CN220335289U - 一种电子束加热熔料设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于镀膜技术领域,更具体地,涉及一种电子束加热熔料设备,包括:主炉室和抽真空装置,其中,所述抽真空装置与所述主炉室连接,所述抽真空装置包括第一真空泵和第二真空泵,所述第一真空泵与所述第二真空泵连接,所述第一真空泵和第二真空泵分别与所述主炉室连接,在所述主炉室内部设置有电子束装置和坩埚,所述电子束装置产生的电子束直接作用于所述坩埚内的熔料,所述坩埚包括内面和底座,所述内面可相对于所述底座进行拆卸,所述内面可设置为不同电子束镀膜机所需要的形状,将节约大量时间,极大的缓解产能瓶颈,大幅降低设备饱和使用出现故障导致的停产风险,增加蒸发设备生产的效率。
Description
技术领域
本实用新型属于镀膜技术领域,更具体地,涉及一种电子束加热熔料设备。
背景技术
电子蒸发镀膜机是一种常见镀膜机,常见应用在电子产品上面,如光学器件、屏幕、手机壳、镜头、玻璃等等,具有熔点高,效率快,膜层均匀性好,可镀各种光学介质膜、金属膜等优点,因此应用在电子产品上面居多。
电子束蒸发镀膜是在光学器件生产中的重要环节,镀膜质量的优劣往往决定光学器件的主要性能及其使用功能,在镀膜工艺进行前,将颗粒状材料熔成块状膜料的纯度、致密度以及一致性又是决定镀膜工艺的一项重要环节,膜料的好坏直接影响镀膜的质量。
由于各家公司在镀膜环节并不仅仅使用一台或者一个品牌型号的镀膜机,而是多个厂家多个型号电子束蒸发镀膜机,其中坩埚大小尺寸型号不一,坩埚形状普遍带不同角度的斜坡和倒角,并非简单的圆柱体,由于形状难做,已经加工成型的膜料不易制作,而且许多光学膜料十分松散如TI3O5等,如果直接购买成型的块状膜料,在运输途中大概率会直接散掉,或者中间产生裂纹无法使用(中间有裂纹的膜料在镀膜过程中,因为热量不均匀容易飞溅,污染产品,由于镀膜工序不能返工,可能导致产品报废),只能在镀膜场地临时熔料。
如果仅仅使用镀膜机自带的手动熔料功能,每一种材料如光学介质膜料TI3O5、单晶Si等需要多次一层层的预熔(至少三次),耽误大量时间,每次手动熔料质量不一,并没有自动熔料机熔的好,常见镀膜机每月有10%左右的时间用在手动熔料,严重影响生产进度,设备满负荷运转,故障率上升。
实用新型内容
本实用新型需要解决的技术问题是:由于许多电子束蒸发镀膜机坩埚非标准图形,难以制作成品整块膜料,电子束蒸发镀膜机电子枪熔料深度有限,膜料不能一次熔完,需要多次手动层层预熔,每次添料需要等待膜料降温、电子枪降温、充氮气破真空时间及添完料设备抽真空时间,耽误大量时间,影响产能。
本实用新型是通过如下技术方案达到上述目的:
一方面,提供了一种电子束加热熔料设备,包括:主炉室和抽真空装置,其中,所述抽真空装置与所述主炉室连接;
所述抽真空装置包括第一真空泵和第二真空泵,所述第一真空泵与所述第二真空泵连接,所述第一真空泵和第二真空泵分别与所述主炉室连接;
在所述主炉室内部设置有电子束装置和坩埚,所述电子束装置产生的电子束直接作用于所述坩埚内的熔料;
所述坩埚包括内面和底座,所述内面可相对于所述底座进行拆卸,所述内面可设置为不同电子束镀膜机所需要的形状。
优选的,所述第一真空泵具体包括干式粗抽泵和罗茨泵,所述罗茨泵设置在所述干式粗抽泵前端;
在所述第一真空泵与所述主炉室之间设有第一真空管道,所述第一真空泵与所述主炉室通过所述第一真空管道连接,在所述第一真空管道的前级设有第一阀门,在所述第一真空管道的后级设有波纹管。
优选的,在所述第一真空管道内的第一阀门与波纹管之间设置开口,所述第二真空泵通过第二真空管道与所述开口连接;
在所述第二真空管道上设置有第二阀门。
优选的,所述第二真空泵具体为冷凝泵,所述第二真空泵还连接有氮气管道,在所述氮气管道内设有第三阀门。
优选的,在所述第二真空泵与所述主炉室之间设有冷井,在所述冷井与所述主炉室之间设有抽气挡板,在所述冷井与所述第二真空泵之间设置有第四阀门。
优选的,所述主炉室上还连接的有真空计,所述真空计具体为热电偶真空计;
所述主炉室上还设置的有第五阀门。
优选的,所述主炉室内壁设有衬板,在所述主炉室上还设有可开关的主炉室门,在所述主炉室门上设置的有用于观察熔料状态的观察窗。
优选的,所述电子束装置包括电子束产生装置和电子束操控装置,所述电子束产生装置和电子束操控装置相对的设置在所述坩埚的两端。
优选的,所述电子束产生装置包括阴极灯丝、阳极和聚焦极,所述阴极灯丝设置在所述阳极内部,所述聚焦极设置在所述阳极上端,在所述阳极上开有电子束发射孔,在所述聚焦极上也相应地设有电子束聚焦孔,所述电子束发射孔与所述电子束聚焦孔之间孔对孔设置;
所述电子束操控装置包括磁场发生装置,所述磁场发生装置用于产生磁场,所述电子束操控装置还包括控制所述磁场的电路系统;
在所述磁场发生装置的顶部还设有二次电子收集板。
优选的,在所述坩埚下部还安装的有循环水系统。
本实用新型的有益效果是:
本实用新型根据各个品牌型号电子束蒸发镀膜机不同坩埚的形状尺寸,制作同样形状尺寸的坩埚,作为配件装入所述电子束加热熔料设备统一熔料;所述抽真空装置包括第一真空泵和第二真空泵,第一真空泵和第二真空泵配合使用,可以加快抽真空的速率,将节约大量时间,极大的缓解产能瓶颈,增加电子束加热熔料设备生产的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例,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。附图是用来提供对本公开的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本公开,但并不构成对本公开的限制。在附图中:
图1是本实用新型实施例提供的一种电子束加热熔料设备的结构示意图;
图2是本实用新型实施例提供的一种电子束加热熔料设备的具体的结构示意图;
图3是本实用新型实施例提供的一种电子束加热熔料设备的更具体的结构示意图;
图4是本实用新型实施例提供的一种电子束加热熔料设备的加热蒸发源的结构示意图;
图5是本实用新型实施例提供的一种电子束加热熔料设备的电子束聚焦坩埚中熔料的示意图;
图6是本实用新型实施例提供的一种电子束加热熔料设备坩埚的结构示意图;
图7是本实用新型实施例提供的一种电子束加热熔料设备的熔料流程示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
此外,下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。
还需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例1
由于许多电子束蒸发镀膜机坩埚非标准图形,难以制作成品整块膜料,电子束蒸发镀膜机电子枪熔料深度有限,膜料不能一次熔完,需要多次手动层层预熔,每次添料需要等待膜料降温、电子枪降温、充氮气破真空时间及添完料设备抽真空时间,耽误大量时间,影响产能,镀膜机自带的手动熔料功能熔出的膜料没有自动熔料机致密度、一致性好。
因此,在本实施例中提出了一种电子束加热熔料设备,其中,如图1所示,包括:主炉室和抽真空装置,其中,所述抽真空装置与所述主炉室连接。
为了在熔料时防止熔料氧化即某些金属和合金在高温下会与氧气反应,产生氧化物,通过将主炉室抽为真空状态,可以消除氧气,从而避免或减少氧化反应,保持材料的纯净度。
在真空状态下,可以减少或消除杂质的进入,这对于高纯度材料的制备非常关键,因为即使微小的杂质也可能对材料的性能产生重大影响。
提高熔化效率,即在真空状态下,可以降低材料的沸点,使其更容易熔化,这对于高熔点的材料来说尤为重要,所以,在主炉室进行熔料前,所述抽真空装置用于保证主炉室的真空状态。
为了能较好的将主炉室内抽为真空状态,如图2所示,所述抽真空装置包括第一真空泵和第二真空泵,所述第一真空泵与所述第二真空泵连接,所述第一真空泵和第二真空泵分别与所述主炉室连接。
其中,所述第一真空泵具体包括干式粗抽泵DryP和罗茨泵RP,所述罗茨泵RP设置在所述干式粗抽泵DryP前端,在所述第一真空泵与所述主炉室之间设有第一真空管道,所述第一真空泵与所述主炉室通过所述第一真空管道连接,在所述第一真空管道的前级设有第一阀门A,在所述第一真空管道的后级设有波纹管。
所述干式粗抽泵DryP具体为干式粗抽PUMP,主要功能是抽所述主炉室的粗略真空,压力760Torr-0.01Torr是其工作范围,罗茨RP为罗茨PUMP,主要是功能是增加所述干式粗抽泵DryP粗抽的抽气量,降低粗抽时间。
所述第一阀门A为粗抽阀,开启此阀时,所述干式粗抽泵DryP开始将腔体抽粗略真空,所述波纹管位于所述第一真空管道内的第一阀门A和罗茨CP之间,起到减震和调节熔料机主体和机械泵组高度的一致的作用。
其中,继续参照图2,在所述第一真空管道内的第一阀门A与波纹管之间设置开口,所述第二真空泵通过第二真空管道与所述开口连接。
在所述第二真空管道上设置有第二阀门B,所述第二真空泵具体为冷凝泵CP。
所述冷凝泵CP为高真空PUMP,其工作压力范围为5.0E-2至1.0E-9Torr,所述第二阀门B为所述冷凝泵CP的前级阀,所述第二阀门B位于所述干式粗抽泵DryP和所述冷凝泵CP之间,其主的要功能为隔离所述干式粗抽泵DryP和所述冷凝泵CP。
在冷凝泵CP使用过程中,会吸附一些气体,如空气、水蒸汽等,这些气体会影响冷凝泵CP的正常运行,降低其性能,通过抽真空,可以将这些气体从冷凝泵CP中排除,保证冷凝泵CP的正常运行。
冷凝泵CP在工作过程中会吸附一些挥发性物质,如油脂、溶剂等,这些物质会影响冷凝泵CP的真空度和抽气速度,通过抽真空,可以将这些挥发性物质从冷凝泵CP中去除,提高其性能。
冷凝泵CP在工作过程中会吸附一些水分,特别是在吸附水蒸汽时,水分会影响冷凝泵CP的真空度和抽气速度,还可能导致冷凝泵CP内部产生腐蚀,通过抽真空,可以将水分从冷凝泵CP中排除,保证其正常运行。
所以,当所述冷凝泵CP活化再生需要抽冷凝泵CP管路为真空时,开启所述第二阀门B,以使所述干式粗抽泵DryP对所述冷凝泵CP进行抽真空操作。
为了在冷凝泵活化再生的过程中,由于高温和氧气的存在,可能会导致冷凝泵内部的零件发生氧化反应,通过注入氮气,可以有效地排除氧气,减少氧化反应的发生,保护冷凝泵的零件,并且在冷凝泵活化再生过程中,注入氮气可以保持冷凝泵内部的一定气压,防止空气和湿气再次进入冷凝泵,从而保持较高的真空度。
因此,在优选的实施例中,参照图2,在所述第二真空泵还连接有氮气管道,在所述氮气管道内设有第三阀门C。
其中,所述第三阀门C为氮气阀门,此阀门位于冷凝泵CP下方,其主要功能是隔离所述冷凝泵CP与氮气管路,当所述冷凝泵CP活化再生需要氮气吹扫时,开启所述第三阀门C。
在优选的实施例中,在所述第二真空泵与所述主炉室之间设有冷井,在所述冷井与所述主炉室之间设有抽气挡板,在所述冷井与所述第二真空泵之间设置有第四阀门D。
所述冷井具体为将冷冻盘管放在所述主炉室和所述冷凝泵CP之间,在所述主炉室抽真空时主炉室内的水蒸气遇到冷冻盘管在盘管表面凝结城固态,水分子不再进入真空系统中运动,提高所述冷凝泵CP的抽真空速度。
所述第四阀门D位于冷凝泵CP和冷井之间,其主要功能为隔离冷凝泵CP与冷井,当抽气流程进入细抽阶段时开启所述第四阀门D以开启细抽真空模式。
在优选的实施例中继续参照图2,所述主炉室上还连接的有真空计,所述真空计具体为热电偶真空计,所述热电偶真空计是通过而电偶钟热丝的温度与压强的关系来确定真空度的常见真空计,用于检测所述主炉室内的压强状态,所述主炉室上还设置的有第五阀门E,所述第五阀门E为所述主炉室破真空阀,此阀门位于所述熔料设备腔体和氮气管路之间,当所述主炉室破真空时开启此阀门,使所述主炉室内的压强回到常压。
在优选的实施例中,所述主炉室内壁设有衬板,在所述主炉室上还设有可开关的主炉室门,在所述主炉室门上设置的有用于观察熔料状态的观察窗。
其中,所述衬板位于熔料设备主炉室内壁,用于遮挡熔料时膜料受热蒸发污染主炉室的内壁,可自行拆卸更换,进行喷砂处理重复使用。
所述主炉室门用于放取熔料,所述观察窗设于所述主炉室门上,通过所述观察窗能够在玻璃本体外直接观察熔料设备内材料的熔化状态。
如图3为所述电子束加热熔料设备具体的结构示意图,其中阀门RV、阀门FV、阀门NV、阀门MV和阀门VV分别代表所述第一阀门A、第二阀门B、第三阀门C、第四阀门DH和第五阀门E。
在优选的实施例中,如图2和图4所示,在所述主炉室内部设置有电子束装置和坩埚,所述电子束装置产生的电子束直接作用于所述坩埚内的熔料,所述电子束装置包括电子束产生装置和电子束操控装置,所述电子束产生装置和电子束操控装置相对的设置在所述坩埚的两端。
所述电子束装置的蒸发源由电子束偏转270度的e型电子枪组成,将产生以及操控电子束的操控装置和坩埚的设计组成一个整体,如图5所示,通过编写软件程序设定熔化材料时电子束光斑需要经过坩埚坐标点的数量、X轴及Y轴上的坐标位置、振幅大小,根据每一种材料的特性,设定不同程序自动运行,电子束聚焦光斑大小可调,位置可控,方便操作,灯丝易屏蔽保护,不受污染,寿命长且能保证使用维修方便。
在一个电子束偏转270度的e型电子枪中,电子束被发射向一个初始方向,然后通过施加电场或磁场,使电子束偏转180度,最后再偏转90度,使电子束朝向所需的方向。
继续参照图4,所述电子束产生装置包括阴极灯丝、阳极和聚焦极,所述阴极灯丝设置在所述阳极内部,所述聚焦极设置在所述阳极上端,在所述阳极上开有电子束发射孔,在所述聚焦极上也相应地设有电子束聚焦孔,所述电子束发射孔与所述电子束聚焦孔之间孔对孔设置。
阴极灯丝是一个细丝,通常由钨或其他高熔点材料制成,它被加热以产生热电子,这些热电子在电场的作用下被加速并形成电子束,阳极是一个电极,通常由金属制成,它的主要功能是吸收和收集从阴极发射出的电子束,阳极内部设置阴极灯丝,它提供所需的加热电流以加热阴极灯丝。
聚焦极是一个电极,它位于阳极的上端,并与阳极相隔一定距离,聚焦极的作用是通过施加适当的电场来聚焦电子束,使其形成更为集中和准确的束斑。
在阳极上开有电子束发射孔,而在聚焦极上也相应地设有电子束聚焦孔,这两个孔通过孔对孔的设置,使得从阴极发射的电子束能够通过这些孔并被聚焦到所需的位置和形状。
为了能改变电子束的方向与聚焦位置,所述电子束操控装置包括磁场发生装置,所述磁场发生装置用于产生磁场,所述电子束操控装置还包括控制所述磁场的电路系统。
其中,磁场发生装置用于产生磁场,它通常由磁体或电磁线圈组成,通过在磁体或电磁线圈中通电,可以产生所需的磁场,磁场的大小和方向可以通过调整电流或调整线圈的结构来控制。
磁场的控制电路系统是用于控制磁场发生装置的电路系统,它可以包括一系列的控制电路、传感器和反馈回路,通过调整电路中的参数,可以实现对磁场的控制,如调节磁场的强度、方向和空间分布等,其中所涉及的电路系统控制电子束进行偏转和聚焦为现有技术,在本实施例中不作过多赘述。
在优选的实施例中,参照图4,在所述磁场发生装置的顶部还设有二次电子收集板,所述二次电子收集板是一种用于收集由电子束与熔料相互作用产生的二次电子的装置,当电子束击中样品熔料表面时,会激发样品表面的原子或分子产生二次电子,这些二次电子会被电子束操控装置中的磁场偏转,并朝向顶部的二次电子收集板。
二次电子收集板的主要作用是收集并聚焦这些二次电子,然后转化为电信号,这些电信号可以被接收和处理,用于生成样品的图像或其他相关信息,其中所涉及的二次电子收集与处理均为现有技术,在本实施例中不作过多赘述。
在优选的实施例中,参照图6,所述坩埚包括内面和底座,所述内面可相对于所述底座进行拆卸,所述内面可设置为不同电子束镀膜机所需要的形状,在所述坩埚下部还安装的有循环水系统。
其中,所述内面是坩埚的一个部件,它位于坩埚的内部,用于容纳熔料,所述内面的形状可以根据不同的电子束镀膜机的需求进行设置,由于内面可拆卸,可以方便地根据需求来进行更换或清洁。
所述底座是坩埚的支撑部分,它提供了坩埚的稳定性和支持,底座通常是一个固定的结构,用于放置和固定所述内面。
此外,在所述坩埚下部安装有循环水系统,循环水系统是用于控制坩埚温度的装置,它通常包括水泵、水槽、水管和温度控制器等组件,水被循环引入坩埚底部,通过冷却或加热水的温度来调节坩埚的温度,以满足特定的工艺要求,具体的水循环系统所涉及的技术均为现有技术,在本实施例中不作过多赘述。
本实用新型根据各个品牌型号电子束蒸发镀膜机不同坩埚的形状尺寸,制作同样尺寸体积坩埚,作为配件装入专用的电子束设备熔料统一熔料,将节约大量时间,极大的缓解产能瓶颈,大幅降低设备饱和使用出现故障导致的停产风险,增加蒸发设备生产的效率。
实施例2
在实施例1中提出了一种电子束加热熔料设备,在本实施例中,将提出所述熔料设备的熔料流程,具体的,如图7所示,包括:
步骤101:打开所述主炉室门,往坩埚中添加熔料。
首先根据具体需要,选择适合镀膜机的尺寸的坩埚形状安装至所述熔料设备的坩埚底座中,再将需要预熔的熔料放入坩埚中。
步骤102:打开第一真空泵,一段时间后,转换为第二真空泵。
此时,打开所述第一阀门A,使所述第一真空装置对主炉室进行粗抽真空操作,打开所述第二阀门B和第三阀门C,使所述第二真空泵活化再生,当粗抽使所述主炉室内压强达到要求时,关闭所述第一阀门A、第二阀门B和第三阀门C,打开所述第四阀门D,使所述第二真空泵对所述主炉室进行细抽真空操作。
步骤103:打开电子束装置,对熔料进行加热。
当所述主炉室内真空条件达到要求时,打开所述电子束装置的控制开关,根据编程实现对坩埚内熔料的预熔。
步骤104:降低所述电子束装置功率,冷却熔料。
从所述观察窗中观察到坩埚内熔料预熔完毕后,关闭所述电子束装置,等待所述熔料冷却。
步骤105:主炉室破真空,取出块状熔料。
此时,打开所述第五阀门E,等所述主炉室内压强破真空后,取出熔料。
其中,所述熔料设备的具体结构在实施例1中已经介绍,在本实施例中不再赘述。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电子束加热熔料设备,其特征在于,包括:主炉室和抽真空装置,其中,所述抽真空装置与所述主炉室连接;
所述抽真空装置包括第一真空泵和第二真空泵,所述第一真空泵与所述第二真空泵连接,所述第一真空泵和第二真空泵分别与所述主炉室连接;
在所述主炉室内部设置有电子束装置和坩埚,所述电子束装置产生的电子束直接作用于所述坩埚内的熔料;
所述坩埚包括内面和底座,所述内面可相对于所述底座进行拆卸,所述内面可设置为不同电子束镀膜机所需要的形状。
2.根据权利要求1所述的电子束加热熔料设备,其特征在于,所述第一真空泵具体包括干式粗抽泵和罗茨泵,所述罗茨泵设置在所述干式粗抽泵前端;
在所述第一真空泵与所述主炉室之间设有第一真空管道,所述第一真空泵与所述主炉室通过所述第一真空管道连接,在所述第一真空管道的前级设有第一阀门,在所述第一真空管道的后级设有波纹管。
3.根据权利要求2所述的电子束加热熔料设备,其特征在于,在所述第一真空管道内的第一阀门与波纹管之间设置开口,所述第二真空泵通过第二真空管道与所述开口连接;
在所述第二真空管道上设置有第二阀门。
4.根据权利要求1所述的电子束加热熔料设备,其特征在于,所述第二真空泵具体为冷凝泵,所述第二真空泵还连接有氮气管道,在所述氮气管道内设有第三阀门。
5.根据权利要求4所述的电子束加热熔料设备,其特征在于,在所述第二真空泵与所述主炉室之间设有冷井,在所述冷井与所述主炉室之间设有抽气挡板,在所述冷井与所述第二真空泵之间设置有第四阀门。
6.根据权利要求1所述的电子束加热熔料设备,其特征在于,所述主炉室上还连接的有真空计,所述真空计具体为热电偶真空计;
所述主炉室上还设置的有第五阀门。
7.根据权利要求6所述的电子束加热熔料设备,其特征在于,所述主炉室内壁设有衬板,在所述主炉室上还设有可开关的主炉室门,在所述主炉室门上设置的有用于观察熔料状态的观察窗。
8.根据权利要求1所述的电子束加热熔料设备,其特征在于,所述电子束装置包括电子束产生装置和电子束操控装置,所述电子束产生装置和电子束操控装置相对的设置在所述坩埚的两端。
9.根据权利要求8所述的电子束加热熔料设备,其特征在于,所述电子束产生装置包括阴极灯丝、阳极和聚焦极,所述阴极灯丝设置在所述阳极内部,所述聚焦极设置在所述阳极上端,在所述阳极上开有电子束发射孔,在所述聚焦极上也相应地设有电子束聚焦孔,所述电子束发射孔与所述电子束聚焦孔之间孔对孔设置;
所述电子束操控装置包括磁场发生装置,所述磁场发生装置用于产生磁场,所述电子束操控装置还包括控制所述磁场的电路系统;
在所述磁场发生装置的顶部还设有二次电子收集板。
10.根据权利要求1-9任一项所述的电子束加热熔料设备,其特征在于:在所述坩埚下部还安装的有循环水系统。
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