分析装置，进行分析计算，通过光纤信号线输送到控制机柜，实时显示和貯存颜色值L*a*b*和色差值。可以在箔带前进过程快速取样，既可连续测量箔带纵向色差变化，又可同时测量箔带在同一纵向位置上沿帶宽横向色差分布。操作者可以根据在线实时监测的色差值及时调整工艺参数，实现镀层颜色均勻性和一致性。

从光谱测色腔室输送出去经过测色的箔带，进入收卷腔室，经导向辊进入箔带收卷辊，收卷成己镀膜不锈钢钢卷。在收卷箔带的同时，处于旁边的放纸辊上的纸卷的保护纸，同步地贴在箔带的镀膜面上，保护颜色面。

完成整卷箔带镀膜作业后，停止前面腔室的离子除余胶、加热、离子轰击刻蚀、镀膜和测色等程序，关闭各腔室高真空阀门，对腔室充气，打开放卷室右侧的推拉式腔门。把箔带收卷辊和保护纸卷放卷辊的驱动机构的连接分离，通过与室外对接的导轨，把轨道车连同其上的己镀膜的不锈钢钢卷拉出腔室外。以上完成不锈钢箔带卷连续反应镀TiN镀膜作业周期。

若使用中频磁控溅射靶镀膜，或调整上述电弧与溅射两种靶位后同时参与镀交叠复合镀层，其镀膜程序与上述基本相同。

Claims (9)

1.一种金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线，包括依次前后真空连接的放卷舱(1)、加热舱(10)、离子轰击刻蚀舱(14a)、镀膜舱(14b)、冷却与箔带張力调整舱(15)和收卷舱(19)，其特征是：所述的镀膜舱(14b)包括：

镀膜室，为若干连通的扁形箱体，支承在一镀膜室机架(25)上，镀膜室分前后两段，前段为平面矩形阴极电弧镀膜段、后段为中频磁控溅射镀膜段，前后段各箱体的一侧面对应都开了窗口，对应于各窗口的机架一侧，各设有垂直于机架的轨道；

平面矩形阴极电弧源装置(Ⅲ)，包括平面矩形阴极电弧源组件(91)和与第一移动小车组件相同的第三移动小车组件，包括靶材(91-2)的平面矩形阴极电弧源组件固定在立面板上且位于支承抽屉盒内；所述的第一移动小车组件包括：移动小车(40)、滑轮组件、密封门托架(41)和支承抽屉盒(41-0)；移动小车(40)的底部安装滑轮组件行走在所述垂直于机架的轨道上、上面设有由框架和平行于镀膜室的侧面所述窗口的立面板组成的密封门托架(41)，立面板朝向窗口方向的面为密封面与所述窗口的窗框对应密封设计，立面板上固定着伸向所述窗口的槽型的支承抽屉(41-0)；

旋转柱状中频磁控贱射靶装置(Ⅳ)，包括旋转柱状中频磁控溅射靶组件和与第一移动小车组件相同的第四移动小车组件，包括旋转柱状中频磁控溅射靶(92)的旋转柱状中频磁控溅射靶组件固定在立面板上且位于支承抽屉盒(41-0)内；

通过各自移动小车在垂直于机架的轨道上的来回行走，使得各自安装在移动小车组件上的平面矩形阴极电弧源(91)和旋转柱状中频磁控溅射靶(92)从对应的窗口分别推入或拉出镀膜室。

2.根据权利要求1所述的金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线，其特征是：所述移动小车(40)与其上面的密封门托架(41)通过一连接滑动头组件连接，连接滑动头组件结构为：在移动小车(40)的底板竖孔中、从下往上穿入一带凸肩的小车连接头(66)，並用连接件将它们固连在一起，小车连接头的上端穿入密封门托架的底板的竖孔中，並套在带凸环的小车连接头隔套(64)内，设有小车连接头挡圈(63)卡在密封门托架底板竖孔上，并以连接件把小车连接头挡圈(63)与小车连接头固定在一起；所述密封门托架的竖孔或移动小车的竖孔其中一为长条孔槽。

3.根据权利要求1所述的金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线，其特征是：所述平面矩形阴极电弧源装置(Ⅲ)的平面矩形阴极电弧源组件(91)包括靶座(91-1)、靶材(91-2)、靶压条(91-3)、平面矩形阴极电弧源接头(91-4)和连接密封件；靶压条(91-3)压在长方形平板的靶材(91-2)的周边上，以连接件固定在呈平面长方形的靶座(91-1)上，靶座(91-1)通过平面矩形阴极电弧源接头(91-4)与移动小车(40)上的平面矩形阴极电弧源密封门托架(41-2)的立面板密封绝缘连接，并绝缘支承在抽屉盒(41-0)上；平面矩形阴极电弧源组件安装在前述同样的移动小车(40)上；移动小车把平面矩形阴极电弧源组件推进镀膜室内时，靶材(91-2)沿钢箔带宽度方向延伸并位于向前输送的钢箔带下方。

4.根据权利要求1所述的金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线，其特征是：所述旋转柱状中频磁控贱射靶装置(Ⅳ)的旋转柱状中频磁控溅射靶组件包括：旋转柱状中频磁控溅射靶(92)、旋转柱状中频磁控溅射靶绝缘座(92-1)、旋转柱状中频磁控溅射靶接头(92-2)和连接密封件；旋转柱状中频磁控溅射靶(92)的右端通过旋转柱状中频磁控溅射靶接头(92-2)与移动小车上的中频磁控溅射靶的密封门托架(41-3)的立面板密封绝缘连接；同时，旋转柱状中频磁控溅射靶(92)的尾端有旋转柱状中频磁控溅射靶绝缘座(92-1)支承，固定在支承抽屉盒(41-0)上；旋转柱状中频磁控溅射靶组件安装在移动小车(40)上，移动小车40把旋转柱状中频磁控溅射靶组件推进镀膜室内时，旋转柱状中频磁控溅射靶(92)沿钢箔带宽度方向延伸并位于向前输送的钢箔带下方。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线，其特征是：还设有分子泵，用于使镀膜室(14b)形成高真空，负偏压装置，在金属箔带与腔室壁之间施加上负偏压。

6.根据权利要求5所述的金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线，其特征是：在所述的冷却与带張力调整舱(15)与收卷舱(19)之间增设在线实时镀层颜色光谱监测舱，其包括：

光谱测色腔室(18)、探头保护蓋板(94)、在线光学检测监测分析反射测量探头(95)、在线光学检测监测分析装置(96)、光纤信号线(97)、控制机柜(98)和鍍膜腔室机架(26)；光谱测色腔室(18)支承在镀膜室机架(26)上，输送过来的己镀膜箔带(93)颜色面朝下，其下方的在线光学检测监测分析反射测量探头(95)对着箔带颜色面，箔带与探头之间设有一探头保护蓋板(94)防止损伤探头，利用镀层反射回探头的光谱进行实时测色，即反射光谱进入在线光学检测监测分析装置(96)进行分析计算，通过光纤信号线(97)输送到控制机柜(98)，实时显示和貯存颜色值L*a*b*和色差值。

7.根据权利要求6所述的金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线，其特征是：在所述放卷舱(1)与加热舱(10)之间，还设有真空离子除残胶舱(9)；

所述的真空离子除残胶舱包括：

等离子体除残留胶腔室,为扁形箱体，支承在一等离子体清除残胶腔室机架(24)上，腔室分为前后两段，前段为高压辉光放电刻蚀除残胶段，后段为柱状弧光电子源刻蚀段，腔室的侧面对应开了前后两个窗口，对应于所述两个窗口的机架一侧，各设有垂直于机架的轨道；

高压辉光放电刻蚀除残胶装置组件(I)，包括离子清除残胶高压棒组件和第一移动小车组件；包括等离子体清除残胶高压棒(42)的离子清除残胶高压棒组件固定在立面板上且位于支承抽屉盒内；

柱状弧光电子源刻蚀装置组件(Ⅱ)，包括柱状弧光电子源和与第一移动小车组件相同的第二移动小车组件；所述的柱状弧光电子源固定在立面板上且位于支承抽屉盒内；

通过各自移动小车在垂直于机架的轨道上的来回行走，应使得各自安装在移动小车组件上的等离子体清除残胶高压棒(42)和柱状弧光电子源可从对应的窗口分别推入或拉出腔室。

8.根据权利要求7所述的金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线，其特征是：所述的离子清除残胶高压棒组件包括等离子体清除残胶高压棒(42)、高压棒绝缘座(43)、高压棒封板(44)和高压棒密封引入接头(Ⅰ-Ⅰ)；等离子体清除残胶高压棒(42)的右端通过高压棒密封引入接头(Ⅰ-Ⅰ)穿过所述密封门托架(41)的立面板并实现密封固连后、外接高压棒专用电源的负极，专用电源正极接地；等离子体清除残胶高压棒(42)的左端有高压棒封板(44)，固定在所述支承抽屉盒(41-0)上的高压棒绝缘座(43)支承着高压棒(42)的尾部；当支承抽屉盒(41-0)被推进腔室内时，高压棒沿箔带宽度延伸并位于向前输送的箔带下方。

9.根据权利要求8所述的金属箔带卷绕式真空镀膜连续生产线，其特征是：所述的柱状弧光电子源包括：旋转柱状阴极电弧靶体(67)、旋转柱状阴极电弧靶接头(67-2)、旋转柱状阴极电弧靶绝缘座(67-1)、弧光电子源屏蔽板(70)、弧光电子源侧窗(68)、弧光电子源端头屏蔽板(73)、进水波纹管(69)、回水波纹管(72)、弧光电子源供气管(71)和辅助阳极组件；旋转柱状阴极电弧靶体(67)的右端通过旋转柱状阴极电弧靶接头(67-2)穿过所述密封门托架(41)的立面板并实现密封固接后、外接电弧电源负极，固定在所述支承抽屉盒(41-0)上的旋转柱状阴极电弧靶绝缘座(67-1)支承着旋转柱状阴极电弧靶的尾端；当支承抽屉盒(41-0)被推进腔室内时，旋转柱状阴极电弧靶体(67)沿箔带宽度延伸并位于向前输送的箔带下方；所述旋转柱状阴极电弧靶体(67)朝向金属箔带方向及周边设有旋转柱状阴极电弧屏蔽板(70)，在遮挡板侧旁留有弧光电子源侧窗(68)；在旋转柱状阴极电弧屏蔽板(70)的上方，处在上屏蔽板与箔带之间的空间之上，安装有辅助阳极组件的辅助阳极棒(85)，辅助阳极棒(85)施加正电位；还设有冷却进水穿过密封门托架(41)引入，通过进水波纹管(69)进入中空的旋转柱状阴极电弧靶体(67)内腔，冷却水在上述内腔循环冷却后，回水流出靶腔，经回水引管再经回水波纹管(72)导出腔室外，弧光电子源供气管(71)置于柱状阴极电弧靶附近。

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