一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型是一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备，属于提拉法镀膜【技术领域】。整套设备包括机架、多通道走带控制系统、加热系统、排气系统、加液系统、控制系统；多通道走带控制系统安装在机架上，包括两个主动轮及调速电机、测速轮、上滑轮组、下滑轮组；加热控制系统安装在机架上，包括大于六的偶数个立式管式炉，每个管式炉有三个或三个以上的多个独立加热区；排气系统包括废气收集腔、排气管及室外排风扇；加液系统包括液槽、进液管、排液管。本实用新型设备采用连续走带、阶梯加热、多通道重复镀膜，是一种低成本、适合于工业化规模生产的、能快速化学溶液平坦化柔性金属表面的设备，还可用于清洗长带，或在带材上镀有机薄膜。
【专利说明】一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备
【技术领域】
[0001]本发明属于提拉法镀膜【技术领域】，涉及高温超导涂层导体带材中金属基带表面溶液快速平坦化的技术设备。
【背景技术】
[0002]高温超导涂层导体带材是高温超导材料领域的研究热点之一，它的制备包括两部分:双轴织构基带制备和功能层制备。双轴织构基带制备工艺可分为两大类:离子束辅助沉积技术(1n Beam Assisted Deposit1n,缩写为IBAD)和轧制辅助双轴织构技术(Rolled Assisted Biaxially Textured Substrates,缩写为 RABiTS)。离子束辅助沉积技术(IBAD)对金属基带的材料没有特殊要求，哈氏合金和不锈钢都可作为基带材料，离子束辅助沉积氧化镁可以快速获得所需要的织构。但是，离子束辅助沉积氧化镁要求表面非常光滑的金属基带，要求表面粗糙度小于2纳米。抛光金属基带可以采用传统的抛光工艺如机械抛光和电化学抛光。机械抛光工艺成本高、效率低，不适于柔性金属长带的表面抛光；电化学抛光工艺仅适合一些特定的金属带材，而且化学废液对环境造成污染，废液处理成本较高。
[0003]一种新的使金属基带表面光滑的方法是化学溶液平坦化方法，它通过在柔性金属基带表面涂覆一层氧化物前驱液，利用表面张力作用，在突起区域残留液少，在沟槽区域残留液多，液膜作为连续的整体对基带表面起到平整化作用；然后经过热处理，前驱液挥发、分解成非晶氧化物膜。非晶氧化物膜相比原始金属基带，表面粗糙大大降低。通过多次重复以上步骤，表面粗糙度不断降低，表面粗糙度可以达到I纳米以下，可用作离子束辅助沉积双轴织构氧化镁的基带。通过溶液平坦化方法制备的非晶氧化物膜不但表面光滑，而且厚度可调，还可以阻挡高温下金属基带原子的扩散，防止金属原子扩散进入超导层而破坏超导性。此方法具有低成本，适合规模化生产的特点。但是，此方法也有缺点，溶液平坦化方法热处理生成非晶氧化物膜过程中，随着温度升高，有机物溶剂先挥发，然后溶质分解成非晶氧化物，升温挥发和分解温度变化太快容易出现缺陷，为减少缺陷，带材以极低速度由室温区慢慢进入高温区，使前驱液膜中有机物溶剂充分挥发，导致走带速度较慢。为解决此问题，实现低成本、快速溶液平坦化柔性金属表面，采用连续走带，阶梯加热，多通道重复镀膜是一条有效途径。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的目的是，提供一种快速的将柔性金属带材粗糙表面化学溶液平坦化技术设备，能应用于高温超导涂层导体带材和其它需要表面光滑柔性金属基带的情况。
[0005]本发明的基本思想是，使涂覆前驱液的带材高速连续通过不同的加热区，先挥发后分解，同时多通道重复以上镀膜过程，这样既保证了前驱液充分挥发与分解，大大降低非晶氧化物薄膜缺陷，得到光滑表面，又大大提高了镀膜速度，最终以较高速度实现金属带材表面平整化效果。
[0006]本发明设备技术方案采用连续走带，阶梯加热，多通道重复镀膜，其特征在于:见附图1，整套设备包括机架、多通道走带控制系统、加热系统、排气系统、加液系统、控制系统。
[0007]所述的多通道走带控制系统保证带材以设定速度通过，它安装在机架上，包括两个主动轮及调速电机、测速轮、上滑轮组、下滑轮组，走带时，两个主动轮同时工作，一个主动轮以较大力矩带动带子走动，另一个主动轮给以相反方向的较小力矩，使带子在走动过程中保持一定张力，测速轮把精确测到的速度反馈给控制系统，控制系统及时调整主动轮的速度，使带子走动过程中保持匀速，带子绕过多组上、下滑轮组，实现多通道重复镀膜，提高镀膜速度，每个上、下滑轮组包括两个滑轮，目的是为了方便调整相邻走带通道间距离，留出足够空间便于安装管式炉。
[0008]所述的加热控制系统安装在机架上，包括六个(不限于六个)立式管式炉，每个管式炉有A、B、CH个独立加热区，对通过的带材实施阶梯加热，使前驱涂层先挥发后分解。
[0009]所述的排气系统包括废气收集腔、排气管及室外排风扇，使前驱液挥发、分解的废气排到室外废气处理系统。
[0010]所述的加液系统包括液槽、进液管、排液管，保证液槽中前驱液完全浸没金属带材。
[0011]所述的液槽是分体式的，见图2，它包括液槽和盖子，盖子上留有带子通过的缝隙和滑轮支架通道，缝隙两边装有刮液片，调整刮液片可以控制带材上前驱液膜的厚度。
[0012]所述的控制系统控制走带系统以一定的张力、一定速度使带材稳定通过多通道镀膜系统，控制加热系统对管式炉A、B、C三温区分别加热，保持设定的温度。
[0013]工作时，先把金属带材安装在多通道走带系统上，调整升降基座及液槽的高度，使缠好带子的下滑轮进入液槽一定深度，把配好的前驱液通过加液系统注入液槽，使液面达到一定高度完全浸没带材，然后装上液槽盖，开启加热系统，达到设定温度后，启动走带系统，使带子以设定速度多通道重复镀膜。
[0014]本发明设备的优点:阶梯加热使前驱液挥发和分解连续分步进行，提高了氧化物薄膜质量，提高了走带速度；调整液槽中刮液片厚度可以控制每次镀膜厚度；多通道重复镀膜提高了镀膜效率，大大的提高了镀膜速度；正反方向都可以工作，镀多层膜，十几层，甚至几十层膜时，速度与效率优势更明显。
[0015]本发明设备不仅可以镀多层氧化物膜，而且可以通过更换前驱液为有机溶剂(如丙酮、乙醇)，并把液槽放入超声容器中，实现清洗金属带材表面的作用。
[0016]本发明设备还可以通过调整加热温度，实现对其它带材表面镀膜的作用。
[0017]本发明设备是一种低成本、适合于工业化规模生产的、能快速化学溶液平坦化柔性金属表面的设备，同时可用于清洗长带，或在长带上镀有机薄膜。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了清楚的说明本发明的技术方案和实施例，下面将对发明技术描述和实施例中所需使用的附图作简要介绍。
[0019]图1为连续走带，阶梯加热，多通道重复镀膜设备示意图。
[0020]图2为液槽结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]实施例一:哈氏合金276上化学溶液法快速制备AlYCAY2O3非晶薄膜用于高温超导涂层导体基带平坦化的方法，包括下述步骤:
[0022](I)金属基带丙酮清洗:按图1所示安装好柔性金属带材，将1800毫升丙酮分别倒入图1所示3个液槽中，保证能淹没金属带材，三个液槽置入盛水的超声容器中，超声设备工作，同时使金属带材以30米/小时的速度顺序经过三个丙酮液槽。往返工作3次。
[0023](2)金属基带乙醇清洗:把步骤(I)中三个液槽换为乙醇，超声设备工作，金属带材以30米/小时的速度顺序经过三个乙醇液槽。往返工作3次，最后一次把管式炉打开，A、B、C三段温度都设定为230度。
[0024](3)涂覆并热处理前驱液1:在图1所示的3个液槽中分别盛600毫升前驱液I,先开启管式炉2、4、6，三个温区的温差相等，为10度，设定C区温度为570度，金属带材以50米/小时的速度经过液槽，然后加热。金属基带向右走完后，再向左走，此时关闭2、4、6管式炉，开启1、3、5管式炉，三个温区的温差相等，为10度，设定C区温度为570度，金属带材以50米/小时的速度经过液槽，然后加热。这样重复2次，表面粗糙度为2.2纳米。
[0025](4)涂覆并热处理前驱液2:把步骤(3)中的前驱液换为钇离子浓度为0.lmol/1的前驱液2，设定C区温度为510度，三个温区的温差相等，为10度，金属带材以60米/小时的速度向右走，经过液槽，然后加热。金属基带向右走完后，再向左走，此时关闭2、4、6管式炉，开启1、3、5管式炉，设定C区温度为510度，三个温区的温差相等，为10度，金属带材以60米/小时的速度向左走。重复2次，XRD测试结果如图2所示，表明薄膜是非晶结构，表面粗糙度为1.2纳米。
[0026]附图标记表
[0027]I测速轮
[0028]2上滑轮
[0029]3排气管
[0030]4金属带
[0031]5主动轮2
[0032]6废气收集腔
[0033]7前驱液
[0034]8液槽架
[0035]9 液槽
[0036]10下滑轮
[0037]11管式炉
[0038]12主动轮I
[0039]13进液管
[0040]14刮液片
[0041]15下滑轮
[0042]16排液管
[0043]17 液槽
[0044]18 盖板
[0045]19金属带
【权利要求】
1.一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备，其特征在于:整套设备包括机架、多通道走带控制系统、加热系统、排气系统、加液系统、控制系统；多通道走带控制系统安装在机架上，包括两个主动轮及调速电机、测速轮、上滑轮组、下滑轮组；加热控制系统安装在机架上，包括大于六的偶数个立式管式炉，每个管式炉有三个或三个以上的多个独立加热区；排气系统包括废气收集腔、排气管及室外排风扇；加液系统包括液槽、进液管、排液管。
2.如权利要求1所述的一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备，其特征在于，所述多通道走带控制系统的两个主动轮同时工作，一个主动轮以较大力矩带动带子走动，另一个主动轮给以相反方向的较小力矩，使带子在走动过程中保持一定张力。
3.如权利要求1所述的一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备，其特征在于，所述多通道走带控制系统的测速轮与带材不发生滑动摩擦，把精确测到的速度反馈给控制系统，控制系统及时调整主动轮的速度，使带子走动过程中保持匀速。
4.如权利要求1所述的一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备，其特征在于，所述多通道走带控制系统的上、下滑轮组相互配对，形成带材镀膜的多通道。
5.如权利要求1所述的一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备，其特征在于，所述多通道走带控制系统的每个上、下滑轮组包括两个滑轮，方便调整相邻走带通道间距离，留出足够空间安装管式炉。
6.如权利要求1所述的一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备，其特征在于，所述加热控制系统包括大于六的偶数个相同的立式管式炉，偶数包括六及以上，管式炉内壁是石英管，每个管式炉有三个或三个以上的多个独立加热区和热电偶，对通过的带材实施阶梯加热或者不加热。
7.如权利要求1所述的一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备，其特征在于，所述排气系统包括废气收集腔、排气管及室外排风扇，使前驱液挥发、分解的废气排到室外废气处理系统。
8.如权利要求1所述的一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备，其特征在于，所述排气管及室外排风扇材料抗腐蚀，废气收集腔材料透明、抗腐蚀。
9.如权利要求1所述的一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备，其特征在于，所述加液系统包括液槽、进液管、排液管，保证液槽中前驱液完全浸没金属带材。
10.如权利要求1所述的一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备，其特征在于，所述液槽是分体式的，包括液槽和盖子，盖子上留有带子通过的缝隙和滑轮支架通道，缝隙两边装有刮液片，调整刮液片可以控制带材上前驱液膜的厚度。
11.如权利要求1所述的一种柔性金属带材表面快速化学溶液平坦化设备，其特征在于，所述控制系统控制走带系统以一定的张力、一定速度使带材稳定通过多通道镀膜系统，控制管式炉A、B、C三加热区保持设定的温度。
【文档编号】B05C11/11GK204093678SQ201420208413
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年4月27日 优先权日:2014年4月27日
【发明者】赵遵成, 田晓光, 卢涛 申请人:赵遵成