CN113957390A - 一种具有气垫缓冲腔的真空镀膜装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有气垫缓冲腔的真空镀膜装置，包括坩埚，所述坩埚的外侧设有用以将所述坩埚内金属液加热形成金属蒸汽的感应加热器，所述坩埚顶部通过金属蒸汽管道连有布流箱体，所述布流箱体内设有一水平向的稳压板，所述布流箱体内的顶部设有垂直向的抑流板，所述稳压板位于所述抑流板的下方，所述布流箱体的顶部连有镀膜喷嘴，所述金属蒸汽管道上设有调压阀；所述稳压板设置为多孔结构，所述稳压板的孔隙总面积S孔隙总面积与所述镀膜喷嘴的出口位置面积S出口之比大于等于0.1，即：S孔隙总面积/S出口≥0.1；所述抑流板具有两块，分别对称位于所述镀膜喷嘴的两侧。本发明使高温蒸汽和低温钢板接触时，在钢板表面形成均匀镀层。
Description
技术领域
本发明涉及真空镀膜技术领域，更具体地说，涉及一种具有气垫缓冲 腔的真空镀膜装置。
背景技术
物理蒸发镀(PVD)是指在真空条件下加热被镀金属，使之以气态的方 式沉积到基材上形成镀膜的工艺技术。根据加热方式的不同又分为电加热 (电阻或感应式)和电子束枪加热(EBPVD)等。真空镀膜作为表面改性和 镀膜工艺，已经在电子、玻璃、塑料等行业得到了广泛的应用，真空镀膜 技术主要优点在于其环保、良好的镀膜性能和可镀物质的多样性。连续带 钢运用真空镀膜技术的关键在于镀膜生产连续化、大面积、高速率、大规 模生产等几个方面，从上世纪八十年代开始，世界各大钢铁公司都对此技 术进行了大量的研究，随着热镀锌和电镀锌技术的成熟，该技术正在受到 空前的重视，并被人为是创新型的表面镀膜工艺。
而在真空镀膜的过程中关键点就是如何通过喷嘴的布置得到厚度均匀 一致的镀层。国外目前公开的资料中，主要包含以下几个方面：
1)蒸发坩埚与布流喷嘴一体式结构
欧洲专利BE1009321A6、BE1009317A61分别公开了如图1、图2的坩 埚喷嘴结构，在图1的结构中，坩埚1上部加上盖2，使得上盖2和炉壁 之间形成喷嘴结构，用于蒸发金属的直接喷射。在图2的结构中，则在蒸 发坩埚中添加过滤板3，而后由顶部的狭缝喷嘴用于金属蒸汽的喷射。在 这两个装置喷嘴的设计过程中，一个采用了拉瓦尔喷嘴结构，另一个采用 了收缩喷嘴，而喷嘴的朝向位置一个是侧向喷射，另一个是垂直喷射。
在专利JPS59177370A、US4552092A中亦公开了相关蒸发坩埚及喷嘴结 构，图3给出了一种带自动补充金属液的坩埚喷嘴结构，喷嘴4采用较宽 的出口，在坩埚上部也布置了加热器5用于蒸汽等的加热。图4给出的坩 埚喷嘴结构中其结构由一侧弧形6展开，侧向喷射，在坩埚壁的外侧同样 布置了加热管7用于壁面的加热。
2)蒸发坩埚与布流喷嘴分体式结构
在专利WO2018/020311A1公布了一种分体式坩埚喷嘴结构，如图5所 示，在该装置中，坩埚在底部连接一个金属液供给槽8，其上部通过分体 式管道9将金属蒸汽送至管状的分配器和前端的蒸汽喷嘴中，而后金属蒸 汽通过喷嘴以高速将蒸汽喷射至金属板材。
在专利CN103249860A公开了一种分体式布流器及喷嘴结构，如图6所 示，通过一个管道将蒸汽送至上部水平管道10中，水平管道10顶部具有 多孔喷嘴，用以将金属蒸汽均匀的喷涂在金属板材表面。
在专利CN101175866A公开了一种金属蒸汽布流器及喷嘴形式，如图7 所示了喷嘴的截面形式，布流器管道11外部缠绕导线从而实现对管道的加 热，喷嘴部分为方形外壳，如图8所示，方形外壳12内部嵌套了另一种材 质的环形管道，用于金属蒸汽的喷射，喷嘴使用的蒸汽出口形式为多孔式。
上述这些专利都涉及到了在镀膜过程中喷嘴的具体形式，但是并不能 表明利用这些喷嘴进行的镀膜都能达到均匀的程度，而钢板表面镀层的均 匀度对于其后续折弯及冲压等使用过程中具有很关键的因素。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种具有气垫 缓冲腔的真空镀膜装置，利用稳压板将气体初次缓冲分配，利用抑流板形 成气垫缓冲腔，将气体进一步均匀，能形成均匀的喷射流，使高温蒸汽和 低温钢板接触时，在钢板表面形成均匀镀层。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有气垫缓冲腔的真空镀膜装置，包括坩埚，所述坩埚的外侧设 有用以将所述坩埚内的金属液加热形成金属蒸汽的感应加热器，所述坩埚 顶部通过金属蒸汽管道连有布流箱体，所述布流箱体内设有一水平向的稳 压板，所述布流箱体内的顶部设有垂直向的抑流板，所述稳压板位于所述 抑流板的下方，所述布流箱体的顶部连有镀膜喷嘴，所述金属蒸汽管道上 设有调压阀；
所述稳压板设置为多孔结构，所述稳压板的孔隙总面积S孔隙总面积与所 述镀膜喷嘴的出口位置面积S出口之比大于等于0.1，即：
S孔隙总面积/S出口≥0.1；
所述抑流板具有两块，分别对称位于所述镀膜喷嘴的两侧，两块所述 抑流板之间形成气垫缓冲腔。
较佳的，所述抑流板设置为矩形或者扇形。
较佳的，所述抑流板的高度H、所述抑流板的外侧面与所述布流箱体 的内表面之间的距离L，与所述金属蒸汽管道内所述金属蒸汽压力之间的 关系如下：
当所述金属蒸汽管道内所述金属蒸汽压力在500～2000Pa时，H＝(2～ 3)L；
当所述金属蒸汽管道内所述金属蒸汽压力在2000～4000Pa时，H＝(3～ 4)L；
当所述金属蒸汽管道内所述金属蒸汽压力在5000～7000Pa时，H＝(4～ 5)L；
当所述金属蒸汽管道内所述金属蒸汽压力在≥7000Pa时，H＝(6～7) L。
较佳的，所述抑流板的外侧面与所述布流箱体的内表面之间的距离L 与所述稳压板上孔隙的直径d之间的关系如下：
L＝(4～5)d。
较佳的，所述稳压板上的孔隙孔型为圆孔、方孔或三角孔。
较佳的，所述过滤板上的孔隙走向为直线或曲线。
较佳的，所述镀膜喷嘴的出口设置为狭缝型或多孔型，且所述镀膜喷 嘴出口位置面积S出口与所述金属蒸汽管道和所述坩埚顶部连接位置面积S 入口之比大于等于0.05～5，即：
S出口/S入口≥0.05～5。
较佳的，所述镀膜喷嘴设置为狭缝型时，其线型为直线形或曲线形， 所述镀膜喷嘴设置为多孔型时，其线型为矩形、圆形或梯形。
本发明所提供的一种具有气垫缓冲腔的真空镀膜装置，金属蒸汽由坩 埚感应加热熔化蒸发获得，金属蒸汽通过金属蒸汽管道进入到布流箱体， 布流箱体中布置稳压板和抑流板，金属蒸汽通过稳压板后使金属蒸汽形成 了稳压和初次缓冲分配，而后金属蒸汽继续在布流箱体中受到两块抑流板 形成的气垫缓冲腔的缓冲，并将不均匀气流在气垫缓冲腔中进行均压，当 金属蒸汽通过抑流板后由镀膜喷嘴喷出，形成均匀的喷射流，当高温金属 蒸汽和低温钢板接触时，在钢板表面形成了均匀镀层。
附图说明
图1是欧洲专利BE1009321A6的示意图；
图2是欧洲专利BE1009317A61的示意图；
图3是专利JPS59177370A的示意图；
图4是专利US4552092A的示意图；
图5是专利WO2018/020311A1的示意图；
图6是专利CN103249860A的示意图；
图7是专利CN101175866A的示意图；
图8是图7中方形外壳的示意图；
图9是本发明真空镀膜装置的结构示意图；
图10是图9中A-A向的剖视示意图；
图11是本发明真空镀膜装置中稳压板、抑流板之间位置参数的示意图；
图12是图9真空镀膜装置中参数面积分类示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请结合图9至图10所示，本发明所提供的一种具有气垫缓冲腔的真空 镀膜装置，包括坩埚13，坩埚13的外侧安装有用以将坩埚13内的金属液 14加热形成金属蒸汽15的感应加热器16，坩埚13的顶部通过金属蒸汽管 道23连有一个矩形状的布流箱体17，金属蒸汽管道23和坩埚13的顶部 连接位置为金属蒸汽15的入口，布流箱体17内设有一水平向的稳压板18， 布流箱体17内的顶部设有两块垂直向的抑流板19，稳压板18位于抑流板 19的下方，稳压板18与金属蒸汽15的入口之间的布流箱体1内部形成射 流缓和区20，稳压板18与布流箱体17的顶部之间形成射流加速区21，布 流箱体17的顶部连有镀膜喷嘴22，两块抑流板19分别对称位于镀膜喷嘴 22的两侧，两块抑流板19之间形成的气垫缓冲腔，对经过稳压板18后的 金属蒸汽15再进行二次缓冲，在金属蒸汽管道23上还安装有调压阀24。
稳压板18设置为多孔结构，稳压板18的孔隙总面积S孔隙总面积与镀膜 喷嘴33的出口位置面积S出口之比大于等于0.1，即：
S孔隙总面积/S出口≥0.1。
稳压板18上的孔型为圆孔、方孔或三角孔等各种孔型，稳压板18上 的孔隙走向为直线或曲线等各种形式。
金属块体在坩埚13中受到感应加热器16的作用熔化成金属液14，金 属液14在更高的过热度和低压下开始汽化，逐步形成金属蒸汽15。开始 阶段，与坩埚13相连的金属蒸汽管道23上的调压阀24处于关闭状态，随 着金属液14的不断汽化，坩埚13内腔的金属蒸汽15压力不断增大，当坩 埚13内腔的金属蒸汽15压力达到一定压力值时，开启调压阀24，使其保 持一定的压力流出，此时需同时增大感应加热器16从而使得调压阀24开 启减小的压力得到补充，调整感应加热器16的功率范围，使得坩埚13内 腔的金属蒸汽15压力保持在恒定的范围。调压阀24开启后，金属蒸汽15 沿着金属蒸汽管道23向前流动，当进入到布流箱体17时，由于稳压板18 的作用，使得原有的高速金属蒸汽15在射流缓和区20经过稳压板18的时 候受到阻力，从而使得气流流过稳压板18时形成均匀的流股，并均匀的稳 压板18上的小孔流出，进入射流加速区21，在两块抑流板19之间形成二 次缓冲，随后从布流箱体17顶部的镀膜喷嘴22均匀的射出。由于镀膜喷 嘴22出口狭小，使得金属蒸汽15射出时形成了较大的速度，此时在其上 方经过了运动的钢板25，金属蒸汽15的温度较高，遇到温度较低的钢板 25时，迅速凝固，形成了金属镀膜26。
金属液14可包含的范围：锌、镁、铝、锡、镍、铜、铁等金属，此外 还包含这些元素的低熔点(低于2000℃)氧化物。
请结合图11所示，抑流板19可以设置为矩形或者扇形等几种几何形 状，其主要作用就是将稳压板18上的孔隙进入的金属蒸汽15进一步进行 均匀化，从而间接的延长了金属蒸汽15的运动路径，并在流出至到镀膜喷 嘴22的出口时形成了充分的均匀。
抑流板19的高度H、抑流板19的外侧面与布流箱体17的内表面之间 的距离L，与金属蒸汽管道23内金属蒸汽15压力之间的关系如下：
当金属蒸汽管道23内金属蒸汽15压力在500～2000Pa时，H＝(2～3) L；
当金属蒸汽管道23内金属蒸汽15压力在2000～4000Pa时，H＝(3～4) L；
当金属蒸汽管道23内金属蒸汽15压力在5000～7000Pa时，H＝(4～5) L；
当金属蒸汽管道23内金属蒸汽15压力在≥7000Pa时，H＝(6～7)L。
抑流板19的外侧面与布流箱体17的内表面之间的距离L与稳压板18 上孔隙的直径d之间的关系如下：
L＝(4～5)d。
请结合图12所示，镀膜喷嘴20的出口设置为狭缝型或多孔型，且镀 膜喷嘴20出口位置面积S出口与金属蒸汽管道24和坩埚13顶部连接位置面 积S入口之比大于等于0.05～5，即：
S出口/S入口≥0.05～5。
镀膜喷嘴22的出口采用狭缝型可以为直线形或曲线形，镀膜喷嘴22 的出口采用多孔型可以为矩形、圆形或梯形等各种形状。
镀膜喷嘴22的材质可以为：石墨、陶瓷或金属，以及其他可以进行加 工的材料。
镀膜喷嘴22工作中内部压力为：500～500000Pa。
另外，钢板25在真空镀膜前经过等离子等装置清洗，预热温度达到 80～300℃。
本发明真空镀膜装置主要应用于带钢真空镀膜技术，用于在带钢表面 形成均匀一致的镀层，提高真空镀膜的带钢质量，本发明投入少，操作简 单，可以和真空镀膜技术成套输出。
实施例
采用钢板25表面蒸镀锌，钢板25的宽度为1100mm，钢板25进行清 洗干燥后，钢板25加热至120℃。坩埚13采用感应加热器16加热将锌蒸 发，并通过控制功率使得坩埚13内的锌蒸汽压力达到10000Pa压力，此时 调压阀24处于关闭状态。当坩埚13内气体压力到10000Pa后，打开调压 阀24，金属蒸汽15通过金属蒸汽管道23进入到布流箱体17，布流箱体18中布置稳压板18和抑流板19。
抑流板19采用长方形，其中L/d＝2，H＝3L。
稳压板18设置为多孔结构，S孔隙总面积/S出口＝3。
镀膜喷嘴22内部工作压力为5000Pa，镀膜喷嘴22材质为石墨，镀膜 喷嘴22的出口采用狭缝型，为长方形，其中S出口/S入口＝0.92。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说 明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围 内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (8)
1.一种具有气垫缓冲腔的真空镀膜装置，其特征在于：包括坩埚，所述坩埚的外侧设有用以将所述坩埚内的金属液加热形成金属蒸汽的感应加热器，所述坩埚顶部通过金属蒸汽管道连有布流箱体，所述布流箱体内设有一水平向的稳压板，所述布流箱体内的顶部设有垂直向的抑流板，所述稳压板位于所述抑流板的下方，所述布流箱体的顶部连有镀膜喷嘴，所述金属蒸汽管道上设有调压阀；
所述稳压板设置为多孔结构，所述稳压板的孔隙总面积S孔隙总面积与所述镀膜喷嘴的出口位置面积S出口之比大于等于0.1，即：
S孔隙总面积/S出口≥0.1；
所述抑流板具有两块，分别对称位于所述镀膜喷嘴的两侧，两块所述抑流板之间形成气垫缓冲腔。
2.如权利要求1所述的具有气垫缓冲腔的真空镀膜装置，其特征在于：所述抑流板设置为矩形或者扇形。
3.如权利要求2所述的具有气垫缓冲腔的真空镀膜装置，其特征在于：所述抑流板的高度H、所述抑流板的外侧面与所述布流箱体的内表面之间的距离L，与所述金属蒸汽管道内所述金属蒸汽压力之间的关系如下：
当所述金属蒸汽管道内所述金属蒸汽压力在500～2000Pa时，H＝(2～3)L；
当所述金属蒸汽管道内所述金属蒸汽压力在2000～4000Pa时，H＝(3～4)L；
当所述金属蒸汽管道内所述金属蒸汽压力在5000～7000Pa时，H＝(4～5)L；
当所述金属蒸汽管道内所述金属蒸汽压力在≥7000Pa时，H＝(6～7)L。
4.如权利要求3所述的具有气垫缓冲腔的真空镀膜装置，其特征在于：所述抑流板的外侧面与所述布流箱体的内表面之间的距离L与所述稳压板上孔隙的直径d之间的关系如下：
L＝(4～5)d。
5.如权利要求4所述的具有气垫缓冲腔的真空镀膜装置，其特征在于：所述稳压板上的孔隙孔型为圆孔、方孔或三角孔。
6.如权利要求5所述的具有气垫缓冲腔的真空镀膜装置，其特征在于：所述过滤板上的孔隙走向为直线或曲线。
7.如权利要求1所述的具有气垫缓冲腔的真空镀膜装置，其特征在于：所述镀膜喷嘴的出口设置为狭缝型或多孔型，且所述镀膜喷嘴出口位置面积S出口与所述金属蒸汽管道和所述坩埚顶部连接位置面积S入口之比大于等于0.05～5，即：
S出口/S入口≥0.05～5。
8.如权利要求7所述的具有气垫缓冲腔的真空镀膜装置，其特征在于：所述镀膜喷嘴设置为狭缝型时，其线型为直线形或曲线形，所述镀膜喷嘴设置为多孔型时，其线型为矩形、圆形或梯形。
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