CN113969397A - 一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供适用范围广且效率高的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，包括如下步骤：抽真空，抽真空装置对真空室进行抽真空；预冷却，基材传送装置通过水冷结构对驱动辊进行预冷却；预紧张力，基材传送装置通过驱动辊将基材绷紧，并将基材传送至雾化加热装置的上方；雾化，雾化装置将液态有机镀膜材料进行雾化，并将雾化后的液态有机镀膜材料喷出至加热装置的加热箱体内；汽化，加热装置的加热组件对加热箱体进行加热，从而将雾化后的有机镀膜材料进行加热以使其汽化；附着，涂覆载体组件驱动汽化后的有机镀膜材料从喷口喷出并附着于基材的表面上；冷却成型，预冷却后的驱动辊对附着于基材表面上的有机镀膜材料进行冷却成型。

Description

一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法
【技术领域】
本发明涉及真空镀膜领域，尤其是一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法。
【背景技术】
目前在真空状态下常用的薄膜制备方法有磁控溅射、蒸发、等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)等，根据所用原材料的特性选取不同的镀膜方式。针对一些镀膜原材料为有机液态物的情况，在真空状态的镀膜方式一般采用PECVD的方式，也有一些采用在大气环境下在基材表面直接涂布的方式来制备薄膜。
在真空状态下采用PECVD的方式来制备薄膜，尤其是在柔性基材上进行镀膜时，此种薄膜的制备方式，对箱体(真空室)内部及传动系统都有一定的污染，从而导致基材在卷绕行走的过程造成损坏，另外其相对效率会也会降低。为了提高效率，增加一次成膜的厚度，就需要增加PECVD源，PECVD源数量的增加则会导致设备的卷绕系统变得复杂，使得薄膜在卷绕过程中容易出现褶皱，对于需要完成不同材料组成的叠加膜层，各源之间就会出现不同程度的相互干扰，而解决干扰问题带来的困扰同样也会使得设备变大，卷绕系统变得复杂，设备加工难度陡增。
如果在大气下通过涂布方式完成膜层的制备，膜层的整体性能达不到真空状态制备的膜层性能，如果采用在真空下涂布的方式，同样无法获得良好的膜层性能，且对腔体造成严重污染，效率低下，无法获得均匀且较薄的膜层。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供适用范围广且效率高的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，包括如下步骤：抽真空，抽真空装置对真空室进行抽真空；预冷却，基材传送装置通过水冷结构对驱动辊进行预冷却；预紧张力，基材传送装置通过驱动辊将基材绷紧，并将基材传送至雾化加热装置的上方；雾化，雾化装置将液态有机镀膜材料进行雾化，并将雾化后的液态有机镀膜材料喷出至加热装置的加热箱体内；汽化，加热装置的加热组件对加热箱体进行加热，从而将雾化后的有机镀膜材料进行加热以使其汽化；附着，涂覆载体组件驱动汽化后的有机镀膜材料从喷口喷出并附着于基材的表面上；冷却成型，预冷却后的驱动辊对附着于基材表面上的有机镀膜材料进行冷却成型。
本发明先通过雾化装置将液态有机镀膜材料进行雾化，雾化后的液态有机镀膜材料呈微小颗粒状，其经加热装置加热后迅速汽化，然后通过涂覆载体组件附着于达基材的表面，然后经过驱动辊冷却成型，从而完成薄膜的涂覆工作。本发明成膜的过程在真空环境下完成，其适用范围广，可以获得较薄的镀膜层，也可以满足厚膜的需要，其均匀性容易控制，效率高，并且可以获得均匀性高和更高膜层性能的薄膜。本发明解决了以往薄膜制备方式效率低、膜层厚度受限、腔体污染及为提高效率导致系统复杂等技术问题，可以更高效的获得性能优良的膜层。
如上所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，还包括如下步骤：固化传送，基材传送装置将附着有有机镀膜材料的基材传送至紫外固化装置的一侧；固化，紫外固化装置向基材发射紫外线，从而将冷却成型于基材表面上的有机镀膜材料进行紫外固化，从而将有机镀膜材料快速地固化于基材的表面上以提高镀膜的效果。
如上所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，在所述雾化步骤中，雾化装置将液态有机镀膜材料雾化为<20μm的微小颗粒，以利于液态有机镀膜材料后续的汽化效率。
如上所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，在所述雾化步骤中，包含有增压喷出步骤：增压接头接入外部高压气，使得经雾化后的液态有机镀膜材料经过雾化喷头增压喷出并在加热箱体内迅速扩散，从而进一步提高有机镀膜材料蒸发率。
如上所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，在所述汽化步骤中，加热组件将加热箱体加热至400℃以上的高温，从而保证有机镀膜材料的汽化率。
如上所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，在所述附着步骤中，包含有二进制均气步骤：外部高压气源通过进气管进入布气管，并通过布气总出口喷出至加热箱体内，从而驱动汽化后的有机镀膜材料依次通过数个导流挡板并均匀地通过喷口喷出，进而使汽化后的有机镀膜材料更加均匀地通过喷口并附着于基材上。
如上所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，在所述附着步骤中，还包含有气帘形成步骤：外部高压气通过气帘通气孔往基材的方向喷射，从而在隔离罩的顶部边缘形成环形封闭的气帘，进而防止气态有机镀膜材料向外飘散以减少其对真空室的污染。
如上所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，在所述雾化步骤中，还包含有双重冷却步骤：外部冷却液和冷却气体分别通过水冷进口和气冷进口进入至第一冷却空间和第二冷却空间，并分别从水冷出口气冷出口回流，从而实现雾化装置的循环水冷和循环气冷，保证雾化装置可以在80℃以下的环境温度下正常工作。
如上所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，在所述固化步骤中，包括光源冷却步骤：光源冷却系统对紫外光源进行降温，从而防止光源及基材因高温而损坏。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
图1为本发明所述新型真空镀膜设备的结构示意图之一；
图2为本发明所述新型真空镀膜设备的结构示意图之二；
图3为本发明所述雾化加热装置与所述隔离罩装配的结构示意图；
图4为本发明所述雾化加热装置的分解结构示意图；
图5为本发明所述雾化装置的剖视结构示意图；
图6为本发明所述雾化装置的立体结构示意图；
图7为本发明所述加热装置的结构示意图；
图8为本发明所述布气管与所述进气管的分解结构示意图之一；
图9为本发明所述布气管与所述进气管的分解结构示意图之二；
图10为本发明所述基材传送装置的结构示意图。
图11为本发明的控制流程示意图。
【具体实施方式】
本发明所述的一种新型真空镀膜设备，包括真空室100、设于真空室100内且用于对真空室100进行抽真空的抽真空装置101、设于真空室100内且用于对基材10进行传送和冷却的基材传送装置1以及用于向基材10喷涂气态有机镀膜材料的雾化加热装置2，雾化加热装置2包括用于对液态有机镀膜材料进行雾化的雾化装置21、用于对雾化后的有机镀膜材料进行汽化的加热装置22以及设于加热装置22内且用于带动气态有机镀膜材料附着于基材10表面上的涂覆载体组件23。
雾化装置21包括设于加热装置22一侧的壳体211和设于壳体211内的雾化器本体212，雾化器本体212的两端分别设有通液接口2121和雾化喷头2122，通液接口2121用于通入供雾化器本体212进行雾化的液态有机镀膜材料，雾化喷头2122伸入加热装置22内并向加热装置22喷入经雾化的有机镀膜材料，雾化器本体212上设有用于增压的增压接头213。外部泵体驱动液态有机镀膜材料通过通液接口2121泵入雾化器本体212内，雾化器本体212(优选采用超声雾化器)将泵入的液态有机镀膜材料雾化为<20μm的微小颗粒，增压接头213接入外部高压气，使得微小颗粒状的液态有机镀膜材料经过雾化喷头2122增压喷出并在加热装置22内迅速扩散以提高其在加热装置22内的汽化效率。
为实现水冷以有效对雾化装置21进行降温并防止其温度过高，壳体211包括外壳体2111和内壳体2112，外壳体2111与内壳体2112之间形成有第一冷却空间2113，外壳体2111上设有与第一冷却空间2113相连通且与冷却液体相连通的水冷进口214和水冷出口215。外部冷却液通过水冷进口214进入至第一冷却空间2113，并从水冷出口215回流，从而实现循环水冷，保证雾化器本体21可以在80℃以下的环境温度下正常工作。
为实现气冷以进一步提高对雾化装置21的冷却效果，雾化器本体212内设有第二冷却空间，雾化器本体212的外侧设有与第二冷却空间相连通且与冷却气体相连通的气冷进口216和气冷出口217。通过水冷和气冷可对雾化装置21进行双重的冷却保护。
加热装置22包括与雾化装置21相连通的加热箱体221和设于加热箱体221上且用于对加热箱体221进行加热的加热组件222，加热箱体221朝向基材传送装置1的一侧设有喷口2211。加热组件222可快速对加热箱体221进行加热，从而使微小颗粒状液态有机镀膜材料在加热箱体221内(雾化喷头2122直接伸入加热箱体221内)迅速汽化(将颗粒状液态有机镀膜材料蒸发为具有压力的气体分子)，汽化后的有机镀膜材料从喷口2211喷出至基材传送装置1上的基材10的表面上。
为提高有机镀膜材料涂覆于基材10上的均匀性，加热箱体221的顶部朝向基材传送装置1的底部，喷口2211设于加热箱体221的顶部。
为延长有机镀膜材料在加热箱体221内的运动路程并使得有机镀膜材料可在加热箱体221内充分受热并汽化，加热箱体221内沿竖向相对间隔设置有横向导流挡板223。
为保证加热箱体221的温度足够高且均匀，加热组件222由设于加热箱体221前侧、后侧、左侧、右侧和底侧的铝合金板式加热器组成，从而保证加热箱体221内的温度能够达到400℃的高温。
为达到气态有机镀膜材料最佳的附着及涂覆效果，加热箱体221的顶部设有可调节喷口2211的宽度的喷口调节板224。为保证足够的涂覆压力，两喷口调节板224之间的狭缝宽度可在0.5mm-3mm的范围内调节。
为增加气态有机镀膜材料的扩散范围以增加其附着及涂覆的范围，喷口调节板224上设有导向斜面2241。
为给加热箱体221内的气态有机镀膜材料提供额外的动力以使得汽化后的有机镀膜材料可高速通过喷口2211而附着于基材10上，涂覆载体组件23包括与高压气体相连通的进气管231和与进气管231相连通的布气管232，布气管232上设有二进制均气结构。
为使得汽化后的有机镀膜材料更加均匀地通过喷口2211并附着于基材10上，布气管232包括由后往前依次贴合设置的第一布气管2321、第二布气管2322和第三布气管2323，第一布气管2321、第二布气管2322和第三布气管2323的端部设有封堵头2324，二进制均气结构包括设于第一布气管2321后侧的第一布气进口2325、设于第一布气管2321前侧的第一布气出口2326、设于第二布气管2322的后侧且位置与第一布气出口2326相对应的第二布气进口2327、设于第二布气管2322前侧的第二布气出口2328、设于第三布气管2323的后侧且位置与第二布气出口2328相对应的第三布气进口2329以及设于第三布气管2323前侧的布气总出口2320。
为使气态有机镀膜材料可以在喷口2211的狭缝处形成足够大且均匀的喷射流，第一布气进口2325的数量为2个，第一布气出口2326和第二布气进口2327的数量为4个，第二布气出口2328和第三布气进口2329的数量为8个，布气总出口2320的数量为16个。
为均匀分散进气压力，进气管231的输出端上设有三通233，三通233的两输出端上设有与第一布气进口2325相连通的进气分管234。加热箱体221的外侧上设有可供进气管231的输入端相连接的高压接头2310，外部高压气源直接与高压接头2310相连接。外部高压气源通过进气管231进入布气管232，并通过布气总出口2320喷出至加热箱体221内，从而驱动汽化后的有机镀膜材料从喷口2211均匀喷出至基材传送装置1上的基材10的表面上。
为防止加热装置22的热量向外扩散，涂覆载体组件23还包括罩设于加热装置22外侧的隔离罩230，隔离罩230与加热装置22之间设有隔热板2301。
为防止气态有机镀膜材料向外飘散以减少其对真空室100的污染，隔离罩230的顶部边缘设有与外部高压气源相连通的气帘通气孔2302。外部高压气通过气帘通气孔往基材10的方向喷射，从而在隔离罩230的顶部边缘形成环形封闭的气帘。
为保证传送的效率和冷却成型的效果，基材传送装置1包括驱动辊11和设于驱动辊11内的水冷结构。在涂覆的过程中，基材10卷绕在驱动辊11上，由于驱动辊11内设有水冷结构，因此可对涂覆有有机镀膜材料的基材10进行冷却，使得有机镀膜材料冷却成型于基材10上，从而完成薄膜的涂覆，其可有效避免成膜过程中基材10表面温升对镀膜层以及基材10的损伤。水冷结构包括冷却水进水口12、冷却水出水口13和缠绕在驱动辊11的内侧壁上且与冷却水进水口12和冷却水出水口13相连通的螺旋水道14。外部冷却水通过冷却水进水口12进入螺旋水道14，并通过冷却水出水口13流出，从而使驱动辊11的表面达到较低温度，并在其转动过程中(传送基材的过程中)带走基材表面(有机镀膜材料)的热量。
为将有机镀膜材料快速地固化于基材10的表面上以提高镀膜的效果，上述的一种新型真空镀膜设备，还包括紫外固化装置3，紫外固化装置3朝向基材传送装置1的一侧设有发光面31。发光面31向涂覆于基材10表面上的有机镀膜材料发射紫外线，从而将有机镀膜材料快速地固化于基材10的表面上，并提高其镀膜的稳定性。可在紫外固化装置3的背部设置光源冷却系统以对光源进行降温，从而高呼光源及基材因高温而损坏。
上述的一种新型真空镀膜设备，其控制系统包含有真空系统、卷绕系统、工艺系统、通用辅助系统、故障报警系统。控制系统由以下电气元件组成：德国倍福PLC主机、IO模块，ProfiBus-DP通讯模块、小型继电器、断路器、交流接触器、热继电器、开关电源、声光报警器。主要的控制和检测元件包括有：机械泵、罗茨泵、分子泵、预抽阀、粗抽阀、管道放气阀、箱体放气阀、电动调压阀、真空计、冷水机组、冷热水机组、收卷轴、放卷轴、冷鼓、摆辊、张力传感器、测速编码器、接近开关、激光测距传感器等。
本发明所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，包括如下步骤：抽真空，抽真空装置101对真空室100进行抽真空；预冷却，基材传送装置1通过水冷结构对驱动辊11进行预冷却；预紧张力，基材传送装置1通过驱动辊11将基材10绷紧，并将基材10传送至雾化加热装置2的上方；雾化，雾化装置21将液态有机镀膜材料进行雾化，并将雾化后的液态有机镀膜材料喷出至加热装置22的加热箱体221内；汽化，加热装置22的加热组件222对加热箱体221进行加热，从而将雾化后的有机镀膜材料进行加热以使其汽化；附着，涂覆载体组件23驱动汽化后的有机镀膜材料从喷口2211喷出并附着于基材10的表面上；冷却成型，预冷却后的驱动辊11对附着于基材10表面上的有机镀膜材料进行冷却成型。
为将有机镀膜材料快速地固化于基材10的表面上以提高镀膜的效果，上述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，还包括如下步骤：固化传送，基材传送装置1将附着有有机镀膜材料的基材10传送至紫外固化装置3的一侧；固化，紫外固化装置3向基材10发射紫外线，从而将冷却成型于基材10表面上的有机镀膜材料进行紫外固化。
为利于液态有机镀膜材料后续的液化效率，在所述雾化步骤中，雾化装置21将液态有机镀膜材料雾化为<20μm的微小颗粒。雾化后的有机镀膜材料的蒸发率高，且效率快。
为进一步提高有机镀膜材料蒸发率，在所述雾化步骤中，包含有增压喷出步骤：增压接头213接入外部高压气，使得经雾化后的液态有机镀膜材料经过雾化喷头2122增压喷出并在加热箱体221内迅速扩散。
为保证有机镀膜材料的汽化率，在所述汽化步骤中，加热组件222将加热箱体221加热至400℃以上的高温。
为给加热箱体221内的气态有机镀膜材料提供额外的动力以使得汽化后的有机镀膜材料可高速通过喷口2211而附着于基材10上，在所述附着步骤中，包含有二进制均气步骤：外部高压气源通过进气管231进入布气管232，并通过布气总出口2320喷出至加热箱体221内，从而驱动汽化后的有机镀膜材料依次通过数个导流挡板223并均匀地通过喷口2211喷出。
为防止气态有机镀膜材料向外飘散以减少其对真空室100的污染，在所述附着步骤中，还包含有气帘形成步骤：外部高压气通过气帘通气孔2302往基材10的方向喷射，从而在隔离罩230的顶部边缘形成环形封闭的气帘，保证清洁环保。
为保证雾化装置21可以在80℃以下的环境温度下正常工作，在所述雾化步骤中，还包含有双重冷却步骤：外部冷却液和冷却气体分别通过水冷进口214和气冷进口216进入至第一冷却空间2113和第二冷却空间，并分别从水冷出口215气冷出口217回流，从而实现雾化装置21的循环水冷和循环气冷。
为防止光源及基材10因高温而损坏，在所述固化步骤中，包括光源冷却步骤：光源冷却系统对紫外光源进行降温。
本发明进行镀膜制备时，抽真空装置101首先对真空室100进行抽真空，使得镀膜工艺处于真空的状态下进行。随后驱动辊11转动并将基材10传送至雾化加热装置2的上方，此时雾化装置21和加热装置22启动工作，外部泵体驱动液态有机镀膜材料通过通液接口2121泵入雾化器本体212内，雾化器本体212将泵入的液态有机镀膜材料雾化为<20μm的微小颗粒，增压接头213接入外部高压气，使得微小颗粒状的液态有机镀膜材料经过雾化喷头2122增压喷出并在加热箱体221内迅速扩散，此时加热组件222对加热箱体221进行加热，使其内部温度能够达到400℃的高温，从而使微小颗粒状液态有机镀膜材料在加热箱体221内迅速汽化并将其快速蒸发为具有压力的气体分子，此时外部高压气源通过进气管231进入布气管232，并通过布气总出口2320喷出至加热箱体221内，从而驱动汽化后的有机镀膜材料依次通过数个导流挡板223后通过喷口2211(宽度经调节后的)均匀喷出至卷绕在驱动辊11上的基材10的表面上，此时气态有机镀膜材料均匀地附着于基材10的表面上，水冷结构对基材10进行冷却，使得附着于基材10表面上的气态有机镀膜材料发生液化后固化或直接发生凝华，从而成型于基材10上，随后驱动辊11带动基材10传送至紫外固化装置3的一侧，此时发光面31向涂覆于基材10表面上的有机镀膜材料发射紫外线，从而将有机镀膜材料进一步地固化于基材10的表面上。

Claims (9)

1.一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于包括如下步骤：
A：抽真空，抽真空装置(101)对真空室(100)进行抽真空；
B：预冷却，基材传送装置(1)通过水冷结构对驱动辊(11)进行预冷却；
C：预紧张力，基材传送装置(1)通过驱动辊(11)将基材(10)绷紧，并将基材(10)传送至雾化加热装置(2)的上方；
D：雾化，雾化装置(21)将液态有机镀膜材料进行雾化，并将雾化后的液态有机镀膜材料喷出至加热装置(22)的加热箱体(221)内；
E：汽化，加热装置(22)的加热组件(222)对加热箱体(221)进行加热，从而将雾化后的有机镀膜材料进行加热以使其汽化；
F：附着，涂覆载体组件(23)驱动汽化后的有机镀膜材料从喷口(2211)喷出并附着于基材(10)的表面上；
G：冷却成型，预冷却后的驱动辊(11)对附着于基材(10)表面上的有机镀膜材料进行冷却成型。
2.根据权利要求1所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于还包括如下步骤：
H：固化传送，基材传送装置(1)将附着有有机镀膜材料的基材(10)传送至紫外固化装置(3)的一侧；
I：固化，紫外固化装置(3)向基材(10)发射紫外线，从而将冷却成型于基材(10)表面上的有机镀膜材料进行紫外固化。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于在所述雾化步骤中，雾化装置(21)将液态有机镀膜材料雾化为<20μm的微小颗粒。
4.根据权利要求3所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于在所述雾化步骤中，包含有增压喷出步骤：增压接头(213)接入外部高压气，使得经雾化后的液态有机镀膜材料经过雾化喷头(2122)增压喷出并在加热箱体(221)内迅速扩散。
5.根据权利要求1或2所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于在所述汽化步骤中，加热组件(222)将加热箱体(221)加热至400℃以上的高温。
6.根据权利要求1或2所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于在所述附着步骤中，包含有二进制均气步骤：外部高压气源通过进气管(231)进入布气管(232)，并通过布气总出口(2320)喷出至加热箱体(221)内，从而驱动汽化后的有机镀膜材料依次通过数个导流挡板(223)并均匀地通过喷口(2211)喷出。
7.根据权利要求6所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于在所述附着步骤中，还包含有气帘形成步骤：外部高压气通过气帘通气孔(2302)往基材(10)的方向喷射，从而在隔离罩(230)的顶部边缘形成环形封闭的气帘。
8.根据权利要求4所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于在所述雾化步骤中，还包含有双重冷却步骤：外部冷却液和冷却气体分别通过水冷进口(214)和气冷进口(216)进入至第一冷却空间(2113)和第二冷却空间，并分别从水冷出口(215)气冷出口(217)回流，从而实现雾化装置(21)的循环水冷和循环气冷。
9.根据权利要求2所述的一种新型真空镀膜设备的镀膜控制方法，其特征在于在所述固化步骤中，包括光源冷却步骤：光源冷却系统对紫外光源进行降温。
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