一种基于管式炉的快速卷对卷气相沉积制备装置的制作方法

本实用新型涉及材料制备技术领域，特别是涉及一种基于管式炉的快速卷对卷气相沉积制备装置。

背景技术：

化学气相沉积方法是一种利用反应物气态前驱体在一定温度下分解反应，形成薄膜、涂层或者微米、纳米结构的化学技术。这种方法已经被广泛应用于各种材料的合成，比如：石墨烯、碳纳米管、硅、氧化锌等等。管式加热炉作为一种易于制造和管理的反应炉已经被广泛应用于化学气相沉积反应。

在现有技术中，气相沉积制备装置，包括管式加热炉在工作时，沉积生长的效率通常较低，所以如何提供一种具有较高沉积生长效率的气相沉积制备装置是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于管式炉的快速卷对卷气相沉积制备装置，具有较高的沉积生长效率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于管式炉的快速卷对卷气相沉积制备装置，包括管式加热炉、第一密封仓、第二密封仓、供气系统、真空泵组、传动装置和冷却装置；

所述管式加热炉的一端与所述第一密封仓密封连接，所述管式加热炉的另一端与所述第二密封仓密封连接；所述传动装置包括位于所述第一密封仓内的至少两个第一卷绕辊、位于所述第二密封仓内的至少两个第二卷绕辊、与所述第一卷绕辊连接的第一电机组、以及与所述第二卷绕辊连接的第二电机组；所述第一卷绕辊与所述第二卷绕辊一一对应，任一所述第一卷绕辊与对应的所述第二卷绕辊之间形成一气相沉积生长线；

所述管式加热炉的内腔、所述第一密封仓和所述第二密封仓中任一与所述供气系统连通，另一与所述真空泵组连通；所述冷却装置用于冷却所述第一密封仓、所述第二密封仓和反应基体。

可选的，还包括张力传感器组；

所述张力传感器组用于检测所述反应基体张紧度；所述张力传感器组与所述第二电机组通讯连接。

可选的，还包括行程开关组；

所述行程开关组用于检测所述反应基体拉伸度；所述行程开关组分别与所述第一电机组和所述第二电机组通讯连接。

可选的，所述传动装置还包括与所述第一电机组相配合的第一减速机组，以及与所述第二电机组相配合的第二减速机组。

可选的，所述气相沉积生长线之间相互平行。

可选的，所述第一密封仓通过法兰与所述管式加热炉的一端连接；所述第二密封仓通过法兰与所述管式加热炉的另一端连接。

可选的，所述冷却装置包括沿所述第一密封仓和所述第二密封仓的外壁设置用于冷却所述第一密封仓和所述第二密封仓的水冷层、以及与所述反应基体的传送方向垂直布置且与所述反应基体贴合用于冷却所述反应基体的水冷管组。

可选的，所述供气系统包括用于承装氢气或者氩气或者硅烷或者甲烷或者乙烯或者乙炔或者乙烷气体的气瓶，所述气瓶的个数不少于两个，所述气瓶上设置有流量计。

可选的，所述真空泵组包括以下任意一项或任意组合的真空泵：

机械泵、扩散泵、分子泵。

可选的，还包括真空计；

所述真空计用于检测所述管式加热炉内真空度，所述真空计与所述真空泵组通讯连接。

本实用新型所提供的一种基于管式炉的快速卷对卷气相沉积制备装置，管式加热炉的一端与第一密封仓密封连接，管式加热炉的另一端与第二密封仓密封连接；传动装置包括位于第一密封仓内的至少两个第一卷绕辊、位于第二密封仓内的至少两个第二卷绕辊、与第一卷绕辊连接的第一电机组、以及与第二卷绕辊连接的第二电机组；第一卷绕辊与第二卷绕辊一一对应，任一第一卷绕辊与对应的第二卷绕辊之间形成一气相沉积生长线。此时在管式加热炉内形成有多条气相沉积生长线，在工作时一个管式加热炉内有多条气相沉积生长线可以同时工作，从而有效提高沉积生长效率，使得气相沉积制备装置具有较高的沉积生长效率。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，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为本实用新型实施例所提供的一种基于管式炉的快速卷对卷气相沉积制备装置的结构示意图。

图中：1.管式加热炉、2.第一密封仓、3.第二密封仓、4.第一卷绕辊、5.第一电机组、6.第二卷绕辊、7.第二电机组、8.水冷层、9.水冷管组、10.气瓶、11.流量计、12.行程开关组、13.真空泵组。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种基于管式炉的快速卷对卷气相沉积制备装置。在现有技术中，一个管式加热炉内通常只有一条气相沉积生长线，从而一个管式加热炉在同一时间只能在一条气相沉积生长线上进行气相沉积生长，从而使得现有技术中气相沉积制备装置的沉积生长效率较低。

而本实用新型所提供的一种基于管式炉的快速卷对卷气相沉积制备装置，管式加热炉的一端与第一密封仓密封连接，管式加热炉的另一端与第二密封仓密封连接；传动装置包括位于第一密封仓内的至少两个第一卷绕辊、位于第二密封仓内的至少两个第二卷绕辊、与第一卷绕辊连接的第一电机组、以及与第二卷绕辊连接的第二电机组；第一卷绕辊与第二卷绕辊一一对应，任一第一卷绕辊与对应的第二卷绕辊之间形成一气相沉积生长线。此时在管式加热炉内形成有多条气相沉积生长线，在工作时一个管式加热炉内有多条气相沉积生长线可以同时工作，从而有效提高沉积生长效率，使得气相沉积制备装置具有较高的沉积生长效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型实施例所提供的一种基于管式炉的快速卷对卷气相沉积制备装置的结构示意图。

参见图1，在本实用新型实施例中，所述气相沉积制备装置可以包括管式加热炉1、第一密封仓2、第二密封仓3、供气系统、真空泵组13、传动装置和冷却装置；所述管式加热炉1的一端与所述第一密封仓2密封连接，所述管式加热炉1的另一端与所述第二密封仓3密封连接；所述传动装置包括位于所述第一密封仓2内的至少两个第一卷绕辊4、位于所述第二密封仓3内的至少两个第二卷绕辊6、与所述第一卷绕辊4连接的第一电机组5、以及与所述第二卷绕辊6连接的第二电机组7；所述第一卷绕辊4与所述第二卷绕辊6一一对应，任一所述第一卷绕辊4与对应的所述第二卷绕辊6之间形成一气相沉积生长线；所述管式加热炉1的内腔、所述第一密封仓2和所述第二密封仓3中任一与所述供气系统连通，另一与所述真空泵组13连通；所述冷却装置用于冷却所述第一密封仓2、所述第二密封仓3和反应基体。

上述管式加热炉1为整个气相沉积制备装置的主体，该管式加热炉1具有一内腔，该管式加热炉1可以对其内腔进行加热以进行气相沉积。在本实用新型实施例中，气相沉积的具体反应通常是在该管式加热炉1的内腔进行。有关上述管式加热炉的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

在本实用新型实施例中，管式加热炉1具有两个相对的端部，而上述第一密封仓2以及第二密封仓3会分别与管式加热炉1的端部密封连接，以保证气密性；即管式加热炉1的一端会与第一密封仓2密封连接，管式加热炉1的另一端会与第二密封仓3密封连接。此时，第一密封仓2的内部空间、第二密封仓3的内部空间、以及管式加热炉1的内腔会相互联通。具体的，为了简化第一密封仓2以及第二密封仓3与管式加热炉1之间的连接结构，在本实用新型实施例中，第一密封仓2以及第二密封仓3可以均通过法兰与管式加热炉1法兰连接，即第一密封仓2通过法兰与管式加热炉1的一端连接；第二密封仓3通过法兰与管式加热炉1的另一端连接。需要说明的是，上述第一密封仓2以及第二密封仓3可以算作管式加热炉1的外接结构，而不能算作是管式加热炉1的内置结构。

在本实用新型实施例中，传动装置包括位于第一密封仓2内的至少两个第一卷绕辊4、位于第二密封仓3内的至少两个第二卷绕辊6、与第一卷绕辊4连接的第一电机组5、以及与第二卷绕辊6连接的第二电机组7。传动装置用于在工作时带动反应基体在管式加热炉1内移动，以在反应基体表面沉积生长对应的材料。上述第一卷绕辊4用于收卷反应基体，而第二卷绕辊6用于放卷反应基体。上述第一电机组5与第一卷绕辊4连接，用于控制第一卷绕辊4的转速；相应的第二电机组7与第二卷绕辊6连接，用于控制第二卷绕辊6的转速。需要说明的是，由于通常情况下在工作时需要稳定的收卷速度，所以上述第一电机组5通常需要控制第一卷绕辊4以稳定的速度转动。通常情况下，第一电机组5包括多个第一电机，第一电机与第一卷绕辊4一一对应连接，通过第一电机组5可以对第一卷绕辊4的转速进行控制；而第二电机组7包括多个第二电机，第二电机与第二卷绕辊6一一对应连接，通过第二电机组7可以对第二卷绕辊6的转速进行控制。

具体的，上述至少两个第一卷绕辊4均位于第一密封仓2内，而上述至少两个第二卷绕辊6均位于第二密封仓3内，该结构可以避免将过多的装置安装在同一个密封环境中，从而可以有效简化气相沉积制备装置的安装难度。上述第一卷绕辊4以及第二卷绕辊6需要一一对应，以便在第一卷绕辊4以及第二卷绕辊6之间形成一气相沉积生长线，该气相沉积生长线的主体将位于管式加热炉1内。由于一共设置有至少两个第一卷绕辊4以及至少两个第二卷绕辊6，使得本实用新型实施例中一共可以设置至少两个气相沉积生长线。通常情况下，上述气相沉积生长线之间需要相互平行，以便于气相沉积生长线，具体便于反应基体的设置。在工作时，反应基体会卷绕在第一卷绕辊4与第二卷绕辊6之间，以形成上述气相沉积生长线。有关反应基体的具体材质在本实用新型实施例中不做具体限定，视具体情况而定。通常情况下，上述反应基体通常为铜箔。

进一步的，在本实用新型实施例中，所述传动装置还可以包括与所述第一电机组5相配合的第一减速机组，以及与所述第二电机组7相配合的第二减速机组。由于通常情况下第一电机组5的运转转速范围与第二电机组7的运转转速范围会过大，明显大于在反应基体表面进行气相沉积生长时所需的运转转速，相应的在本实用新型实施例中可以设置第一减速机组以及第二减速机组，其中第一减速机组会与第一电机组5相配合用于对第一卷绕辊4进行减速操作，而第二减速机组会与第二电机组7相配合用于对第二卷绕辊6进行减速操作，从而使得气相沉积生长线可以具有适宜的放卷速度以及适宜的收卷速度。上述第一减速机组与第二减速机组通常为各种减速器，有关所述第一减速机组与第二减速机组的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

在本实用新型实施例中，管式加热炉1的内腔、第一密封仓2和第二密封仓3中任一与供气系统连通，另一与真空泵组13连通。即上述管式加热炉1的内腔、第一密封仓2和第二密封仓3三者中的任一个会与供气系统连通，另外两者中的任一个会与真空泵组13连通。上述供气系统用于向管式加热炉1的内腔提供用于进行化学气相沉积的反应物气态前驱体。由于管式加热炉1的内腔、第一密封仓2和第二密封仓3均相互联通，所以上述供气系统需要与管式加热炉1的内腔、第一密封仓2和第二密封仓3中的任一个连通，以便向管式加热炉1的内腔输送反应物气态前驱体。

具体的，上述供气系统通常包括用于承装氢气或者氩气或者硅烷或者甲烷或者乙烯或者乙炔或者乙烷等气体的气瓶10，所述气瓶10的个数不少于两个，所述气瓶10上设置有流量计11。上述氢气、氩气、硅烷、甲烷、乙烯、乙炔、乙烷等均为进行化学气相沉积时可能使用的气体，包括保护气体。相应的，上述气瓶10则用于承装氢气或者氩气或者硅烷或者甲烷或者乙烯或者乙炔或者乙烷气体。需要说明的是，由于某些反映气体的特殊性，例如氢气分子的体积非常小，容易透过气瓶10扩散至外界，所以上述装载不同气体气瓶10的材质通常需要对应该承装的气体。具体的，上述气瓶10的个数通常不少于两个，以便在管式加热炉1内进行化学反应。上述瓶上通常均需要设置有流量计11，以便对输入气体的具体体积进行控制。

上述真空泵组13用于将管式加热炉1的内腔抽真空，保持管式加热炉1内腔在工作时的真空环境。相应的，上述真空泵组13需要与管式加热炉1的内腔、第一密封仓2和第二密封仓3中的任一个连通，以便将管式加热炉1的内腔抽真空。需要说明的是，上述真空泵组13与供气系统不能同时与管式加热炉1的内腔、第一密封仓2和第二密封仓3中的同一个连通，以防止在工作状态时真空泵组13直接将反应物气态前驱体抽离管式加热炉1的内腔。

具体的，在本实用新型实施例中，真空泵组13可以包括以下任意一项或任意组合的真空泵：机械泵、扩散泵、分子泵。即在本实用新型实施例中，真空泵组13可以是单独由机械泵、或扩散泵、或分子泵构成，也可以是有机械泵、扩散泵、分子泵中的两者或三者构成。有关真空泵组13的具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。

优选的，在本实用新型实施例中，气相沉积制备装置还可以包括真空计。上述真空计具体用于检测管式加热炉1内真空度，通常该真空计需要与真空泵组13通讯连接，以便通过真空泵组13控制管式加热炉1内腔的真空度。

在本实用新型实施例中，冷却装置用于冷却第一密封仓2、第二密封仓3和反应基体。上述冷却装置冷却第一密封仓2和第二密封仓3的作用是避免在第一密封仓2以及第二密封仓3中的反应基体表面进行未知或者不需要的化学气相沉积，从而保证产品的纯度以及质量；而上述冷却装置冷却反应基体的作用在于避免经过管式加热炉1的反应基体对第一密封仓2以及第二密封仓3内的温度造成影响。

具体的，在本实用新型实施例中，所述冷却装置可以包括沿所述第一密封仓2和所述第二密封仓3的外壁设置用于冷却所述第一密封仓2和所述第二密封仓3的水冷层8、以及与所述反应基体的传送方向垂直布置且与所述反应基体贴合用于冷却所述反应基体的水冷管组9。所述水冷层8通常覆盖于第一密封仓2以及第二密封仓3的外壁，从而对第一密封仓2以及第二密封仓3整体进行冷却；而水冷管组9通常位于第一密封仓2或第二密封仓3内，以对反应基体进行冷却，一种反应基体通常会从水冷管组9中对应的水冷管上表面相接触。

作为优选的，在本实用新型实施例中，气相沉积制备装置还可以包括张力传感器组；上述张力传感器组用于检测所述反应基体张紧度；该张力传感器组与所述第二电机组7通讯连接。上述张紧度即反应基体在第一卷绕辊4于第二卷绕辊6之间传输时反应基体所承受的拉力大小。当反应基体的张紧度过大时，反应基体容易发生断裂。由于在本实用新型实施例中受第一电机组5控制的第一卷绕辊4通常作为收卷使用，而在工作时通常需要气相沉积制备装置具有稳定的收卷速度，相应的通常只能通过调整第二卷绕辊6的放卷速度来调整反应基体的张紧度。具体的，上述张力传感器组可以与第二电机组7通讯连接，以通过第二电机组7控制第二卷绕辊6的转速来控制反应基体的张紧度处于预设的合理范围。

作为优选的，在本实用新型实施例中，气相沉积制备装置还可以包括行程开关组12；上述行程开关组12用于检测所述反应基体拉伸度；该行程开关组12分别与所述第一电机组5和所述第二电机组7通讯连接。在进行化学气相沉积的末段第二卷绕辊6上反应基体放卷完毕之后，反应基体固定在第二卷绕辊6上的端部会由于拉扯位置发生变化，而行程开关组12可以检测该位置变化，即拉伸度。当行程开关组检测到该信号后，说明已经放卷完毕，需要立即停止放卷以及收卷，即需要立即停止第一卷绕辊4以及第二卷绕辊6的转动，以防止反应基体断裂。

本实用新型实施例所提供的一种基于管式炉的快速卷对卷气相沉积制备装置，管式加热炉1的一端与第一密封仓2密封连接，管式加热炉1的另一端与第二密封仓3密封连接；传动装置包括位于第一密封仓2内的至少两个第一卷绕辊4、位于第二密封仓3内的至少两个第二卷绕辊6、与第一卷绕辊4连接的第一电机组5、以及与第二卷绕辊6连接的第二电机组7；第一卷绕辊4与第二卷绕辊6一一对应，任一第一卷绕辊4与对应的第二卷绕辊6之间形成一气相沉积生长线。此时在管式加热炉1内形成有多条气相沉积生长线，在工作时一个管式加热炉1内有多条气相沉积生长线可以同时工作，从而有效提高沉积生长效率，使得气相沉积制备装置具有较高的沉积生长效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，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。

以上对本实用新型所提供的一种基于管式炉的快速卷对卷气相沉积制备装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。