CN219483692U - 一种耐高温容器清洁装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种耐高温容器清洁装置，其包括：真空腔体(1)；抽真空系统(2)，与所述真空腔体(1)连接；加热控制装置(3)，设于所述真空腔体(1)内，用于设置至少一个待清洁的耐高温容器(11)，并且能够控制所述耐高温容器(11)以开口朝下或者向下倾斜的姿态进行加热，以使得所述耐高温容器(11)内部的残余物在加热熔化后流出所述耐高温容器(11)。该装置有利于提高坩埚使用寿命，改善蒸发效率及镀膜质量。

Description

一种耐高温容器清洁装置

技术领域

本实用新型涉及坩埚的维护保养技术领域，具体为一种耐高温容器清洁装置。

背景技术

近年随着真空镀膜技术及相关产品生产的需求持续增加，特别是柔性基材表面实现多种类功能薄膜的沉积，如高分子基材表面进行金属膜的生长以实现多种复合导电膜的制备，满足例如锂离子电池集流体材料的应用需求。其中的一种薄膜沉积的方式为真空蒸镀的方式，真空蒸镀指的是在真空环境中，将材料加热并镀到基片上，具体为金属加热至蒸发温度后蒸发，然后蒸发金属的蒸汽从真空室转移，在低温零件上凝结，该制程中可以采用真空蒸镀的方式实现。

而真空蒸镀的蒸发金属放置在坩埚内，通常情况下真空蒸镀的方式在重复使用坩埚的过程容易见到内部残余氧化物杂质等，这些物质可能导致二次蒸发困难(如氧化铝高温难以获得更好的蒸发)或杂质污染影响薄膜沉积的质量，如溅孔缺陷。这些坩埚内部的残余杂质在坩埚内将降低坩埚蒸发物料时候的效率，缩短坩埚的使用寿命，从而使坩埚容易报废，且坩埚在镀膜时，残余杂质在坩埚内造成不利影响，尤其为残余杂质飞溅造成的膜产品的烧孔。

因此，非常有必要寻求相应的装置及技术解决坩埚内有害或非必要残留物质的影响。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种耐高温容器清洁装置，以清除坩埚的内部有害或者非必要的残余氧化物杂质。

为实现上述目的，本实用新型提一种耐高温容器清洁装置，其包括：

真空腔体；

抽真空系统，与所述真空腔体连接；

加热控制装置，设于所述真空腔体内，用于设置至少一个待清洁的耐高温容器，并且能够控制所述耐高温容器以开口朝下或者向下倾斜的姿态进行加热，以使得所述耐高温容器内部的残余物在加热熔化后流出所述耐高温容器。

在一些可能的实施方式中，所述加热控制装置包括加热部件和旋转部件；

所述加热部件，用于设置至少一个待清洁的耐高温容器，并且对所述耐高温容器进行加热，使得所述耐高温容器内部的残余物加热熔化；

所述旋转部件，与所述加热部件连接，用于旋转所述加热部件，以使得所述耐高温容器以开口竖直朝下或者向下倾斜的姿态进行加热，排出加热熔化后的残余物。

在一些可能的实施方式中，所述加热部件包括：石墨加热电极和限位板；

所述石墨加热电极上设置有加热电极孔洞，所述耐高温容器可支撑地连接在所述加热电极孔洞内，且所述石墨加热电极还连接在用于支撑所述耐高温容器的开口边沿的限位板上；

所述旋转部件包括：翻转驱动机构和支座；所述支座固定连接在所述真空腔体内；所述翻转驱动机构通过轴承连接在所述支座上，并且与所述石墨加热电极一侧固定连接，用于对所述耐高温容器进行夹持和旋转，改变所述耐高温容器的开口朝向。

在一些可能的实施方式中，所述真空腔体内设置有用于接收和排出所述耐高温容器的残余物的储存仓，且所述储存仓设置在所述耐高温容器下方。

在一些可能的实施方式中，所述石墨加热电极的升温温度不低于1000℃；或者，

所述石墨加热电极上设置有保温材料，所述保温材料围绕所述耐高温容器设置。

在一些可能的实施方式中，所述耐高温容器加热控制装置可向上翻转，以实现所述耐高温容器的开口转变为竖直朝上。

在一些可能的实施方式中，所述的耐高温容器清洁装置还包括：

还原气体供给系统，与所述真空腔体连接，用于对所述真空腔体内的耐高温容器提供还原气体。

在一些可能的实施方式中，所述还原气体包括：

用于与所述耐高温容器内部的残余物发生还原反应的H2和CO混合气体；或者，使碳物质不充分燃烧得到的气体。

在一些可能的实施方式中，所述耐高温容器为耐高温金属坩埚或者不含氧化物的陶瓷坩埚。

在一些可能的实施方式中，所述的一种耐高温容器清洁装置，还包括：

温度传感器，用于检测当前的加热温度；

所述加热控制装置，还用于当所述加热温度小于第一温度阈值时控制所述耐高温容器以开口朝下或者向下倾斜的姿态进行加热，以使得所述耐高温容器内部的残余物在加热融化后流出所述耐高温容器；当所述加热温度达到第一温度阈值时，控制所述耐高温容器以开口朝上或者向上倾斜的姿态进行加热；当所述加热温度达到第二温度阈值时，停止加热；其中，所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值。

第二方面，提供一种耐高温容器清洁装置，其包括：

真空腔体；

抽真空系统，与所述真空腔体连接；

加热控制装置，设于所述真空腔体内，用于设置至少一个待清洁的耐高温容器，并且当加热温度小于第一温度阈值时控制所述耐高温容器以开口朝下或者向下倾斜的姿态进行加热，以使得所述耐高温容器内部的残余物在加热融化后流出所述耐高温容器；当加热温度达到第一温度阈值时，控制所述耐高温容器以开口朝上或者向上倾斜的姿态进行加热；当加热温度达到第二温度阈值时，停止加热；其中，所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值。

上述技术方案具有如下有益效果：

本实用新型实施例提供一个可以对坩埚进行加热的装置，在不同的时候能够使得坩埚内部的残余待蒸发料熔化流出，处理掉大部分的残余物，并且除掉例如蒸铝坩埚内表面的氧化铝。

本实用新型实施例在对坩埚进行清洁后，有利于提升坩埚蒸发物料时候的效率，降低坩埚的损耗报废，降低坩埚蒸发物残余杂质对镀膜膜层质量的影响，尤其降低杂质飞溅造成的膜产品的烧孔，提升蒸发镀膜的膜厚均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的一种耐高温容器清洁装置的主视图；

图2是本实用新型实施例的加热控制装置俯视图；

图3是本实用新型实施例的另一种耐高温容器清洁装置的主视图。

附图标号说明：

1、真空腔体；11、耐高温容器；11a、坩埚孔内径边缘；11b、坩埚孔外径边缘；12、储存仓；2、抽真空系统；3、加热控制装置；31、翻转驱动机构；32、支座；33、石墨加热电极；34、限位板；342、限位板的孔；36、轴承；4、还原气体供给系统。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

本实用新型实施例提供一个可以对坩埚进行加热的装置，在不同的时候能够使得坩埚内部的残余待蒸发料熔化流出，处理掉大部分的残余物，并且除掉例如蒸铝坩埚内表面的氧化铝。

特别在于，如果铝料没有蒸发完全时，开仓时候其具有一定的温度则表面容易氧化，并且因为氧化铝的熔点远远高于铝金属，故如果表面的氧化铝不除掉，则加热过程铝金属蒸汽被氧化铝层封存而不能够产生蒸发效果，因此本实施例拟采用高温熔化坩埚倒立的方式除掉氧化铝。

由铝料冲掉或因重力等因素冲破氧化铝膜的限制，同时在具有热态还原性气氛的作用下也进一步将类似的金属氧化物还原，进一步地当温度继续升高到如1000℃以上的时候，通过正常的蒸发去除残余的金属物质，最终得到完全清洁后的坩埚。

请参阅图1至图3，本实用新型提供一种耐高温容器清洁装置，其包括：

真空腔体1；

抽真空系统2，与真空腔体1连接，用于将真空腔体1抽成真空状态或者形成真空环境；

加热控制装置3，设于真空腔体1内，用于设置至少一个待清洁的耐高温容器11，并且能够控制耐高温容器11以开口朝下或者向下倾斜的姿态进行加热，以使得耐高温容器11内部的残余物在加热熔化后流出耐高温容器11。

耐高温容器11包括坩埚，多个坩埚间隔设置形成的坩埚阵列，在初始状态下且坩埚开口朝下设置，坩埚开口朝下的作用是，剩余的蒸发物可以在加热后，坩埚底部和坩埚的壁先加热融化，顶开氧化物(氧化物比较多)，大部分蒸发物和氧化物都会掉落。

如图1和图2所示，在一些实施例中，加热控制装置3包括加热部件和旋转部件；加热部件，用于设置至少一个待清洁的耐高温容器11，并且对耐高温容器11进行加热，使得耐高温容器11内部的残余物加热熔化；旋转部件，与加热部件连接，用于旋转加热部件，以使得耐高温容器11以开口竖直朝下或者向下倾斜的姿态进行加热，排出加热熔化后的残余物。

在一些实施例中，加热部件包括：石墨加热电极33和限位板34；石墨加热电极33上设置有加热电极孔洞，耐高温容器11可支撑地连接在加热电极孔洞内，且石墨加热电极33还连接在用于支撑耐高温容器11的开口边沿的限位板34上。限位板34上具有孔342，坩埚开口朝下时，是由限位板34进行支撑防止掉落的。限位板上的孔342支撑住坩埚的开口边沿，限位板的孔342比坩埚内径大，比坩埚外径小。限位板34可以通过螺钉锁定在石墨加热电极33上。如图2所示，限位板上的孔342的直径在坩埚孔内径边缘11a与坩埚孔外径边缘11b之间。

旋转部件包括：翻转驱动机构31和支座32；支座32固定连接在真空腔体1内；翻转驱动机构31通过轴承36连接在支座32上，并且与石墨加热电极33一侧固定连接，用于对耐高温容器11进行夹持和旋转，改变耐高温容器11的开口朝向。

在一些实施例中，真空腔体1内设置有用于接收和排出耐高温容器11的残余物的储存仓12，且储存仓12设置在耐高温容器11下方。

在一些实施例中，石墨加热电极33的升温温度不低于1000℃；或者，石墨加热电极33上设置有保温材料，保温材料围绕耐高温容器11设置。

在一些实施例中，耐高温容器加热控制装置3可向上翻转，以实现耐高温容器11的开口转变为竖直朝上。

如图3所示，在一些实施例中，耐高温容器清洁装置还包括：还原气体供给系统4，与真空腔体1连接，用于对真空腔体1内的耐高温容器11提供还原气体。在一些实施例中，还原气体包括：用于与耐高温容器11内部的残余物发生还原反应的H2和CO混合气体；或者，使碳物质不充分燃烧得到的气体。

在一些实施例中，耐高温容器11为耐高温金属坩埚或者不含氧化物的陶瓷坩埚。

翻转驱动机构31动作以实现坩埚倒立开口向下的时候坩埚内的残留物掉落，加热控制装置3具有实现坩埚夹持或支撑的部件，即翻转驱动机构31，以实现坩埚倒立开口向下的时候掉落(掉落的是坩埚内的东西)，极限情况即坩埚的开口平面与水平面水平，形成的夹角为A＝0°，竖直向下。

当采用支撑部件时应贴合于坩埚开口，且支撑部件的开口边缘实现支撑的同时远离坩埚内壁边缘。具体地，关于实现坩埚夹持或支撑，在加热电极孔洞处实现坩埚支撑，从而在坩埚开口朝下时，可以实现坩埚不掉落，坩埚朝下被支撑时，石墨加热电极33是倒立的，坩埚是倒立的，通过限位板34支撑，支撑住坩埚的边沿。

进一步的，加热控制装置3可向上翻转，随着热处理维护时间的延长，当环境温度在1000℃及以上时，常见的材料的蒸发速率变高，此时少量残余坩埚内表面的材料(蒸发料)完全蒸发，得到完全清洁无残余杂质的坩埚。具体地，储存仓12开后，坩埚内的剩余蒸发料会全部蒸发，坩埚最开始要开口向下的原因是蒸发料先熔化，然后可以冲破氧化层，这样可以去掉大部分蒸发料和氧化物，储存仓12开后，蒸发料接触空气，才会氧化。

进一步的，还原气体供给系统4，用于直接通入用来和坩埚内部的残留物发生还原反应的H₂和CO混合气体，且H₂和CO混合气体的摩尔浓度在安全极限范围内，以作为还原气体和坩埚内部残留物发生化学反应。

进一步的，还原气体供给系统4，用于向坩埚内部的残留物通入通过加热碳物质并使碳物质不充分燃烧得到的气体，碳物质不充分燃烧得到CO，从而给坩埚内部残留物还原反应提供足够的CO还原气体，且一边蒸发，一边还原，蒸发的对象为蒸发料，不包括氧化物。此种对坩埚的清洁方式，由于具有真空腔体1，真空腔体1具有加热控制装置3，所以真空腔体1内的温度较高，也可以不通入具有热量的还原气体，优选的，通入具有热量的还原气体具有更好的清洁效果。

在一些实施例中，提供另一种耐高温容器清洁装置，其包括：

真空腔体1；

抽真空系统2，与真空腔体1连接；

温度传感器，用于检测当前的加热温度；

加热控制装置3，设于真空腔体1内，用于设置至少一个待清洁的耐高温容器11，并且当加热温度小于第一温度阈值时控制耐高温容器11以开口朝下或者向下倾斜的姿态进行加热，以使得耐高温容器11内部的残余物在加热融化后流出耐高温容器11；当加热温度达到第一温度阈值时，控制耐高温容器11以开口朝上或者向上倾斜的姿态进行加热；当加热温度达到第二温度阈值时，停止加热；其中，第二温度阈值大于第一温度阈值。

应用于上述耐高温容器清洁装置的耐高温容器清洁方法，包括以下步骤：

S1：坩埚安装与加热步骤，将坩埚安装于加热控制装置3上，并且使得坩埚的开口向下，然后真空腔体1通过抽真空系统2抽真空至10^-1Pa后，加热控制装置3开始进行加热；

S2：还原气体供给步骤，在加热控制装置3加热的时候，还原气体供给系统4提供还原气体，或者在升温到700℃提供还原气体；

S3：坩埚反转与清洁步骤，加热控制装置3使温度上升至1000℃及以上后，且坩埚内多余的待蒸发残留物大量熔化且从坩埚内流出后，再反转加热控制装置3，使得坩埚开口向上，此时持续在还原性气体的作用下继续蒸发残留于坩埚内壁的物质，最终加热温度控制在1600℃；

S4：清洁后冷却步骤，高温蒸发确认完全后，停止加热和通入热态还原性气体，让整个真空腔体1冷却，最终取出清洁后的坩埚。

工作原理：

该装置的维护应在真空环境中进行，将待维护的坩埚安装于加热控制装置3上(通常置于石墨加热电极33的孔洞中)，然后通过抽真空系统2对真空腔体1抽真空至10^-1Pa后开始进行加热，初始状态坩埚开口向下；当温度上升至700℃左右开始提供热态的还原气体(也可以在最开始就提供还原气体)，待温度上升至1000℃及以上后，且坩埚内多余的待蒸发残留物大量熔化且从坩埚内流出后反转加热控制装置3，使得坩埚开口向上，持续在还原性气体的作用下继续蒸发残留于坩埚内壁的物质，最终加热温度控制在1600℃内；高温蒸发确认完全后停止加热和通入热态还原性气体，让整个真空腔体1冷却，最终取出清洁后的坩埚。

采用此种方式，能够有效的消除常见的Al、Cu等金属材料在坩埚内蒸发后存在的残余，且为了实际生产的高效进行，通常真空镀膜机台开仓后具有一定的温度，在这样的情况下金属表面被氧化则将内部的金属材料封存，在进行二次加热蒸发的时候则阻碍高效的加热，尤其形成如耐高温的Al₂O₃膜无法在蒸发镀铝的温度条件下产生分解等，或者形成氧化亚铜等高熔点的物质，从而产生包含导热效果差、阻碍有效蒸发或杂质引发不良的沉积效果，如液滴飞溅造成烧孔。本实施例提供了一种装置，通过形成高温环境及不同的坩埚开口方向，且在热态还原性气体(先还原成铝，然后再蒸发，才会实现彻底清洁)的作用下彻底清洁坩埚，得到可以继续正常使用的坩埚部件，解决坩埚使用寿命，蒸发效率及镀膜质量改善的问题。

相关的反应方程式：

Al₂O₃+3CO＝2Al+3CO₂；

Cu₂O+CO＝2Cu+CO₂；

或者

Al₂O₃+3H₂＝2Al+3H₂O(g)；

Cu₂O+H₂＝2Cu+H₂O(g)。

蒸镀设备正式镀膜完成后，如果不开仓，让坩埚内剩余蒸发料蒸发完，理想情况下，坩埚内不会有氧化铝；但是让坩埚内剩余蒸发料蒸发完，需要2-3小时，在这段时间内，蒸镀设备不能用来镀膜，不能生产产品，造成了蒸镀设备的浪费。因此，通常在正式镀膜完成后，就开仓将坩埚取出清洁，开仓时，蒸发料接触空气，会氧化，如果是铝料，则会形成氧化铝，本实施例将坩埚取出在另一个真空腔室内清洁时，真空镀膜设备可以换上清洁后的坩埚进行镀膜，避免镀膜长时间停止工作。

蒸发料位于坩埚内时，由于高温，所以被熔化了，蒸发料被封存时，是凝固在坩埚内壁的，所以在倒立时，需要加热使蒸发料熔化，才可以冲破氧化层。

综上，本实用新型主要是提供一个可以对坩埚进行加热的环境，在不同的时候能够使得坩埚内部的残余待蒸发料熔化流出，处理掉大部分的残余物，并且除掉如蒸铝坩埚内表面的氧化铝。特别在于，如果铝料没有蒸发完全的时候，开仓时候其具有一定的温度则表面容易氧化，并且因为氧化铝的熔点远远高于铝金属，故如果表面的氧化铝不除掉则加热过程Al金属蒸汽被氧化铝层封存而不能够产生蒸发效果，因此拟采用高温熔化坩埚倒立的方式除掉(氧化铝由铝料冲掉)或因重力等因素冲破氧化铝膜的限制，同时在具有热态还原性气氛的作用下也进一步将类似的金属氧化物还原，进一步地当温度继续升高到如1000℃以上的时候，通过正常的蒸发去除残余的金属物质，最终得到完全清洁后的坩埚。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种耐高温容器清洁装置，其特征在于，包括：

真空腔体(1)；

抽真空系统(2)，与所述真空腔体(1)连接；

加热控制装置(3)，设于所述真空腔体(1)内，用于设置至少一个待清洁的耐高温容器(11)，并且能够控制所述耐高温容器(11)以开口朝下或者向下倾斜的姿态进行加热，以使得所述耐高温容器(11)内部的残余物在加热熔化后流出所述耐高温容器(11)。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温容器清洁装置，其特征在于，所述加热控制装置(3)包括加热部件和旋转部件；

所述加热部件，用于设置至少一个待清洁的耐高温容器(11)，并且对所述耐高温容器(11)进行加热，使得所述耐高温容器(11)内部的残余物加热熔化；

所述旋转部件，与所述加热部件连接，用于旋转所述加热部件，以使得所述耐高温容器(11)以开口竖直朝下或者向下倾斜的姿态进行加热，排出加热熔化后的残余物。

3.根据权利要求2所述的一种耐高温容器清洁装置，其特征在于，所述加热部件包括：石墨加热电极(33)和限位板(34)；

所述石墨加热电极(33)上设置有加热电极孔洞，所述耐高温容器(11)可支撑地连接在所述加热电极孔洞内，且所述石墨加热电极(33)还连接在用于支撑所述耐高温容器(11)的开口边沿的限位板(34)上；

所述旋转部件包括：翻转驱动机构(31)和支座(32)；所述支座(32)固定连接在所述真空腔体(1)内；所述翻转驱动机构(31)通过轴承(36)连接在所述支座(32)上，并且与所述石墨加热电极(33)一侧固定连接，用于对所述耐高温容器(11)进行夹持和旋转，改变所述耐高温容器(11)的开口朝向。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温容器清洁装置，其特征在于，所述真空腔体(1)内设置有用于接收和排出所述耐高温容器(11)的残余物的储存仓(12)，且所述储存仓(12)设置在所述耐高温容器(11)下方。

5.根据权利要求3所述的一种耐高温容器清洁装置，其特征在于，所述石墨加热电极(33)的升温温度不低于1000℃。

6.根据权利要求3所述的一种耐高温容器清洁装置，其特征在于，

所述石墨加热电极(33)上设置有保温材料，所述保温材料围绕所述耐高温容器(11)设置。

7.根据权利要求3所述的一种耐高温容器清洁装置，其特征在于，所述耐高温容器加热控制装置(3)可向上翻转，以实现所述耐高温容器(11)的开口转变为竖直朝上。

8.根据权利要求1所述的一种耐高温容器清洁装置，其特征在于，还包括：

还原气体供给系统(4)，与所述真空腔体(1)连接，用于对所述真空腔体(1)内的耐高温容器(11)提供还原气体。

9.根据权利要求1所述的一种耐高温容器清洁装置，其特征在于，所述耐高温容器(11)为耐高温金属坩埚或者不含氧化物的陶瓷坩埚。

10.根据权利要求1所述的一种耐高温容器清洁装置，其特征在于，还包括：

温度传感器，用于检测当前的加热温度；

所述加热控制装置(3)，还用于当所述加热温度小于第一温度阈值时控制所述耐高温容器(11)以开口朝下或者向下倾斜的姿态进行加热，以使得所述耐高温容器(11)内部的残余物在加热融化后流出所述耐高温容器(11)；当所述加热温度达到第一温度阈值时，控制所述耐高温容器(11)以开口朝上或者向上倾斜的姿态进行加热；当所述加热温度达到第二温度阈值时，停止加热；其中，所述第二温度阈值大于所述第一温度阈值。