CN205473960U - 纤维镀膜设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种纤维镀膜设备，所述纤维镀铜设备包括镀膜腔室、电子束枪、至少一个蒸发坩埚、放丝辊和收丝辊，所述电子束枪、所述蒸发坩埚、所述放丝辊和所述收丝辊均设置在所述镀膜腔室内。本实用新型还提供一种对碳纳米管纤维进行镀膜的方。利用本实用新型所提供的纤维镀膜设备可以连续地对碳纳米管纤维进行镀膜，利用所述纤维镀膜设备进行的镀膜方法属于物理气象沉积，镀膜过程中不会产生废气，不会对环境造成污染。
Description
技术领域
本实用新型涉及纤维镀膜领域，具体地，涉及一种纤维镀膜设备。
背景技术
在现有技术中，通常需要利用电化学镀膜的方法在碳纳米管纤维上镀金属膜。但是，这种方法镀金属膜时，容易造成污染，并且，金属膜并不是很致密。
因此，如何以环保的方式对碳纳米管纤维进行镀金属膜成为本实用新型亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种纤维镀膜设备。利用所述纤维镀膜设备对碳纳米管纤维镀膜能够在所述碳纳米管纤维表面形成致密的金属膜，并且镀膜过程中不会对环境造成污染。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种纤维镀膜设备，其中，所述纤维镀铜设备包括镀膜腔室、电子束枪、至少一个蒸发坩埚、放丝辊和收丝辊，所述电子束枪、所述蒸发坩埚、所述放丝辊和所述收丝辊均设置在所述镀膜腔室内。
优选地，所述蒸发坩埚设置在所述放丝辊和所述收丝辊的连线的一侧，所述电子束枪设置在所述蒸发坩埚的一侧，以使得所述蒸发坩埚位于所述电子束枪和所述放丝辊与所述收丝辊的连线之间。
优选地，所述纤维镀膜设备还包括加热装置，所述加热腔装置用于对所述镀膜腔室进行加热。
优选地，所述加热装置设置在所述放丝辊和所述收丝辊的连线的另一侧。
利用本实用新型所提供的纤维镀膜设备可以连续地对碳纳米管纤维进行镀膜，利用所述纤维镀膜设备进行的镀膜方法属于物理气象沉积，镀膜过程中不会产生废气，不会对环境造成污染。由于电子束枪产生的电子具有较高的运动速度，因此，轰击形成的金属原子也具有较高的运动速度，所述金属原子具有较大的动能，沉积在碳纳米管纤维上之后，可以与碳纳米管纤维之间产生较强的结合力，从而可以确保金属膜牢固地附着在碳纳米管纤维的表面。
附图说明
图1是本实用新型所提供的纤维镀膜设备的示意图；
图2是纤维清洗设备的示意图；
图3是未镀膜的碳纳米管纤维的扫描图像；
图4是利用本实用新型实施例1的方法对碳纳米管纤维进行镀铜后的纤维的扫描图像；
图5为图4中纤维的放大图；
图6是利用本实用新型实施例2的方法对碳纳米管纤维进行镀铜后的纤维的扫描图像；
图7是图6中纤维的放大图；
图8是利用本实用新型实施例3的方法对碳纳米管纤维进行镀铜后的纤维的扫描图像。
附图标记说明
1：清洗放丝辊 2：溶液池
3：压辊 4：超声振动装置
5：无水乙醇 6：清洗导辊
7；加热辊 8：清洗收丝辊
9：碳纳米管纤维 10：放丝辊
11：收丝辊 12：加热装置
13：金属靶材 14：电子束枪
15：镀膜腔室 16：蒸发坩埚
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
如图1所示，本实用新型提供一种纤维镀膜设备，其中，所述纤维镀铜设备包括镀膜腔室15、电子束枪14、至少一个蒸发坩埚16、放丝辊10和收丝辊11。电子束枪14、蒸发坩埚16、放丝辊10和收丝辊11均设置在镀膜腔室15内。
在利用本实用新型所提供的纤维镀膜设备对碳纳米管纤维进行镀膜处理时，将金属靶材13设置在蒸发坩埚16中，将待镀膜的碳纳米管纤维缠绕在放丝辊10上，并从放丝辊10上拾取碳纳米管纤维的自由端，随后固定在收丝辊11上。
在镀膜时，将镀膜腔室15内设成预定的工艺条件，然后开启电子束枪14，电子束枪14产生电子，轰击蒸发坩埚16中的金属靶材，使得金属靶材的原子脱离所述金属靶材，并沉积在放丝辊10和收丝辊11之间的碳纳米管纤维上，形成金属膜。当一段碳纳米管纤维镀膜完成后，驱动放丝辊10和收丝辊11同步转动，以将镀有金属膜的碳纳米管纤维缠绕在收丝辊11上。于此同时，一段未镀膜的碳纳米管纤维从放丝辊10上移动至该放丝辊10和收丝辊11之间，可以继续对该段碳纳米管纤维进行镀膜处理。
下文中将详细描述所述预定的工艺条件，这里先不赘述。
利用本实用新型所提供的纤维镀膜设备可以连续地对碳纳米管纤维进行镀膜，利用所述纤维镀膜设备进行的镀膜方法属于物理气象沉积，镀膜过程中不会产生废气，不会对环境造成污染。由于电子束枪14产生的电子具有较高的运动速度，因此，轰击形成的金属原子也具有较高的运动速度，所述金属原子具有较大的动能，沉积在碳纳米管纤维上之后，可以与碳纳米管纤维之间产生较强的结合力，从而可以确保金属膜牢固地附着在碳纳米管纤维的表面。
在图1中所示的实施方式中，蒸发坩埚16设置在放丝辊10和收丝辊11的连线的一侧(图1中的下侧)，电子束枪14设置在蒸发坩埚16的一侧(图1中的下侧)，以使得蒸发坩埚16位于电子束枪14和放丝辊10与收丝辊11的连线之间。在本实用新型中，每个蒸发坩埚16对应一个电子束枪14，从而可以提高金属靶材的蒸发效率，并提高在碳纳米管纤维上镀膜的效率。
为了使得所述镀膜腔室15内的温度达到预定的温度，优选地，所述纤维镀膜设备还包括加热装置12，该加热腔装置12用于对所述镀膜腔室进行加热。利用加热装置12对镀膜腔室进行加热可以使得镀膜过程在加热的状态下进行，有利于金属原子沉积在碳纳米管纤维上之后的横向扩散，从而可以获得连续性好、致密度高、表面光洁度高的金属膜。
作为本实用新型的一种具体实施方式，如图1所示，所述加热装置设置在放丝辊10和收丝辊11的连线的另一侧。
下面介绍一种利用本实用新型所提供的上述纤维镀膜设备对碳纳米管纤维进行镀膜的方法，其中，未镀膜的碳纳米管纤维缠绕在所述放丝辊上，蒸发坩埚16内设置有金属靶材13，所述方法包括：
从放丝辊10上拾取碳纳米管纤维的自由端，固定在收丝辊11上；
将镀膜腔室15内部设置为预定的工艺条件；
开启电子束枪14，对位于放丝辊10和收丝辊11之间的碳纳米管纤维9进行镀膜；
每隔预定时间驱动放丝辊10和收丝辊11同步转动，以将镀膜的碳纳米管纤维缠绕在收丝辊11上；或者，驱动放丝辊10和收丝辊11以预定的速度同步转动。
优选地，预定速度可以在0-20mm/s之间。
如上文中所述，开启电子束枪14后，产生的电子将轰击蒸发坩埚16内的金属靶材，并且使金属原子脱离金属靶材，并沉积在放丝辊10和收丝辊11之间的碳纳米管纤维9的表面，形成金属膜。经过预定时间后，可以在该段碳纳米管纤维上形成预定厚度的金属膜。
容易理解的是，利用所述纤维镀膜装置执行所述方法时，不会产生废气，不会污染环境，并且，可以碳纳米管纤维进行连续镀膜，从而使得所述方法具有较高的效率。
在本实用新型中，对金属靶材的具体材料并没有特殊的限制，为了提高镀膜后的碳纳米管纤维的导电性，优选地，所述金属靶材包括铜靶材。
相应地，将镀膜腔室15内部设置为预定的工艺条件的步骤包括：
对镀膜腔室15进行抽真空，以使得镀膜腔室15内的气压低于1×10-2Pa；
对镀膜腔室15进行加热，并持续对镀膜腔室15进行抽真空，直至所述镀膜腔室15内的温度达到300℃至400℃，所述镀膜腔室内气压低于1×10-3Pa。
将镀膜腔室15内的温度设置在300℃至400℃之间，有利于铜原子附着在碳纳米管纤维的表面，并且有利于铜原子的横向扩散。对镀膜腔室15内进行抽真空有利于对形成的金属膜进行保护。
优选地，将所述镀膜腔室内部设置为预定的工艺条件的步骤还包括：
向所述镀膜腔室内通入保护气体。
对所述保护气体进行电离。
保护气体的作用有二，一是防止碳纳米管纤维的表面氧化；二是，经过电离的保护气体原子可以对碳纳米管纤维进行轰击，增加碳纳米管纤维表面的粗糙度，有利于金属原子的附着。
作为本实用新型的一种优选实施方式，所述保护气体包括氩气。氩气分子具有较大的分子量，可以提高对碳纳米管纤维轰击的效率。
作为本实用新型的一种优选实施方式，可以将氩气的流速设置在20-40sccm之间。
作为本实用新型的一种优选实施方式，在对金属靶材进行轰击时，所述电子束枪的功率在20KW至30KW之间。
作为本实用新型的一种优选实施方式，所述预定时间在5s至15s之间。所述预定时间越长，形成在碳纳米管纤维表面的金属膜厚度越大，可以根据需求设定所述预定时间。
完成镀膜后，关闭加热装置，当镀膜腔室内的温度低于30℃后，关闭抽真空系统，向镀膜腔室内通入空气，直至镀膜腔室的压力达到大气压力为止。或者，可以在镀膜腔室内的温度低于100℃时，向镀膜腔室内通入氩气。
为了使得金属膜牢固地附着在碳纳米管纤维的表面，优选地，所述方法还包括在将所述碳纳米管纤维设置在所述放丝辊上之前，对所述碳纳米管纤维进行清洗。
实施例
在进行本实用新型所提供的对碳纳米管纤维镀膜的方法之前，首先利用图2中的清洗装置对碳纳米管纤维进行预清洁处理，所述清洗装置包括清洗放丝辊1、溶液池2、设置在溶液池2中的两个压辊3、超声振动装置4、无水乙醇5、清洗导辊6、多组加热辊7、清洗收丝辊8。
所述清洗方法包括以下步骤：
Stp1、将缠绕在清洗放丝辊1上的碳纳米管纤维的自由端依次穿过压辊3与溶液池2的底壁之间的间隙、绕过清洗导辊6、穿过成对的加热辊7之间的间隙，并固定在清洗收丝辊8上；
Stp2、开起超声震荡装置5；
Stp3、驱动清洗放丝辊1和清洗收丝辊8转动，以使得碳纳米管纤维警告溶液池2，并被溶液池2中的无水乙醇清洗。
以下实施例中用到的碳纳米管纤维均为经过预清洁处理后的碳纳米纤维管，经预清洁处理后得到的碳纳米管纤维如图3所示，利用四探针法测得的纤维导电率为2-4×104S/m。
实施例1
S1、未镀膜的碳纳米管纤维缠绕在所述放丝辊上，蒸发坩埚16内设置有金属靶材13，所述方法包括：
S2、从放丝辊10上拾取碳纳米管纤维的自由端，固定在收丝辊11上；
S3、将镀膜腔室15内部设置为预定的工艺条件；
S4、开启电子束枪14，对位于放丝辊10和收丝辊11之间的碳纳米管纤维9进行镀膜；
S5、每隔预定时间驱动放丝辊10和收丝辊11同步转动，以将镀膜的碳纳米管纤维缠绕在收丝辊11上。
预定的工艺条件包括：镀膜腔室内的温度喂300℃，如图3所示，得到的铜膜表面致密连续，利用四探针法测得镀铜膜的碳纳米管纤维的导电率为1.02×107S/m。
实施例2
利用实施例1中的方法对碳纳米管纤维进行镀膜，不同之处在于，电子束枪的功率喂25KW，预定时间为10s，利用四探针法测得镀铜膜的碳纳米管纤维的导电率为2.21×107S/m。
实施例3
利用实施例1中的方法对碳纳米管纤维进行镀膜，不同之处在于，电子束枪的功率喂30KW，镀膜腔室内的温度为400℃，预定时间为15s，利用四探针法测得镀铜膜的碳纳米管纤维的导电率为3.32×107S/m。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种纤维镀膜设备，其特征在于，所述纤维镀铜设备包括镀膜腔室、电子束枪、至少一个蒸发坩埚、放丝辊和收丝辊，所述电子束枪、所述蒸发坩埚、所述放丝辊和所述收丝辊均设置在所述镀膜腔室内。
2.根据权利要求1所述的纤维镀膜设备，其特征在于，所述蒸发坩埚设置在所述放丝辊和所述收丝辊的连线的一侧，所述电子束枪设置在所述蒸发坩埚的一侧，以使得所述蒸发坩埚位于所述电子束枪和所述放丝辊与所述收丝辊的连线之间。
3.根据权利要求1或2所述的纤维镀膜设备，其特征在于，所述纤维镀膜设备还包括加热装置，所述加热腔装置用于对所述镀膜腔室进行加热。
4.根据权利要求3所述的纤维镀膜设备，其特征在于，所述加热装置设置在所述放丝辊和所述收丝辊的连线的另一侧。
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN105779945A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-07-20 | 三河市浩运盛跃碳纳米科技有限公司 | 纤维镀膜设备和对碳纳米管纤维进行镀膜的方法 |
| CN111172519A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-19 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种碳化硅纤维表面连续制备复合界面层的设备及方法 |
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2016
- 2016-04-01 CN CN201620275852.6U patent/CN205473960U/zh active Active
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