CN220447253U - 一种柔性功能膜真空热处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种柔性功能膜真空热处理装置，包括加热机构，还包括固定机构，所述固定机构包括第一固定件和第二固定件，所述第一固定件内设置有轴向空腔，所述轴向空腔一端设置开口，所述第二固定件为管状结构，所述第二固定件能从开口处进入轴向空腔，所述第二固定件至少有部分区域容纳于所述轴向空腔内。被加热柔性功能膜卷沿第二固定件外壁周向卷绕，第一固定件和第二固定件间为真空或可控气氛，所需真空或形成气氛(如惰性气体，氮气或氧气等)的空间极小，即仅为第一固定件和第二固定件的间隙部分，大大减小了传统真空热处理时空间体积大不易实现高真空及真空与气氛的精密控制的难点，提高了真空或气氛状态下的热处理效率与精度。

Description

一种柔性功能膜真空热处理装置

技术领域

本实用新型涉及热处理装置，具体涉及一种柔性功能膜真空热处理装置。

背景技术

柔性功能膜材料具有可曲挠可穿戴等显著特点，其具有机械性能与化学稳定性，以及光热电子等优异的物理性能，被越来越广泛地运用于显示、包装、光伏、汽车建筑、新能源电池等领域，市场规模呈快速上升趋势。柔性功能膜一般采用共混，涂覆或真空镀膜等方式，将功能部分材料附着在柔性基材上制备而成。近来，由于磁控溅射等卷对卷真空镀膜技术的进步，各种性能优异的柔性功能膜，如柔性透明导电膜等，得到了极大发展。

在柔性功能膜的镀膜或涂覆工艺中，为获得结晶性良好的功能膜，需要在工艺过程中对柔性衬底施行加热处理。但一般的柔性功能膜制备设备，特别是卷对卷镀膜设备等，实施真空状态下的基材加热十分困难，尤其是大部分高分子柔性基底，如PET等，在拉伸运动状态下耐热性能降低，很难抵御真空状态下的长时间加热。因此，能实现真空状态或气氛状态下镀膜的柔性膜热处理设备极为罕见，此外由于该装置结构复杂，价格昂贵，使其应用领域受到极大限制。

针对上述问题的解决办法通常是在常温或较低温度下进行柔性镀膜，并将所获基膜取出，利用快速加热炉进行后续热处理，如ITO等透明导电膜，以提高薄膜电学性能。这种后续热处理通常仍需要在真空中进行，例如，一般采用卷对卷的加热方式，将薄膜以平面状态的加热与输送形式在真空中进行。基于同样卷对卷运行的原理，这种真空加热方式结构复杂，价格昂贵，对于较大面积的多品种小批量镀膜样品的热处理并不合适。

实用新型内容

为克服上述缺点，本实用新型的目的在于提供一种柔性功能膜真空热处理装置，该热处理装置具有结构简单，体积小，加热速率快，温度分布均匀，处理面积大，且具有极大灵活性，适用于多品种小批量生产以及中试程度产品研发的新型柔性功能膜真空热处理设备。

为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种柔性功能膜真空热处理装置，包括加热机构，还包括固定机构，所述固定机构包括第一固定件和第二固定件，所述第一固定件内设置有轴向空腔，所述轴向空腔一端设置开口，所述第二固定件为管状结构，所述第二固定件能从开口处进入轴向空腔，所述第二固定件至少有部分区域容纳于所述轴向空腔内。被加热柔性功能膜卷沿第二固定件外壁周向卷绕，第一固定件和第二固定件间为真空或可控气氛，所需真空或形成气氛(如惰性气体，氮气或氧气等)的空间极小，即仅为第一固定件和第二固定件的间隙部分，大大减小了传统真空热处理时空间体积大不易实现高真空及真空与气氛的精密控制的难点，提高了真空或气氛状态下的热处理效率与精度。

本实用新型利用柔性功能膜的可挠曲特性和管状结构(第二固定件)圆周大于直径的原理，提供了一种高效率大面积柔性功能膜热处理装置，具有体积小，效率高，加热均匀，温度气氛控制精密等显著特点，可广泛用于显示，包装，光伏，汽车建筑，新能源电池等领域，进行柔性功能膜的规模化研制或多品种小批量生产。

进一步地，还包括平移机构，所述平移机构和所述第二固定件的一端连接，所述平移机构能驱动第二固定件进入或远离所述轴向空腔。当平移机构驱动第二固定件进入第二空腔后，加热机构对固定在第二固定件外表面的柔性功能膜加热，当平移机构驱动第二固定件离开第二空腔后，对固定在第二固定件外表面的柔性功能膜进行更换，类似于真空系统中的“Load-lock”功能，大大提高了样品处理效率。

进一步地，还包括旋转机构，所述旋转机构和所述第二固定件连接，所述旋转机构能驱动所述第二固定件进行自转。通过旋转机构的设置，获得均匀高效的加热效果。

进一步地，所述第一固定件上设置有换气孔和真空表，所述换气孔和所述轴向空腔连通，所述真空表能测试所述轴向空腔内的真空度。

进一步地，所述加热机构包括耐火箱体，所述耐火箱体包括上箱体和下箱体，所述上箱体和所述下箱体铰接，所述上箱体能以铰接点为中心进行转动。通过向上提拉上箱体，对耐火箱体进行打开或闭合。

进一步地，所述上箱体的下表面设置有第一凹槽，所述下箱体的上表面设置有第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽大小、位置相适配，所述第一凹槽和所述第二凹槽形状镜像对称，所述第一凹槽和第二凹槽形成了箱体空腔，所述箱体空腔的形状和所述固定机构相适配，所述固定机构设置在所述箱体空腔内。

进一步地，所述加热机构包括加热组件，所述加热组件设置在所述第一凹槽和/或所述第二凹槽的侧壁上。通过加热组件对设置在第一凹槽和第二凹槽内的固定机构进行加热，进而对柔性功能膜进行加热。

进一步地，所述加热组件包括多个条状热源，多个所述条状热源平行设置在所述第一凹槽或/和所述第二凹槽的侧壁上。

进一步地，所述条状热源以所述固定机构为中心，成环形阵列分布在所述第一凹槽和第二凹槽内。条状热源可使用快速高效的红外灯管以实现短时间的快速热处理，也可使用电阻加热，也可通过同时设置两者以达到最佳热处理效果。

进一步地，第一固定件和第二固定件的材料分别选自透明材料、陶瓷材料或金属材料中任一种。

本实用新型的有益效果是：

1)第一固定件和第二固定件间为真空或可控气氛，所需真空或形成气氛(如惰性气体，氮气或氧气等)的空间极小，即仅为第一固定件和第二固定件的间隙部分，大大减小了传统真空热处理时空间体积大不易实现高真空及真空与气氛的精密控制的难点，提高了真空或气氛状态下的热处理效率与精度。

2)本实用新型利用柔性功能膜的可挠曲特性和第二固定件圆周大于直径的原理，提供了一种高效率大面积柔性功能膜热处理装置，具有体积小，效率高，加热均匀，温度气氛控制精密等显著特点，可广泛用于显示，包装，光伏，汽车建筑，新能源电池等领域，进行柔性功能膜的规模化研制或多品种小批量生产。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本实用新型一实施例的真空热处理装置的剖视图；

图2为本实用新型一实施例的真空热处理装置的侧视图；

图3为本实用新型一实施例的固定装置的立体图；

图4为本实用新型一实施例的耐火箱体的侧视图；

图5为热处理后的二氧化钒薄膜的分光透过率曲线。

图中：1、工作台；2、支撑架；3、固定机构；31、第一固定件；311、开口；32、第二固定件；33、轴向空腔；34、换气孔；35、真空表；4、加热机构；41、耐火箱体；411、上箱体；4111、第一凹槽；412、下箱体；4121、第二凹槽；413、铰接点；42、加热组件；421、条状热源；5、柔性功能膜。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

参见附图1-4所示，本实施例中的一种柔性功能膜真空热处理装置，柔性功能膜指具有可挠曲性能的柔性功能膜材料，比如超薄玻璃，聚酰亚胺薄膜，聚酯薄膜等。真空热处理装置包括加热机构4和固定机构3，所述固定机构3对柔性功能膜进行固定，所述加热机构4对固定在所述固定机构3上的柔性功能膜5进行加热。还包括支撑架2和工作台1，固定机构3和支撑架2的一端连接，支撑架2的另一端和工作台1固定连接，通过支撑架2对固定机构3进行固定和支撑。

在一些实施例中，所述固定机构3包括第一固定件31和第二固定件32，所述第一固定件31为管状结构，所述第一固定件31的一端和支撑架2连接。第一固定件31内设置有轴向空腔33，所述轴向空腔33远离支撑架2的一端设置开口311，第二固定件32从开口311处能进入到轴向空腔33内，使部分第二固定件32的区域容纳于所述轴向空腔33内。容纳于轴向空腔33的第二固定件32的外表面用于固定柔性功能膜5，柔性功能膜5绕卷贴合在第二固定件32表面(柔性功能膜和第二固定件相抵接，附图中柔性功能膜5和第二固定件32之间留有空隙，仅为了使附图清晰)。然后通过加热机构4对柔性功能膜5进行加热。在本实施例中，第二固定件32为管状结构，利用柔性功能膜5可挠曲特性，将其固定于第二固定件32的外侧。利用柱状结构截面周长远大于其直径的尺寸效果，与传统的平面加热的柔性功能膜放置方式相比，这种结构大大减少了设备尺寸，提高了热处理效果。第二固定件32也可以为柱状结构，只要能利用柔性功能膜可挠曲特性将其固定在第二固定件32外表面即可。

在一些实施例中，第一固定件31和第二固定件32可根据加热样品所需透光热性能、传热性能以及机械强度等，分别采用透明材料(例如石英玻璃)，或陶瓷材料(透明或半透明陶瓷管)，或金属材料，具体使用的材料需要根据实际使用情况而定。

在一些实施例中，还包括平移机构，所述平移机构和第二固定件32的一端连接，平移机构能驱动第二固定件32进入轴向空腔33内，也可以驱动第二固定件32远离轴向空腔33。当平移机构驱动第二固定件32进入第二空腔后，加热机构4对固定在第二固定件32外表面的柔性功能膜5加热，当平移机构驱动第二固定件32离开第二空腔后，对固定在第二固定件32外表面的柔性功能膜5进行更换，类似于真空系统中的“Load-lock(负载锁定装置)”功能，大大提高了样品处理效率。平移机构可以为驱动气缸，也可以为其它能驱动第二固定件32平移的机构，本申请不作限定。

在一些实施例中，还包括旋转机构，所述旋转机构和第二固定件32连接，旋转机构能驱动第二固定件32进行自转，通过旋转机构的设置，获得均匀高效的加热效果。旋转机构可以为电机，也可以为其它能驱动第二固定件进行自转的机构，本申请不作限定。

在一些实施例中，第一固定件31上设置有换气孔34和真空表35，所述换气孔34和所述轴向空腔33连通，通过换气孔34对轴向空腔33内气体进行抽取，使轴向空腔33处于真空状态，真空表35用于测试轴向空腔33内的真空度。还可以通过换气孔34向轴向空腔33内充入其它气体，比如惰性气体(氮气、氩气)或氧气，具体轴向空腔33是处于真空状态，还是充有其它气体，根据实际情况而定。

在使用过程中，通过平移机构使第二固定件32进入到轴向空腔33内，然后通过换气孔34抽气，使轴向空腔33在真空状态下，即位于第二固定件32外表面的柔性功能膜5也处于真空状态下，在真空状态下通过加热装置对柔性功能膜进行加热。在这种结构中，所需真空或形成气氛(如惰性气体，氮气或氧气等)的空间极小，即仅为第一固定件31和第二固定件32的间隙部分，克服了传统真空热处理时空间体积大不易实现高真空、真空与气氛的精密控制的难点，提高了真空或气氛状态下的热处理效率与精度。

在一些实施例中，加热机构4包括耐火箱体41和加热组件42，所述耐火箱体41设置在工作台1上方，通过工作台1对耐火箱体41进行支撑和固定。所述耐火箱体41包括上箱体411和下箱体412，所述上箱体411和所述下箱体412铰接，上箱体411能以铰接点413为中心进行转动。

在一些实施例中，所述上箱体411的下表面设置有第一凹槽4111，所述下箱体412的上表面设置有第二凹槽4121，所述第一凹槽4111和第二凹槽4121大小、位置相适配，所述第一凹槽4111和第二凹槽4121形成了箱体空腔，所述固定机构3设置在所述箱体空腔内。所述第一凹槽4111和第二凹槽4121内壁上设置有加热组件42，通过加热组件42对固定于固定机构3上的柔性功能5膜进行加热。

在一些实施例中，加热组件42包括多个条状热源421，多个所述条状热源421等距离平行设置在第一凹槽4111或第二凹槽4121的侧壁，并且条状热源421和第一固定件31平行设置。条状热源421可使用快速高效的红外灯管以实现短时间的快速热处理，也可使用电阻加热，也可通过同时设置两者以达到最佳热处理效果。只要满足本实用新型加热需求，在热源上并不加以限制。

实施例1

如附图1所示柔性功能膜真空热处理装置，第一固定件31和第二固定件32均采用石英玻璃，第二固定件32直径为160mm，第一固定件31直径为250mm，第一固定件31和第二固定件32的间隙宽度为45mm，加热机构4长度600mm，耐火箱体41上设置有红外加热灯管14根(条形热源421)，形成500mmx500mm的柔性膜有效热处理面积。这类尺寸满足大部分科研项目的中试放大实验需求，也适合部分多品种小批量柔性功能膜的生产。

本实施例仅为举例论述本实用新型的热处理装置，其设备体积与加热样品面积可根据需求进一步进行放大或缩小。

利用卷对卷磁控溅射仪在尺寸为550x10000的聚酰亚胺薄膜上制备厚度为100nm的非晶态二氧化钒薄膜，主要工艺参数为：采用金属钒靶与直流电源进行反应性磁控溅射，靶材印加电力为10W/cm²，放入PI膜卷(聚酰亚胺薄膜)，抽真空，真空度为1x10^-3Pa，通入氩气与氧气的混合气体，控制氧氩比为2.0～2.5，全压1.2Pa，在常温下进行反应性磁控溅射，获得非晶态氧化钒薄膜。

截取尺寸为550x550mm的非晶态氧化钒薄膜，卷绕在本设备第二固定件32外侧并固定，移入第一固定件31内并固定封闭，关闭耐火箱体41，利用分子泵将真空抽至1Pa后，迅速升温至380摄氏度并保持1-15分，对其实施快速热处理，旋转机构旋转第二固定件32，旋转速度设定为10转每分。处理完毕后待温度降至100摄氏度以下，打开耐火箱体41，去除真空，取出样品并进行分析测试。

图5为热处理后的二氧化钒薄膜的分光透过率曲线，实线为低温状态(25摄氏度)，虚线为高温状态(80摄氏度)下的测试结果，不同颜色表示10号与11号两个不同样品(10号和11号表示取自二氧化钒薄膜不同测试位置的样品)。由图5可见，经热处理之后，非晶态二氧化钒薄膜已经转变为结晶态，并呈现典型的温控光学相变特性。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性功能膜真空热处理装置，包括加热机构(4)，其特征在于，还包括固定机构(3)，所述固定机构(3)包括第一固定件(31)和第二固定件(32)，所述第一固定件(31)内设置有轴向空腔(33)，所述轴向空腔(33)一端设置开口(311)，所述第二固定件(32)为管状结构，所述第二固定件(32)能从开口(311)处进入所述轴向空腔(33)，所述第二固定件(32)至少有部分区域容纳于所述轴向空腔(33)内。

2.根据权利要求1所述的一种柔性功能膜真空热处理装置，其特征在于，还包括平移机构，所述平移机构和所述第二固定件(32)的一端连接，所述平移机构能驱动所述第二固定件(32)进入或远离所述轴向空腔(33)。

3.根据权利要求1所述的一种柔性功能膜真空热处理装置，其特征在于，还包括旋转机构，所述旋转机构和所述第二固定件(32)连接，所述旋转机构能驱动所述第二固定件(32)进行自转。

4.根据权利要求1所述的一种柔性功能膜真空热处理装置，其特征在于，所述第一固定件(31)上设置有换气孔(34)和真空表(35)，所述换气孔(34)和所述轴向空腔(33)连通，所述真空表(35)能测试所述轴向空腔(33)内的真空度。

5.根据权利要求1所述的一种柔性功能膜真空热处理装置，其特征在于，所述加热机构(4)包括耐火箱体(41)，所述耐火箱体(41)包括上箱体(411)和下箱体(412)，所述上箱体(411)和所述下箱体(412)铰接，所述上箱体(411)能以铰接点(413)为中心进行转动。

6.根据权利要求5所述的一种柔性功能膜真空热处理装置，其特征在于，所述上箱体(411)的下表面设置有第一凹槽(4111)，所述下箱体(412)的上表面设置有第二凹槽(4121)，所述第一凹槽(4111)和所述第二凹槽(4121)的大小、位置相适配，所述第一凹槽(4111)和所述第二凹槽(4121)形状镜像对称，所述第一凹槽(4111)和所述第二凹槽(4121)形成了箱体空腔，所述固定机构(3)设置在所述箱体空腔内。

7.根据权利要求6所述的一种柔性功能膜真空热处理装置，其特征在于，所述加热机构(4)包括加热组件(42)，所述加热组件(42)设置在所述第一凹槽(4111)和/或所述第二凹槽(4121)的侧壁上。

8.根据权利要求7所述的一种柔性功能膜真空热处理装置，其特征在于，所述加热组件(42)包括多个条状热源(421)，多个所述条状热源(421)平行设置在所述第一凹槽(4111)或/和所述第二凹槽(4121)的侧壁上。

9.根据权利要求8所述的一种柔性功能膜真空热处理装置，其特征在于，所述条状热源(421)以所述固定机构(3)为中心，成环形阵列分布在所述第一凹槽(4111)和第二凹槽(4121)内。

10.根据权利要求1所述的一种柔性功能膜真空热处理装置，其特征在于，所述第一固定件(31)和所述第二固定件(32)的材料分别选自透明材料、陶瓷材料或金属材料中任一种。