专利名称：一种航空有机玻璃的真空镀膜装置及镀膜制备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及真空镀膜装置，尤其是一种适用于航空有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)的真空镀膜装置。
背景技术：
航空有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)和丙烯酸树脂(PC)类材料的真空镀膜应用于飞机客舱上的观察窗、汽车配件和车灯外罩上的材料越来越多。该类材料的优点是质轻、透明度好、受碰撞不炸裂，但缺点是表面硬度低、易划痕不耐擦。通过表面真空镀膜是改善其性能的有效处理方法。但传统的真空镀膜工艺往往导至航空有机玻璃表面与真空镀膜的膜层附着强度低，膜层很易剥落。此难题一直困绕着人们，限制真空镀膜技术在此类基材上应用。近二十年来，丙烯酸树脂基片制造的眼镜片，采用真空镀膜来提高其光学增透性和表面硬度，国内外都有专利，尤其日本申请专利最多。中国专利公开号CN1532563A采用真空镀和离子镀技术共镀7层膜层，提高了眼镜片的增透性。但增透膜与眼镜片基体的附着力有待进一步提闻。本实用新型以飞机客舱上的观察窗用的航空有机玻璃板的真空镀膜装置为例，采用在真空室内连续镀三层不同膜层，即主膜层为真空电子束镀光学增透膜，辅助薄膜为用有机树脂类材料(聚四氟乙烯树酯)加热汽化在离子轰击下沉积生成膜层。本实用新型的目的是提供一种连续实现低温真空镀膜，获得优良的膜层综合质量的镀膜装置，尤其是提高比眼镜片大得多的整块飞机客舱观察窗的航空有机玻璃材料表面与真空镀膜的膜层附着力、光透过率、雾度，耐擦性和耐弱酸碱腐蚀等综合性能。
发明内容
本实用新型涉及真空镀膜装置，更适合用于航空有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)真空镀膜的装置。它由一立式单开门真空室、一真空泵组、一电子枪电子束蒸发系统、一带转位的内置镀膜材料的四穴水冷坩埚、一可转位的挡板、一离子轰击捧、真空室内的顶部安装一垂直轴系带动一转盘，其上均布有三组可公转/自转的基材夾具机架(可安装三块经予净化处理的基材)、一光电式膜厚监测系统、一数显式主电控系统，以及在真空室外部组合一个装有机树脂液体的不锈钢制的电阻式加热容器和送气管、一针阀开关和一个与真空室箱体连通的喷嘴等组成。镀膜的工作过程是将镀膜基材一次装入真空镀膜装置内，连续低温镀制"辅-主-辅"三层沉积薄膜结构(第一层在基材表面真空沉积辅助底层薄膜，第二层真空蒸镀主增透薄膜，第三层在主膜层之上真空沉积辅助顶层薄膜。)按程序分别打开或关闭装置的分系统或组件机构配合实施。当沉积辅助底层或顶层薄膜时，关闭电子枪电子束蒸发系统，打开真空室外部装有机树脂液体的不锈钢制的电阻式加热容器上的针阀，通过喷嘴把被加热的有机树脂蒸汽喷入真空室内，同时在离子轰击作用下，加速沉积为辅助层薄膜。当真空蒸镀主增透薄膜层时，关闭有机树脂液体容器上的针阀，打开电子枪电子束蒸发系统和四穴水冷坩埚上方的转位挡板， 将电子束聚焦在坩埚穴内的镀膜材料(金属氧化物)上，膜材被高温蒸发成分子态，在离子辅助下，加速沉积在辅助底层薄膜之上，生成增透性很好的主薄膜层。在主膜层之上沉积的有机树脂辅助顶层薄膜增加了附着力和耐捺性。本实用新型的技术方案是1. 一种航空有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)真空镀膜装置组合了多种功能于一体，在真空室内一次装夹基材工件于基材夾具机架上，可连续完成三层"辅-主-辅"沉积薄膜结构的制备，按程序分别打开或关闭装置的分系统或组件机构配合实施。2.本实用新型真空镀膜的连续制备程序即在基材表面真空沉积第一层辅助底层有机树酯类薄膜，第二层为真空制备核心主膜层-光学增透膜，第三层真空沉积辅助顶层有机树酯类薄膜。3.采用一套真空镀膜装置包括一立式单开门真空室、一真空泵组、一电子枪电子束蒸发系统、一带转位的内置镀膜材料的四穴坩埚、一可转移位的坩埚挡板、一离子轰击捧、真空室顶部有一垂直轴系带动一转盘，其上均布有三组可公转/自转的基材夾具机架、一光电式膜厚监测系统、一数显式主电控系统。在真空室外部有一装有机树脂液体的不锈钢制的电阻式加热容器和送气管、一针阀开关和一个与真空室箱体连通的喷嘴。该装置一次可装入三块经予净化处理的被镀制基材，实现按程序连续完成三层沉积簿膜结构的制备。4.用本装置首先进行基材的辅助底层真空沉积薄膜的制备选用有机树脂类液体材料(本实施例用聚四氟乙烯)装入一个不锈钢容器内，加热容器，树脂类液体材料被蒸发汽化，当真空室内的真空度保持在8Pa时，打开針阀调节喷入真空室内的蒸汽流量，在真空室内的离子轰击棒产生的离子轰击下有机树脂材料分子被电离，高速飞向装在夾具支架上的基材下表面，沉积生成底层簿膜。此过程电子束系统是处于关闭状态。5.接着用电子束真空蒸发镀膜连续制备主膜层此时先关闭有机树脂类液体容器的針阀，当真空室内的极限真空度达到并保持在6X 10_3Pa时，打开电子枪电子束发生器和转位挡板，将电子束聚焦在第N号坩埚穴内的金属氧化物镀膜膜材上，膜材被高能加热蒸发汽化，在辅助离子轰击下，加速沉积在底层簿膜上生成主膜层(即中间层光学增透膜)的制备。6.接着连续进行辅助顶层真空沉积薄膜的制备，先关闭电子束系统和当真空室内的真空度下降后并保持在8Pa时，再次打开針阀调节喷入真空室内的蒸汽流量，重复进行所述的过程，完成辅助顶层真空沉积薄膜的制备。7.本实用新型具有如下优点和有益效果{1}本实用新型采用上述真空镀膜装置和相应程序解决了航空有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)、聚碳酸酯(PC)类树脂等合成树脂类材料的传统真空镀膜膜层附着力很低、不耐捺的难题。{2}本实用新型采用真空电子枪电子束镀膜装置和辅助离子轰击装置相组合，采用二氧化锆或二氧化铪的膜材，实现总膜层的透光率高于92%、雾度低于3%、牢固度佳。{3}本实用新型采用增加制备两层辅助膜层的沉积生成方法，采用有机树酯类材料的加热汽化喷入真空室内被离子轰击的辅助沉积技术，实现一次装夹基材工件，在系统真空状态连续完成三层复合薄膜的制备，总体膜层结构具有高附着力、光透过率高、雾度低、耐摩擦、耐候性、抗弱酸碱腐蚀等综合性能，并达到节能、提高工效、清除了对环境污染的有益效果。
图1是本实用新型制备的真空镀膜膜层结构分布示意图。图中1-基材工件，2-底层是辅助有机树脂薄膜层{1}，3-中间层是主膜层光学增透膜，4-顶层是辅助有机树脂薄膜层⑵。图2是本实用新型采用的一个真空镀膜装置结构示意图，图中5_真空泵组，6-离子轰击棒，7-基材工件，8-垂直轴系，9-具有公转和自转功能的基材夹具组，10-真空镀膜机数控机柜(包括光电膜厚监测仪、真空度数显仪、高压电源等系统)，11-真空室箱体，12-可转位挡板，13-电子束，14-电子枪组件，15-真空室箱体基座，16-金属氧化物膜材，17-四穴转位水冷坩埚，18-装有机树脂的加热容器，19-针阀喷嘴组件。图3是膜层制备工艺流程示意图，图中20_超声波净化予处理的基材工件，21-第一步骤真空沉积辅助底层薄膜，22-第二步骤真空蒸镀主薄膜光学增透膜，23-第三步骤真空沉积辅助顶层薄膜。
具体实施方式
1.透明航空有机玻璃视窗板基材(聚甲基丙烯酸甲脂)镀膜工件(7)，其规格为直径0:211_ X厚度5mm。2.采用一个立式真空镀膜装置连续完成基材工件三层簿膜的制备。真空镀膜装置的结构组成如下立式单门真空室箱体(11)与真空泵组(5)相连接、箱体底板上安装电子枪电子束蒸发系统(14)和带转位的装膜材用的四穴坩埚(17)、坩埚穴中装入金属氧化物膜材(16)、可转位挡板(12)位于坩埚上方200mm、一离子轰击捧(6)位于真空室中部、真空室顶板下表面装有一垂直轴系(8)带动一转盘，其上均布有三组可公转/自转基材夾具机架(9)、装有机树脂液体的不锈钢制电阻式加热容器(18)位于真空室箱体机座(15)上，力口热容器上的针阀开关和喷嘴(19)与真空箱体相通，用针阀调控有机树脂材料汽化后的蒸气喷入真空室的流量。光电式膜厚监测系统和数控系统的组合机柜(10)位于真空室箱体的右侧，机柜的一组电缆与真空室相连接。该装置最多一次可装入三块透明航空有机玻璃视窗板基材工件(7)。3.实施工艺流程将基材工件用超声波清洗净化予处理(20)，烘干后将处理好的三块备镀基材分别装入真空室的有公转/自转功能的夾具机架组件上，被镀表面朝下。将金属氧化物膜材(二氧化锆和二氧化铪)(16)分别放入真空室内的四穴转位坩埚中，关真空室门，启动真空泵组和匀速转动基材工件夾具机架(9)，选定第N号工位坩埚穴转动定位到聚焦电子束扫描的位置。挡板(12)转到坩埚上方就位。4.实施第一步骤(21):将装有有机树酯类(本实施例采用聚四氟乙烯树酯)的容器加热，使其内的有机树酯液体达到蒸发汽化态，当真空室内的真空度保持在低真空8Pa ；启动离子轰击捧，同时打开针阀喷嘴，将被蒸发的聚四氟乙烯树酯汽化态材料喷射进真空室内，用离子轰击它，产生辉光放电，在基材工件的下表面沉积形成底层簿膜层。膜厚的控制是用离子轰击时间进行调节，约2分钟便关闭针阀喷嘴和停止离子轰击，辅助底层薄膜制备完成。辅助底层膜的作用是增加膜层与基材的附着力。5.实施第二步骤(22):将坩埚上方的转位挡板(12)转开，当真空室内的极限真空度提高并保持在6 X KT3Pa时，启动电子枪电子束蒸发系统(14)，电子束聚焦加热第N位的坩埚穴内的金属氧化物膜材至蒸发汽化，同时辅助离子轰击，膜材分子加速沉积在辅助底层簿膜上，形成主膜层光学增透膜。用光电式膜厚监测系统控制主膜层厚度达要求时，关闭电子枪电子束蒸发系统(14)。主膜层的作用是增强光学增透率和降低雾度。6.实施第三步骤(23):将挡板(12)转到坩埚上方就位，进入降低真空室真空度程序，再次将装有有机树酯类材料的容器加热，使其内的有机树酯液体达到蒸发汽化态，当真空室内的真空度保持在SPa真空度时，启动离子轰击，同时打开针阀喷嘴，将被蒸发的聚四氟乙烯树酯汽化态材料喷射进真空室内，用离子轰击它，产生辉光放电，在主膜层光学增透膜上沉积形成顶层膜层。膜厚的控制是用离子轰击时间进行调节，约2分钟便关闭针阀喷嘴和停止离子轰击，辅助顶层薄膜制备完成，顶层薄膜的作用是形成保护层和增强与光学增透膜的黏合力。7.停止真空泵组运行、放气、打开真空室、取出工件。便完成整个连续真空镀膜工艺过程。在镀膜的过程中基材工件的温度保持在不高于80°C，实现了对基材工件的低温表面改性，增加了表面硬度、提高耐捺性。 保证总镀膜层与基材的牢固黏合，大大提高其附着力的同时，其膜层的高透光性和低雾度，耐候性和抗腐蚀作用保持十分良好。
权利要求1.一种航空有机玻璃真空镀膜装置及镀膜制备，其特征在于真空镀膜装置包括一立式单门真空室、一真空泵组、一电子枪电子束蒸发系统、一带转位的内置镀膜材料的四穴水冷坩埚、一可转位的挡板、一离子轰击捧、真空室顶部有一垂直轴系带动一转盘，其上均布有三组可公转/自转的基材夾具机架、可安装三块经予净化处理的基材、一光电式膜厚监测系统、一数显式主电控系统，以及在真空室外部组合一个装有机树脂液体的不锈钢制的电阻式加热容器和送气管、一针阀开关和一个与真空室箱体连通的喷嘴。
2.根据权利要求1所述的一种航空有机玻璃的真空镀膜装置及镀膜制备，其特征在于镀膜制备时按程序分别打开或关闭装置中的某个分系统或组件机构配合实施，当沉积辅助底层或顶层薄膜时，关闭电子枪电子束蒸发系统，打开真空室外部装有机树脂液体的不锈钢制的电阻式加热容器上的针阀，通过喷嘴把被加热的有机树脂蒸汽喷入真空室内，同时在离子轰击作用下，加速沉积为辅助层薄膜。当真空蒸镀主增透薄膜层时，关闭有机树脂液体容器上的针阀，打开电子枪电子束蒸发系统和四穴水冷坩埚上方的转位挡板，将电子束聚焦在坩埚穴内的镀膜材料金属氧化物上，膜材被高温蒸发成分子态，在离子辅助下，加速沉积在辅助底层薄膜之上生成主膜层。
专利摘要本实用新型涉及一种航空有机玻璃真空镀膜装置及镀膜制备。用本电子束蒸发和离子辅助的真空镀膜装置连续制备三层″辅-主-辅″沉积薄膜结构，其中两层辅助薄膜分别位于主膜层的底层和顶层。辅助薄膜制备时关闭电子束系统，将外置有机树脂类液体在真空室外加热汽化，喷入真空室，在离子轰击下电离为分子态沉积在基片表面或主膜层上。主膜制备是用针阀关闭有机树脂汽化喷嘴，用金属氧化物膜材在电子束蒸发和辅助离子轰击下沉积在底层膜上形成光学增透膜。本实用新型装置镀膜制备的三层膜系结构具有高附着力、透过率高、雾度低、耐摩擦和耐腐蚀等性能。在航空、汽车、车灯外罩等行业可广泛应用。
文档编号C23C14/08GK202881377SQ20122025074
公开日2013年4月17日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者宫杰, 刘家兴, 许镜明, 蔡中林, 邬纪泽 申请人:宫杰, 刘家兴, 邬纪泽