一种用于连续真空蒸镀的自动送料装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于连续真空蒸镀的自动送料装置，属于真空镀膜和表面加工领域，可应用于各种真空蒸镀设备的腔室内。所述自动送料装置包括真空腔室，还包括固定在真空腔室外部的动力单元及固定在真空腔室内部的自动送丝组件，所述动力单元与自动送丝组件通过磁流体密封轴连接；其中自动送丝组件包括主动轮、从动轮、丝锟、送丝导向器及蒸镀单元。本发明的有益效果：通过调速电机提供动力，可持续进行送丝，实现连续镀膜。节省了很多时间、人力和物力。并通过感控装置，可实现自动控制连续镀膜的稳定性及连续性。
【专利说明】一种用于连续真空蒸镀的自动送料装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于连续真空蒸镀的自动送料装置，属于真空镀膜和表面加工领域，可应用于各种真空蒸镀设备的腔室内。
【背景技术】
[0002]真空镀膜是现代制造业和表面处理工业中一项十分重要的技术，尤其是近年来随着信息技术和电子产品的迅猛发展，真空镀膜在制备和加工光学与电子器件等领域的应用也得到进一步的促进。其中，真空热蒸发镀膜即蒸镀设备因其能快速、方便地沉积各种材质的薄膜和相对低廉的成本而得到广泛应用。真空蒸镀技术是通过电阻加热、感应加热、激光加热、等离子体加热或者电子束轰击等多种方式使原材料升华或者蒸发成为高温蒸汽，再冷却沉积到塑料、金属、陶瓷和玻璃等各种材质的基体上形成具有一定功能的薄膜。
[0003]在真空蒸镀时，基底状态和腔室环境相对容易保持稳定，但蒸发原料的持续消耗会对镀膜过程和质量造成一些负面影响。对于短期的薄膜沉积，由于蒸发原料不会大幅度地消耗，所以不需要补充原料，蒸发源的蒸发速率即气体分子的输出量也很稳定，因此沉积过程和薄膜的性状都能保持稳定、均匀。但是，当需要长期连续镀膜时，比如大面积沉积、厚膜沉积或者多工件连续沉积等情形下，蒸发原料往往需要一次甚至多次补充。如果原料补充需要反复进行打开腔室、增补原料和重新抽真空的过程，会给真空蒸镀带来巨大的额外成本，并在很大程度上影响镀膜的质量。连续、高效率地制备大量高质量薄膜是现代制造业对真空蒸镀提出的重要客观要求，因此怎样提高补充蒸发原料的效率并降低原料补充过程对连续真空蒸镀膜质量的影响是真空蒸镀行业亟待解决的问题。
[0004]针对这一焦点问题，从上世纪后半叶开始不少业内人士和研究人员就开始给出许多不同的解决方案，但也不断涌现新的问题。来自美国德拉维尔大学的研究小组曾在美国专利US4401052A和US4325986A中分别提出过两腔室和多腔室的设计方案，通过阀门的开闭使设备始终保持有一个腔室处在真空工作环境，而其他腔室可以在常压下进行填料工作。这种设计可以节约抽真空的成本，同时也可以提供多蒸发源以满足复杂组分薄膜的制备。无独有偶，中国专利CN201020188782和CN201310092816也分别提出了主副腔和多腔室的设计，主腔蒸镀，副腔送料。而中国专利CN201320858786更简洁地将多个坩埚放在腔室内，通过调整热源位置实现了原料补充。还有一些设备直接使用了超大坩埚和过量的原料来保证原料的供应。综合上述这些结果不难看出，多腔室、多坩埚和超大坩埚都能降低换料成本并提高蒸镀效率。但是，这些方案的共同缺点是在换料的时候，蒸发速率会发生改变，影响薄膜的连续、均匀生长。比如多坩埚或者多腔室在更换原料时，新料会比即将耗尽的旧料产生更大的蒸发速率；而一次放入过量原料时，由于原料在一段较长时间不断消耗并缩小体积，其蒸发速率会随时间线性下降。
[0005]还有一些巧妙的设计能在特定的领域和范围内既解决换料效率问题又保证薄膜的连续、均匀沉积。例如中国专利CN201320689762通过储存蒸汽来保持蒸发源的连续供给，而CN200810123705的循环液体蒸发源也能提供连续的蒸发源，但是显然这两者只适用于沸点相对较低的液态有机物的蒸镀。类似的，中国专利CN201310045492提出了用管道运送颗粒状物料的方式，既不影响腔室的真空环境，小颗粒的物料形状也能提供稳定的蒸发速率，但其只适用于容易得到大量颗粒的原料，一些硬质的原料要加工成大量颗粒本身就需要高额成本。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提高真空蒸镀设备的蒸发原料的供应效率，在降低成本的同时提高其连续、均匀镀膜的能力，是一种用于连续真空蒸镀的自动送料装置。
[0007]—种用于连续真空蒸镀的自动送料装置，所述自动送料装置包括真空腔室，还包括固定在真空腔室外部的动力单元及固定在真空腔室内部的自动送丝组件，所述动力单元与自动送丝组件通过磁流体密封轴连接；
其中自动送丝组件包括主动轮、从动轮、丝锟、送丝导向器及蒸镀单元。
[0008]进一步地，所述磁流体密封轴的一端置于真空腔室内，并连接自动送丝组件，所述磁流体密封轴另一端置于真空腔室外部，并连接动力单元。
[0009]进一步地，所述主动轮固定连接在磁流体密封轴的一端上，所述从动轮固定在真空腔室内壁上，并与主动轮相互啮合，啮合处中心设有一卡槽，所述丝锟处于主动轮上方，所述送丝导向器固定在真空腔室内壁上，并所述送丝导向器一端位置对应卡槽，另一端位置对应蒸镀单元。
[0010]进一步地，所述自动送料装置还包括一中控装置、调温装置及感控装置，所述感控装置包括发光源与光电传感器，所述发光源与光电传感器分置于被镀膜设备两侧，所述被镀膜设备置于蒸镀单元上方，所述调温装置、光电传感器及动力单元均连接在中装置上。
[0011]进一步地，所述镀膜厚度为a时候，对应光电传感器的电流大小为X，厚度在a+b时候，光电传感器接收的光照变少，电流大小为x-y，厚度超过a+b后，中控装置接收到光电传感器的电流大小低于x-y，中控装置调控调速电机转速降低，并调控调温装置降低温度；
当厚度在a-b时候，光电传感器接收的光照变多，电流大小增减为χ+y，一旦厚度低于a-b后，中控装置接收到光电传感器的电流大小高于x+y，中控装置调控调速电机提升转速，提高送丝速度，并调控调温装置提升温度。
[0012]进一步地，所述主动轮、从动轮与丝锟处在同一条直线上。
[0013]进一步地，自动送丝组件还包括从动轮压紧机构，所述从动轮压紧机构固定在真空腔室内壁底部，所述从动轮固定在从动轮压紧机构上。
[0014]进一步地，所述从动轮压紧机构包括压紧板与调节螺钉，所述压紧板通过调节螺钉固定在真空腔室内部底部。
[0015]进一步地,所述卡槽内径调节范围在0.5mnT5mm。
[0016]进一步地，所述蒸镀单元为蒸镀坩埚；所述动力单元包括调速电机。
[0017]本发明的有益效果:通过调速电机提供动力，可持续进行送丝，实现连续镀膜。节省了很多时间、人力和物力。并通过感控装置，可实现自动控制连续镀膜的稳定性及连续性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明涉及一种用于连续真空蒸镀的自动送料装置的主视图；
图2是本发明涉及一种用于连续真空蒸镀的自动送料装置的左视图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
[0021]下面结合附图和具体实施方法对本发明作进一步详细地描述。
[0022]如图1、图2所示，本发明是一种用于连续真空蒸镀的自动送料装置，所述自动送料装置包括真空腔室、自动送丝组件、动力单元及磁流体密封轴7。自动送丝组件包括主动轮2、从动轮3、从动轮压紧机构4、丝锟5、丝锟固定轴6、送丝导向器8及蒸镀单元蒸发坩埚9 ;动力单元包括调速电机I。
[0023]上述磁流体密封轴7作为真空腔室的密封装置，保证真空腔室内部在工作时处于真空状态，同时作为连接自动送丝组件与动力单元的设备，磁流体密封轴7 —端置于真空腔室内，与自动送丝组件中的主动轮2相连，另一端置于真空腔室外，与动力单元调速单元I相连，上述磁流体密封轴7、主动轮2与调速单元I的中心轴在一条直线上，贯穿真空腔室内部与外部，上述调速电机I位于真空腔室外部作为自动送料装置的动力源，上述调速电机I提供的电动驱动力由上述磁流体密封轴7传递给位于真空腔室内部的主动轮2。
[0024]获得电动驱动力的上述主动轮2旋转工作，位于真空腔室内部的从动轮3固定在上述从动轮压紧机构4上，上述从动轮压紧机构4由调节螺钉、压紧板组成，压紧板设有调节螺钉卡槽，通过调节螺钉将压紧板固定在真空腔室内部的底部，通过调节调节螺钉可以升降压紧板，从动轮3固定在压紧板上部，从动轮3将随着压紧板的升降而升降，上述从动轮3与上述主动轮2啮合，主动轮2与从动轮3啮合位置中心处有卡槽，通过调节调节螺钉升降压紧板从而调节从动轮3与主动轮2的啮合，可以改变卡槽的内径大小，卡槽内径大小调节的范围在0.5mm与5mm之间,卡槽作为蒸发丝材的出丝口，通过调节卡槽的内径获得需要的蒸发丝材的直径。
[0025]蒸镀过程成需要的蒸发丝材缠绕在上述丝锟5上，蒸发丝材缠绕量根据实际蒸镀需要而定，由于蒸发丝材缠绕在上述丝锟5上，所占体积少，可以通过上述丝锟5存储大量的蒸发丝材，将缠好的丝锟5固定在上述丝锟固定轴6上，丝锟固定轴6安装在真空腔室内部的一侧，与上述送丝导向器8固定面是相互垂直的，但不限于上述位置，上述主动轮2、从动轮3与丝锟5的中心轴在一条直线上。
[0026]上述从动轮3与上丝锟5没有动力源，获得动力源的主动轮2与从动轮3啮合，主动轮2将带动从动轮3旋转，蒸发丝材位于主动轮2与从动轮3啮合位置中心的卡槽内，通过摩擦力，蒸发丝材将一定的速度从卡槽出丝，蒸发丝材出丝将带动上述丝锟5的旋转，使得丝锟5源源不断传输蒸发丝材，从卡槽出来的蒸发丝材通过上述送丝导向器8传输到上述蒸发坩埚9进行蒸镀。上述蒸发坩埚9安装在真空腔室内部底侧，与上述从动轮压紧机构4在一侧。蒸发丝材的送丝速率由主动轮2的旋转速度确定，上述主动轮2的旋转速度由上述调速电机I的功率确定，通过设置调速电机I的功率确定主动轮2的旋转速度，从而确定蒸发丝材的送丝速率，送丝速率的范围在lmm/min与200mm/min之间。
[0027]上述调速电机I开启工作状态之前，首先确定需要蒸镀的蒸发丝材量，并将蒸发丝材缠绕在上述丝锟5上，缠好的丝锟5固定在上述丝锟固定轴6上。闭合真空腔室，根据要求的真空腔室的真空度，对真空腔室抽空，保证真空腔室的真空度为规定的数值。根据蒸发丝材的蒸发温度，对真空腔室进行加热。上述磁流体密封轴7是真空腔室的密封装置，同时作为连接自动送丝组件与动力单元的设备。磁流体密封轴7 —端置于真空腔室内，与自动送丝组件中的主动轮2相连，另一端置于真空腔室外，与动力单元调速单元I相连。
[0028]当真空腔室的条件满足蒸镀要求，将开启上述调速电机I的工作模式，根据已知的朗廖尔蒸发公式计算出蒸发丝材的蒸发速率，本发明还具有中控装置及调温装置，所述中控装置连接调速电机及调温装置，中控装置将调节调速电机I的功率，从而确定蒸发丝材的送丝速率，在蒸镀过程中，对蒸镀层的厚度、蒸镀面积有要求，在上述蒸发坩埚9还装有一感控装置，所述感控装置具体为一光电传感器及发光源，所述发光源与光电传感器分置于被镀膜设备的两侧，发光源发出光，光电传感器接收光，其中发光源发出的光部分被镀膜设备上已经镀好的膜所遮挡，所述在连续镀膜时，当膜厚度不均匀时候，光电传感器接收的光照会发生变化，导致光电传感器由光信号转换得到的电流信号亦发生变化，光电传感器连接中空装置，当蒸镀层的厚度超过一定的阈值，光电传感器将把相关数值反馈给中控装置，中控装置根据反馈的数值调节调速电机I的功率，从而调节送丝速率。
[0029]具体为所需镀膜厚度为a，当厚度在a±b之间，属于允许变化范围内，是使用者感触不到厚度变化的情况，及对应镀膜厚度为a时候，对应的电流大小为X，厚度在a+b时候，光电传感器接收的光照变少，电流大小为x_y，一旦厚度超过a+b后，中控装置接收到光电传感器的电流大小低于x-y，中控装置立马调控调速电机转速降低，并降低温度，降低送丝速度，减少蒸镀量，实现降低镀膜厚度。
[0030]当厚度在a-b时候，光电传感器接收的光照变多，电流大小增减为x+y。一旦厚度低于a-b后，中控装置接收到光电传感器的电流大小高于x+y，中控装置立马调控调速电机提升转速，提高送丝速度，并提升温度，增加蒸镀量，实现增加镀膜厚度。
[0031 ] 调速电机I的动力源通过上述磁流体密封轴7传递给真空腔室内的主动轮2，上述主动轮2与从动轮3相互啮合，啮合位置的中心有卡槽，卡槽为蒸发丝材的出丝口，通过调节上述从动轮压紧机构4调节卡槽的大小，根据蒸发丝材要求的直径调节卡槽。获得动力源的主动轮2带动从动轮3旋转，由上述丝锟5引出的蒸发丝材通过主动轮2与从动轮3相互啮合的中心位置的卡槽出出丝，蒸发丝材由于摩擦力的驱动力下，将带动丝锟旋转，将源源不断的送丝。从卡槽出出来的蒸发丝材通过上述送丝导向器8传输到上述蒸发坩埚9进行蒸镀。蒸镀结束后调速电机I停止工作。
[0032]下面结合附图和上述对本发明进行的连接关系的描述对本发明涉及的一种自动送料装置的工作流程图作进一步详细地描述。
[0033]首先确定相关参数(坩埚蒸发面积、蒸发丝材的直径、镀膜真空度、蒸发温度及蒸发速度)。将需要的蒸镀的蒸发丝材缠绕在丝锟上，并固定丝锟固定轴上。
[0034]调节主动轮与从动轮相互啮合中心是出的卡槽，通过从动轮压紧机构调节卡槽的大小。
[0035]封闭真空腔室，根据镀膜真空度抽空真空腔室。
[0036]根据蒸发温度，加热真空腔室。
[0037]开启调速电机的工作模式，根据蒸发速率，调节调速电机的功率。
[0038]主动轮旋转，带动从动轮工作，将从卡槽出来的蒸发丝材通过送丝导向器传输到蒸发坩埚去进行蒸发蒸镀。
[0039]蒸镀结束，调速电机结束工作。
[0040]下面根据具体的实施例说明本发明一种用于连续真空蒸镀的自动送料装置。
[0041]实施例1
使用本发明一种连续真空蒸镀的自动送料装置为一批钢板加镀锌铝防护膜，分别使用两组自动送料装置输送锌丝和铝丝至两个坩埚，锌丝的直径为2mm，送丝速率设置为5mm/min ;铝丝的直径为1mm，送丝速率为2mm/min，镀膜真空度5.0X 10_3Pa，锌丝蒸发温度为500°C，铝蒸发温度为700°C。通过朗廖尔蒸发公式算出铝锌蒸发速率分别为0.23g/cm2.S、0.124g/cm2.s，然后计算计算铝、锌蒸发体积速率-M:6.47 X lO-W/s，招:9.18X10_2cm3/S。蒸发面积控制在12.68cm2 ;最后根据锌、铝丝截面积计算送丝速率:锌为123.8cm/min,铝为456cm/min。根据以上参数，首先将需要锌丝与铝丝分别缠绕在上述两组自动送料装置的丝锟上；分别调节两个真空腔室内的真空度与真空腔室内的温度；分别调节两组自动送料装置的从动轮压紧机构8，从而设置上述两组自动送料装置中主动轮2与从动轮3之间的啮合程度，使得经过主动轮2与从动轮3啮合形成的卡槽出来的锌丝和铝丝的直径分别为2mm和1mm。为了保证上述两组自动送料装置规定的送丝速率，分别调节上述两组自动送料装置的调控电机1，上述调控电机I作为自动送料装备的动力源，通过调节调控电机I的功率提供不同的动力，通过磁流体密封轴7带动上述主从轮2工作，根据上述两组自动送料装置需要的送丝速率，调节上述两组自动送料装置里的调速电机I的工作功率。通过上述两组自动送料装置的主动轮2与从动轮3啮合形成的出丝口出来的蒸发丝材是符合蒸镀要求的直径的和送丝速率，将处理过的蒸发丝材通过上述送丝导向器8分别传输到蒸发坩埚9进行蒸镀，时两种原料的蒸发速率和送丝速率刚好匹配，设备能够在钢板表面连续、均匀地沉积Al体积分数约为10%的锌铝合金薄膜。
[0042]实施例2
使用连续真空蒸镀设备为塑料布表面镀制金属化电极铜。与实施例1不同的是，本实施例只需要一个自动送料装置，蒸发丝材为铜，蒸发面积为5cm2，选择铜丝直径2mm，镀膜真空度8.0 X 1-4Pa,设定铜蒸发温度1200°C，结合坩埚蒸发面积可计算坩埚蒸发处的质量速率:3.04X 10_2g/s。具体操作过程与实施例1相同。
【权利要求】
1.一种用于连续真空蒸镀的自动送料装置，所述自动送料装置包括真空腔室，其特征在于:还包括固定在真空腔室外部的动力单元及固定在真空腔室内部的自动送丝组件，所述动力单元与自动送丝组件通过磁流体密封轴连接； 其中自动送丝组件包括主动轮、从动轮、丝锟、送丝导向器及蒸镀单元。
2.根据权利要求1所述自动送料装置，其特征在于，所述磁流体密封轴的一端置于真空腔室内，并连接自动送丝组件，所述磁流体密封轴另一端置于真空腔室外部，并连接动力单元。
3.根据权利要求2所述的自动送料装置，其特征在于，所述主动轮固定连接在磁流体密封轴的一端上，所述从动轮固定在真空腔室内壁上，并与主动轮相互啮合，啮合处中心设有一卡槽，所述丝锟处于主动轮上方，所述送丝导向器固定在真空腔室内壁上，并所述送丝导向器一端位置对应卡槽，另一端位置对应蒸镀单元。
4.根据权利要求3所述的自动送料装置，其特征在于，所述自动送料装置还包括一中控装置、调温装置及感控装置，所述感控装置包括发光源与光电传感器，所述发光源与光电传感器分置于被镀膜设备两侧，所述被镀膜设备置于蒸镀单元上方，所述调温装置、光电传感器及动力单元均连接在中装置上。
5.根据权利要求4所述的自动送料装置，其特征在于，所述镀膜厚度为a时候，对应光电传感器的电流大小为X，厚度在a+b时候，光电传感器接收的光照变少，电流大小为x_y，厚度超过a+b后，中控装置接收到光电传感器的电流大小低于χ-y，中控装置调控调速电机转速降低，并调控调温装置降低温度； 当厚度在a-b时候，光电传感器接收的光照变多，电流大小增减为x+y，一旦厚度低于a-b后，中控装置接收到光电传感器的电流大小高于x+y，中控装置调控调速电机提升转速，提高送丝速度，并调控调温装置提升温度。
6.根据权利要求3所述自动送料装置，其特征在于，所述主动轮、从动轮与丝锟处在同一条直线上。
7.根据权利要求3所述自动送料装置，其特征在于，自动送丝组件还包括从动轮压紧机构，所述从动轮压紧机构固定在真空腔室内壁底部，所述从动轮固定在从动轮压紧机构上。
8.根据权利要求7所述的自动送料装置，其特征在于，所述从动轮压紧机构包括压紧板与调节螺钉，所述压紧板通过调节螺钉固定在真空腔室内部底部。
9.根据权利要求3所述自动送料装置，其特征在于，所述卡槽内径调节范围在0.5mm?5mm。
10.根据权利要求1所述的自动送料装置，其特征在于，所述蒸镀单元为蒸镀坩埚；所述动力单元包括调速电机。
【文档编号】C23C14/56GK104388909SQ201410768343
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】施戈, 彭建, 陈良贤 申请人:北京泰科诺科技有限公司