CN113195781A - Pvd镀覆工艺中的镀层控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种镀层控制装置，该镀层控制装置应用于利用金属蒸汽对钢板进行物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)以形成镀层的PVD镀覆工艺。镀层控制装置包括：坩埚，放入有熔融材料；电磁感应线圈，设置在坩埚的外围，加热放入坩埚中的熔融材料并形成熔汤，以从熔汤产生金属蒸汽；电源单元，向电磁感应线圈供应电流；以及控制单元，测量电磁感应线圈的阻抗，并根据以恒定的供应速度放入坩埚中的熔融材料控制供应到所述电磁感应线圈的电流，以使电磁感应线圈的阻抗恒定。
Description
技术领域
本发明涉及一种物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)工艺的镀层控制装置及方法，更具体地，涉及一种在利用PVD对钢板进行镀覆的PVD镀覆工艺中控制熔汤的蒸发量以控制镀层的厚度的装置及方法。
背景技术
在利用金属蒸汽对在真空中移动的基板进行镀覆的PVD电镀工艺中，通过直接加热坩埚以熔融或加热镀覆介质而产生大量的金属蒸汽(例如，参照欧洲公开专利公报第1785010号)，或者以非接触方式通过电磁感应加热导电介质以产生金属蒸汽来实现(例如，参照韩国公开专利公报第2007-0067097号)。这些文献提出了通过在真空中产生镀覆蒸汽来对基板进行镀覆的PVD的基本概念，但没有提出控制镀覆量的实施技术。即，为了制造镀覆产品，需要开发独特的PVD镀覆量控制技术。
另一方面，在现有技术中，在利用金属蒸汽对移动的钢板(strip)表面进行镀覆时，主要采用热浸镀覆和电镀。在现有技术中，为了控制镀覆量，采用了控制气刀(airknife)的间距和压力(在热浸镀覆的情况下)或控制电流×时间(在电镀的情况下)的方法。上述技术通过直接控制镀覆量的方法生产镀覆产品。
本发明人开发了一种将上述PVD镀覆工艺应用于移动钢板的镀覆的PVD镀覆装置，并且为了使PVD镀覆装置商业化，能够控制镀覆量的技术是绝对必要的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明用于解决上述现有技术中的问题，并且本发明要解决的技术问题之一为提供一种通过控制PVD镀覆工艺中产生的金属蒸汽的量来控制钢板的镀层的装置及方法。
(二)技术方案
本发明的一个方面提供一种镀层控制装置，该镀层控制装置应用于利用金属蒸汽对钢板进行物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)以形成镀层的PVD镀覆工艺。镀层控制装置包括：坩埚，放入有熔融材料；电磁感应线圈，设置在坩埚的外围，加热放入坩埚中的熔融材料并形成熔汤，以从熔汤产生金属蒸汽；电源单元，向电磁感应线圈供应电流；以及控制单元，测量电磁感应线圈的阻抗，并根据以恒定的供应速度放入坩埚中的熔融材料控制供应到所述电磁感应线圈的电流，以使阻抗恒定。
在一个实施例中，控制单元可以测量电磁感应线圈的谐振频率以获得电磁感应线圈的阻抗。
在一个实施例中，控制单元可以控制供应到电磁感应线圈的电流，以使电磁感应线圈的发热量恒定。
在一个实施例中，发热量可以对应于电磁感应线圈的电量，控制单元可以控制供应到电磁感应线圈的电流，以使电磁感应线圈的电量恒定。
本发明的另一方面提供一种镀层控制方法，该镀层控制方法应用于利用金属蒸汽对钢板进行物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)以形成镀层的PVD镀覆工艺。镀层控制方法包括以下步骤：将熔融材料放入坩埚中；利用设置在坩埚外围的电磁感应线圈加热坩埚中的熔融材料并形成熔汤，以产生金属蒸汽；测量电磁感应线圈的阻抗；以及根据以恒定的供应速度放入坩埚中的熔融材料控制供应到电磁感应线圈的电流，以使电磁感应线圈的阻抗保持恒定。
在一个实施例中，在测量电磁感应线圈的阻抗的步骤中，可以测量电磁感应线圈的谐振频率以获得电磁感应线圈的阻抗。
在一个实施例中，控制供应到电磁感应线圈的电流的步骤可以包括以下步骤：控制供应到电磁感应线圈的电流以使电磁感应线圈的发热量恒定。
在一个实施例中，发热量可以对应于电磁感应线圈的电量，在控制供应到电磁感应线圈的电流的步骤中，可以控制供应到电磁感应线圈的电流以使电磁感应线圈的电量恒定。
另外，以上的本发明的概要并没有列出本发明的所有特征。另外，这些特征组的组合也可以包括在本发明中。
(三)有益效果
根据本发明的实施例，可以通过控制PVD镀覆工艺中产生的金属蒸汽的量恒定来均匀地控制形成在钢板上的镀层。
附图说明
图1示出根据本发明的一个实施例的在PVD工艺中的镀层控制装置的示意图。
图2示出根据本发明的一个实施例的在PVD工艺中的镀层控制方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面，参照附图描述根据本发明的实施例的在PVD镀覆工艺中的镀层控制装置及方法。
图1是根据本发明的实施例的在PVD工艺中的镀层控制装置100的框图。如图1所示，根据本发明的一个实施例的镀层控制装置100应用于利用金属蒸汽对钢板进行物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)以形成镀层的PVD镀覆工艺。镀层控制装置100包括：坩埚110，放入有熔融材料A；电磁感应线圈120，设置在坩埚110的外围，加热放入坩埚110中的熔融材料A并形成熔汤B，以从熔汤B产生金属蒸汽C；电源单元130，向电磁感应线圈120供应电流；以及控制单元140，控制供应到电磁感应线圈120的电流。
在PVD镀覆工艺中，将预定成分的镀覆介质(即，熔融材料A)放入外围设置有电磁感应线圈120的坩埚110中，并向电磁感应线圈120供应电流，以在坩埚110中形成熔汤B，由此产生金属蒸汽C，并将金属蒸汽C沉积在钢板上以形成镀层。因此，可以通过控制金属蒸汽C的量来控制镀层。
在本发明中，为了控制金属蒸汽C的量，提出了将与需要的金属蒸汽C的量相等的量的熔融材料A放入坩埚110中并且通过保持熔汤B的量即熔汤B的体积恒定来控制镀层的方法。
为此，控制单元140可以测量电磁感应线圈120的阻抗并控制供应到电磁感应线圈120的电流以使阻抗保持恒定。例如，控制单元140可以控制供应到电磁感应线圈120的电流的参数，例如包括电流的大小。电磁感应线圈120的阻抗根据坩埚110中的熔汤B的体积变化而变化，因此，当根据以恒定的供应速度放入坩埚110的熔融材料A控制供应到电磁感应线圈120的电流，例如电流的大小等，以使电磁感应线圈120的阻抗恒定时，可以控制熔汤B的体积恒定。熔汤B的量和电磁感应线圈120的阻抗的模拟结果如下表1所示。
[表1]
| 熔汤量(kg) | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 |
| 阻抗 | 4.7 | 4.35 | 4.18 | 4.12 | 4.06 | 4 |
因此，可以看出，随着熔汤B的体积增加，电磁感应线圈120的阻抗减小。同时，控制单元140可以测量电磁感应线圈120的谐振频率以获得电磁感应线圈120的阻抗。谐振频率和阻抗之间的关系如下。
[数学式1]
其中，f是电磁感应线圈120的谐振频率，L是电磁感应线圈120的阻抗，C是PVD镀覆装置中的电容，是固定值。
因此，可以通过测量谐振频率并控制供应到电磁感应线圈120的电源以使谐振频率恒定来控制镀层。
另一方面，供应到坩埚的熔融材料A的供应速度和金属蒸汽C的产生速度必须彼此一致。即，每单位时间供应的熔融材料A的量和每单位时间产生的金属蒸汽C的量必须彼此一致。为此，除了根据以恒定的供应速度放入坩埚110中的熔融材料A来保持熔汤B的体积恒定之外，可以根据以恒定的速度放入坩埚110中的熔融材料A保持电磁感应线圈120的发热量恒定，从而可以根据放入的熔融材料A保持金属蒸汽C恒定。
另一方面，这种发热量对应于维持熔汤B的温度、供应的熔融材料A的温度上升和汽化热所需的能量。这种发热量对应于电磁感应线圈120的电量，并且控制单元140可以控制供应到电磁感应线圈120的电流，以使电磁感应线圈120的电量恒定。
如上所述，根据本发明的一个实施例的在PVD镀覆工艺中的镀层控制装置，与以恒定的速度供应的熔融材料相对应地，控制电磁感应线圈的阻抗(例如，谐振频率)和发热量(例如，电量)恒定，从而可以保持金属蒸汽的产生量恒定，因此可以形成均匀的镀层。
接下来，参照图2描述根据本发明的一个实施例的在PVD镀覆工艺中的镀层控制方法。图2示出根据本发明的一个实施例的在PVD镀覆工艺中的镀层控制方法200的示意性流程图。根据本发明的一个实施例的镀层控制方法200应用于利用金属蒸汽对钢板进行物理气相沉积以形成镀层的PVD镀覆工艺。
镀层控制方法200首先从将熔融材料放入坩埚中的步骤S210开始。然后，在步骤S220中，利用设置在坩埚外围的电磁感应线圈加热坩埚中的所述熔融材料并形成熔汤，以产生金属蒸汽。然后，在步骤S230中，测量电磁感应线圈的阻抗，并在步骤S240中，根据以恒定的供应速度放入坩埚中的熔融材料控制供应到电磁感应线圈的电流，以使电磁感应线圈的阻抗保持恒定。由于镀层控制方法200的各步骤的过程和原理与上述镀层控制装置100的各个组件所描述的内容基本相同，在此省略更详细的描述。
另一方面，在一个实施例中，在测量电磁感应线圈的阻抗的步骤S230中，可以测量电磁感应线圈的谐振频率以获得电磁感应线圈的阻抗。如上所述，由于可以根据谐振频率计算阻抗(例如，使用数学式1)，当控制电磁感应线圈的电流以使得谐振频率恒定时，可以使阻抗恒定。
在一个实施例中，在控制供应到电磁感应线圈的电流的步骤S240中，除了根据以恒定的供应速度放入坩埚中的熔融材料控制供应到电磁感应线圈的电流，以使电磁感应线圈的阻抗保持恒定之外，可以控制供应到电磁感应线圈的电流，以使电磁感应线圈的发热量恒定。
在这种情况下，发热量对应于电磁感应线圈的电量，因此，在控制供应到电磁感应线圈的电流的步骤S240中，可以通过控制供应到电磁感应线圈的电流以使电磁感应线圈的电量恒定来使发热量恒定。
如上所述，根据本发明的一个实施例的在PVD镀覆工艺中的镀层控制方法，如上述镀层控制装置，与以恒定的供应速度供应的熔融材料相对应地，控制电磁感应线圈的阻抗(例如，谐振频率)和发热量(例如，电量)恒定，从而可以保持金属蒸汽的产生量恒定，因此形成恒定的镀层。
以上，虽然利用实施例描述了本发明，但是本发明的技术范围不限于上述实施例中记载的范围。对本发明所属领域的普通技术人员来说清楚的是，可以对上述实施例进行各种改变或改进。从权利要求书的记载中可以清楚地了解，这样的改变或改进可以包括在本发明的技术范围内。
附图标记说明
100：镀层控制装置 110：坩埚
120：电磁感应线圈 130：电源单元
140：控制单元 A：熔融材料
B：熔汤 C：金属蒸汽。
Claims (8)
1.一种镀层控制装置，所述镀层控制装置应用于利用金属蒸汽对钢板进行物理气相沉积即PVD以形成镀层的PVD镀覆工艺，所述镀层控制装置包括：
坩埚，放入有熔融材料；
电磁感应线圈，设置在所述坩埚的外围，加热放入所述坩埚中的熔融材料并形成熔汤，以从所述熔汤产生金属蒸汽；
电源单元，向所述电磁感应线圈供应电流；以及
控制单元，测量所述电磁感应线圈的阻抗，并根据以恒定的供应速度放入所述坩埚中的所述熔融材料控制供应到所述电磁感应线圈的电流，以使所述阻抗恒定。
2.根据权利要求1所述的镀层控制装置，其中，
所述控制单元测量所述电磁感应线圈的谐振频率以获得所述电磁感应线圈的阻抗。
3.根据权利要求1所述的镀层控制装置，其中，
所述控制单元控制供应到所述电磁感应线圈的电流，以使所述电磁感应线圈的发热量恒定。
4.根据权利要求3所述的镀层控制装置，其中，
所述发热量对应于所述电磁感应线圈的电量，所述控制单元控制供应到电磁感应线圈的电流，以使所述电磁感应线圈的电量恒定。
5.一种镀层控制方法，所述镀层控制方法应用于利用金属蒸汽对钢板进行物理气相沉积以形成镀层的PVD镀覆工艺，所述镀层控制方法包括以下步骤：
将熔融材料放入坩埚中；
利用设置在所述坩埚外围的电磁感应线圈加热所述坩埚中的所述熔融材料并形成熔汤，以产生金属蒸汽；
测量所述电磁感应线圈的阻抗；以及
根据以恒定的供应速度放入所述坩埚中的所述熔融材料控制供应到所述电磁感应线圈的电流，以使所述电磁感应线圈的阻抗保持恒定。
6.根据权利要求5所述的镀层控制方法，其中，
测量所述电磁感应线圈的阻抗的步骤包括以下步骤：
测量所述电磁感应线圈的谐振频率以获得所述电磁感应线圈的阻抗。
7.根据权利要求5所述的镀层控制方法，其中，
控制供应到所述电磁感应线圈的电流的步骤包括以下步骤：
控制供应到所述电磁感应线圈的电流以使所述电磁感应线圈的发热量恒定。
8.根据权利要求7所述的镀层控制方法，其中，
所述发热量对应于所述电磁感应线圈的电量，
控制供应到所述电磁感应线圈的电流的步骤包括以下步骤：
控制供应到电磁感应线圈的电流以使所述电磁感应线圈的电量恒定。
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