CN101768726B - 一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于板式太阳能中的太阳能选择性吸收涂层的连续镀膜设备。一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置，包括放卷室、收卷室、张力控制室、预处理室、工艺室组成，放卷室和收卷室分别位于设备的首末两端，放卷室和收卷室分别与一个张力控制室连接，放卷室一端的张力控制室连接有预处理室，预处理室和收卷室一端的张力控制室之间设置有至少一个工艺室，放卷室、收卷室的一端及张力控制室、预处理室、工艺室的两端均设置有相同规格的法兰盘，通过法兰盘依次连接放卷室、收卷室、张力控制室、预处理室、工艺室为一体。本发明可以提供一种长时间持续镀制太阳能选择性涂层的专用镀膜设备，该设备具有生产效率高，质量稳定和膜层性能优异的优点。

Description

一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置

[0002]技术领域

   本发明属于板式太阳能中的太阳能选择性吸收涂层的连续镀膜设备，属于太阳能热利用领域，尤其可以持续不间断在金属带卷上镀制选择性镀膜涂层的专用生产设备。

[0004]背景技术

[0005] 太阳能热水器就是吸收太阳的辐射热能，加热冷水提供给人们在生活、生产中使用的节能设备。它是我国太阳能热利用中最为成熟和最为先进的产品。为百姓提供环保、安全、节能、卫生的新型热水器产品。我过前些年的太阳能热水器主要是以真空管太阳能热水器为主，但是真空管太阳能热水气只时候使用在小型独立使用的太阳能热水器中。随着太阳能利用的不断进步，现在一些大型太阳能热水器多采用平板式太阳能热水器，由于这种太阳能热水器中的集热板采用的都是金属板，在坚固耐用方面具有显著的优点，基本可以达到与建造物具有相同的使用寿命。而其中的集热板表面的选择性涂层的镀制质量和性能，是决定整个太阳能设备性能的关键技术。通过对中国专利的查询，中国专利200420077793.6中公开了一种太阳能选择性吸收涂层连续镀膜装置，该装置中是采用在每一个工艺室之前，或者连续镀膜时两个工艺室之间设置一个独立的真空过度装置，这样可以达到独立部件的连续镀制。但是上述的设备在镀制过程中，工件在每一个镀膜之后，都会脱落真空环境之后进入真空过度装置中，这样由于在两次镀制过程中工件在温度和真空条件变化，容易影响镀膜的质量。另外上述的连续镀膜装置只是独立部件的连续镀膜装置，还无法实现对于成卷的金属条带进行长时间连续镀膜生产。随着我国板式太阳能设备应用的普及和扩大。行业中急需一种生产效率高，且产品质量非常稳定的新型镀膜装置。上述的问题长期存在于本行业中，至今没有得到一个非常有效的技术解决方案。

[0006]发明内容

本发明的主要目的是提供一种长时间持续镀制太阳能选择性涂层的专用镀膜设备，该设备具有生产效率高，质量稳定和膜层性能优异的优点。

为了达到上述的技术目的，本发明采用的技术解决方案包括以下技术内容：一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置，包括放卷室、收卷室、张力控制室、预处理室、工艺室组成，放卷室和收卷室分别位于设备的首末两端，放卷室和收卷室分别与一个张力控制室连接，放卷室一端的张力控制室连接有预处理室，预处理室和收卷室一端的张力控制室之间设置有至少一个工艺室，上述的放卷室、收卷室的一端及张力控制室、预处理室、工艺室的两端均设置有相同规格的法兰盘，并通过法兰盘依次连接上述放卷室、收卷室、张力控制室、预处理室、工艺室为一体，所述的放卷室、张力控制室、预处理室、工艺室、收卷室均为真空室，所述的放卷室、张力控制室、预处理室、工艺室、收卷室中均设有传输使用的辊。

所述的放卷室中设置有低温吸附阱，一般低温吸附阱设置为-120℃深冷阱，其中部设置有放置被镀膜带材的辊、放卷室内腔与真空***如扩散泵等真空泵连接。

所述的收卷室同样设有放置带材的收卷辊，收卷室内腔与真空***如扩散泵等真空泵连接。

所述的两个张力控制室中内腔连接有真空***如扩散泵等真空泵，且其内腔中水平设置有由三个辊构成的三角形张力控制装置。

所述的预处理室中设置有离子源，其空腔中连接真空***如分子泵等真空泵。

所述的工艺室中设置有一组中频靶，其中设置有三个辊，中频靶围绕中部的主辊布置，以便做磁控溅射时靶材材料均匀溅射到待镀的材料带材表面，中部的主辊是水冷辊，便于通过水冷调节镀膜工艺所需要的稳定温度，工艺室分为上下两个腔体，用隔离板隔开，分别连接单独的真空***（如分子泵***），分别抽真空，并且控制不同的真空度，防止上下室的反应气体相串，所述的一组中频靶主要是根据产品工艺进行调整，如果需要镀制的膜层的厚度薄，那么只使用一个中频靶就可以满足镀制工艺的要求，如果镀制的膜层的厚度较厚，则需要设置两个三个甚至更多的中频靶。

所述的工艺室为一个以上，可以根据不同的工艺要求，镀三层膜或四层膜，以四个工艺室镀三层膜为例，第一个室中的一组中频靶为不锈钢靶，溅射金属过渡层，调节真空度为10^-4Pa，电压480V，以提高待镀带材表面结合力和抗腐蚀性能；第二个室中的一组中频靶为铝靶，通氮气进行反应溅射，溅射室内气压保持在0.5Pa--1×10^-1Pa，电压400V；第三个室中的一组中频靶也为铝靶，气压保持在0.5×10^-1Pa，电压380V同样通氮气进行反应溅射，通过控制第三和第二室不同的气压获得不同的金属体积比的膜层，从而获得具有一定光谱特性的薄膜，该膜层对可见光具有选择性吸收性能；第四个室中的一组中频靶用铝靶，通氧气进行反应溅射，在第二和第三层膜上镀一层减反射膜，同时该膜层还有防腐作用，提高膜层的耐候性。

所述的末端张力控制室和工艺室之间设置有检测纠偏室，其中设置有太阳吸收率和发射率的多点连续检测设备和输送带材的辊及动力总成。

所述的放卷室、收卷室、张力控制室、预处理室、多个工艺室两端至少有一端设置有隔离板，该隔离板全部或者至少接触部分使用弹性的材料制成，一对隔离板对置的缝隙由弹性材料密闭，该缝隙与带材通过位置相应且带材由缝隙中通过。

由于本发明采用了上述的技术解决方案，所具有以下积极的技术效果和优点：首先本发明通过采用了在镀膜工艺过程中涉及到的设备，均采用标准化的法兰盘进行连接，使得上述的生产设备具备了可组合的性能，这样可以是上述的设备可以方便的改动，以满足各种不同的镀膜工艺过程，这种结构可以明细的增加设备的适应能力；另外本发明通过在放卷室中设置低温吸附阱的结构，配合使用扩散泵和承重能力强的辊，使得上述的成卷铜带或者铝带得到了预先质量，为后续工艺提供了良好的工艺条件；本发明通过在多个真空室两端设置张力控制室，使得工艺室中的金属条带的张力得到良好的控制，使条带以最佳的状态进入上述的工艺室；本发明中通过在多个工艺室中设置隔离板的结构，为本发明中的关键技术特点，通过隔离板的设置将工艺室分隔成上下两个部分，而条带由工艺室的下发进入每一个工艺室中，这是在每一个工艺室的上下分别使用分子泵抽气，可以有效的防止工艺室的气体窜气，保证个工艺室中形成的工艺条件，采用这种结构的工艺室，可以使上下两个工艺室具有不同的气压，而工艺室上面气压只有零点几帕，下面气压有     10^-2帕，有两个数量级的质差，因此可以保证上下不会窜气，带材从下部进出工艺室，因上部的工作气体在压差的作用下，不会窜到下面，这样也就保证了左右不同的工艺室之间不会窜气；本发明中在工艺室中所使用的辊均为水冷辊，采用水冷辊可以通过控制辊的温度，达到控制带材温度的作用，这样可以将离子轰击带材表面所产生的热量通过水冷辊使其控制到最佳的平衡工作温度；最后在上述的多个工艺室末端设置有检测纠偏室，在上述带材完成镀膜之后，立即进行太阳能吸收率和发射率检测，当检测结果产生偏差的时候，可以根据上述的检测结果，及时调整工艺室中的工作条件或者带材的输送速度，使带材的镀膜质量得到有效的保证。

总之，本发明通过采用上述的一系列合理的设计，提供了一种可以连续不间断对成卷带材镀制太阳能选择性涂层的新型镀制设备，该设备可以根据实时对镀膜的质量检测结合动态的工艺条件控制，不但大幅提高了生产效率，同时也使上述的镀膜涂层的质量得到非常有效的保证。

【附图说明】

图1A和图1B为本发明的连续镀膜装置的结构示意图。

【具体实施方式】

   下一步结合附图对本发明进行进一步的说明：

本发明是针对板式太阳能集热器中使用的集热板表面上镀制的选择性吸收涂层的专用设备，该设备主要的优点是一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置，在针对大型的卷状带材进行长时间的持续镀膜工作，可以大幅提高镀膜的生产效率，降低生产成本和提高镀膜质量的优。如图1A和图1B所示，包括放卷室1、收卷室2、张力控制室3、预处理室4、工艺室5组成生产线，放卷室1和收卷室2分别位于设备的首末两端，主要的功能是用于放置和收取金属带材，常用的带材为厚度在零点几毫米的铜带或者铝带。放卷室1和收卷室2分别与一个张力控制室3连接，放卷室1一端的张力控制室3连接有预处理室4，预处理室4是在镀膜之前去除带材表面的杂质，提高镀层的附着力。预处理室4和收卷室2一端的张力控制室3之间设置有至少一个工艺室5，这些工艺室5设置的数量与镀膜的工艺和镀制的可选择性涂层的材质和构成有关，即根据镀层的层数和工艺采用不同数量的工艺室5。本发明的设计思路是采用模块化设计，所以上述的设备均具有统一的标准法兰盘6连接端，这样在生产过程中可以根据使用产品镀膜工艺方便的进行设备调整。所以在放卷室1、收卷室2的一端及张力控制室3、预处理室4、工艺室5的两端均设置有相同规格的法兰盘6，并通过法兰盘6依次连接上述放卷室1、收卷室2、张力控制室3、预处理室4、工艺室5为一体，所述的放卷室1、张力控制室3、预处理室4、工艺室5、收卷室2均为真空室，所述的放卷室1、张力控制室3、预处理室4、工艺室5、收卷室2中均设有传输使用的辊9。通过上述的多个不同功能的独立工作室进行组合，即构成本发明的连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置。

下面针对每一工作室进行详细的说明：

所述的放卷室1中部安装的是放置带材8的辊11，其在放卷室1内还安装有低温吸附阱，以便形成-120度的温度的真空环境，在这样的工作环境下，有助于吸附带材上的气体，从而减少进入之后工艺室中的气体，使工艺室5中具有更好的镀膜环境。在上述放卷室1的一侧，设置有通过双阀连接的罗茨泵，也可以使用扩散泵等其他真空泵，用于形成放卷室1中的真空环境。另外上述的辊11上 还连接有驱动辊转动的驱动电机，在放卷室中可以不设置驱动电机，而通过收卷室中的驱动电机拉动带材来实现放卷过程。其一端的出口处设置有隔离板10，该隔离板10全部或者至少接触部分使用弹性的材料制成，一对隔离板10对置的缝隙由弹性材料密闭，该缝隙与带材8通过位置相应且带材8由缝隙中通过。为了使带材8的输送方向于上述的缝隙方向水平，在带材8放置的辊的一侧设置有用于调整带材8方向的辊11。

所述的收卷室2结构于放卷室1结构基本相同，只是其中不需要设置低温吸附阱，因为已经经过镀膜工艺之后，成膜之后的带材没有必要进行吸附处理，另外在收卷室中设置有驱动电机及变速装置，该驱动电机用于驱动收卷室2中的辊转动并带动带材运动，需要注意的是该电机应该可以调整转速，因为带材8镀膜的过程，需要上述的带材8具有恒定的线速度。

所述的两个张力控制室3中内腔连接有扩散泵，该扩散泵设置在张力控制室3的一侧，用于使张力控制室3中形成真空环境。其两端设置有与放卷室2等统一规格的法兰盘6，至少一个法兰盘6内设置有隔离板10。张力控制室3的其内腔中水平设置有由三个辊9构成的三角张力控制装置。

所述的预处理室4中设置有离子源及电源，真空室并抽真空后，在预处理室4中通入Ar气，开靶极电源，加阴极电压350V-500V电离Ar气，利用Ar在电场作用下获得动能加速撞击靶面，使靶面原子溅射出来并沉积在基片表面实现薄膜沉积，同时靶材背面磁场束缚电子，增加电子碰撞几率，提高高化率。其空腔中设置有分子泵，以便形成真空环境，同样在预处理室4的两端，设置有统一规格的法兰盘6。预处理室4中的离子源及电源一般设置在预处理室4的上方中部，其中部为直径较粗的主辊11，主辊11的两侧设置有用于调整条带方向的辊9。

所述的工艺室5中设置有一组中频靶12，工艺室5其中设置有三个辊，设置在中部的为做为镀制过程主要工作面的主辊11，其两侧是调整条带方向的辊9。主辊11的直径要比较粗大，使其表面比较宽阔，以便中频靶12进行膜层的镀制。中频靶12位于位于中部的主辊11的上方，在本发明中采用的是对应设置一组中频靶12，中频靶12的设置为一个以上，而设置的数量与工艺的要求有关，如果需要镀制的膜层很厚，则需要使用更多的中频靶12。其空腔中设置有分子泵。需要说明的是在工艺室5中的辊为水冷辊9。由于在镀膜过程中，离子轰击金属表面的时候会产生热量，所以在辊9中通入冷水进行水冷可以平衡控制带材8的温度，另外由于本发明中的连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置采用的连续工作的方式，一次镀膜至少在20个小时以上，采用水冷辊9是必须的温度控制手段。同前一个工作室一样工艺室5的两端也设置统一规格的标准法兰盘6，其内侧设置有隔离板10，这个隔离板10的作用主要是隔离各个工艺室之间的空气，放置工艺室之间窜气。

另外在所述的工艺室5中部设有工艺室隔离板10将工艺室5分隔成上下两个气室，该隔离板10为平板形状，且为两个相对设置将工艺室5分隔成两个独立腔体，该隔离板10全部或者至少接触部分使用弹性的材料制成，一对隔离板10对置的缝隙由弹性材料密闭，该缝隙与带材8通过位置相应且带材由缝隙中通过，上述的镀制带材8的入口在工艺室5的下方。其中上下两个腔体中分别设置有分子泵，使上述两个腔体中形成不同的真空度的环境。工艺室5中的要求是上下不能窜气，各个工艺室5之间左右也不能窜气，。通过在工艺室5上下两个气体中使用分子泵形成不同的真空环境，一般上面为零点几帕，下面为10^-2-10^-3帕，有两个数量级的质差，保证了两个腔体中不会窜气，同时如图1A和图1B所示，带材8从下部进出，因上部的工作气体在压差的作用下不会窜到下面，这样也就保证了左右不会窜气。

本发明中的一个关键的结构就是隔离板10的设置，通过在工艺室腔体内设隔离板10，在不同的工作室之间设置隔离板10，可以保证在整个生产线中形成多个相对独立，且真空度不同的独立腔体，满足镀制过程中不同要求的工艺条件。

所述的末端张力控制室3和工艺室5之间设置有检测纠偏室13，其中设置有太阳吸收率和发射率检测设备，检测纠偏室中设置有四个辊9，以便使其上部的带材处于水平状态，便于设备进行检测，上述的检测纠偏室13的作用主要是对镀制完成的带材进行太阳能吸收率和发射率的在线检测，当上述的技术指标发射偏离之后，及时调整工艺室5中的技术参数，保证带材8的镀膜质量。

在本发明中采用具有四个工艺室为例。对整个连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置进行说明，所有独立的各个工作室是根据生产工艺设置的，在本例子中，第一个为放卷室1，一侧为张力控制室3、预处理室4、四个工艺室5、检测纠偏室13、张力控制室3、最后是收卷室2。这些工作室之间通过法兰盘6进行连接，法兰盘6之间设置密封圈来保证密封性能。第一个中的两个中频靶12分别为不锈钢中频靶和Mo中频靶，这个工艺室5中主要负责镀制金属衬底，调节真空度为10^-4Pa，电压480V，以提高待镀带材表面结合力和抗腐蚀性能；第二个中的两个中频靶12均设置为铝中频靶，主要是用铝做反应溅射，做三氧化二铝通氮气进行反应溅射，溅射室内气压保持在0.5Pa--1×10^-1Pa，电压400V；第三个中同样设置两个铝中频靶12，做反应溅射，Al、O_2，气压保持在0.5×10^-1Pa，电压380V同样通氮气进行反应溅射，通过控制第三和第二室不同的气压获得不同的金属体积比的膜层，从而获得具有一定光谱特性的薄膜，该膜层对可见光具有选择性吸收性能；第四个中为铝中频靶。用于镀制Al₃O₂保护陶瓷层，通氧气进行反应溅射，在第二和第三层膜上镀一层减反射膜，同时该膜层还有防腐作用，提高膜层耐候性。上述的设备适合镀制两种膜系，第一种如上面介绍，第二种膜系是干涉吸收型的吸收膜，就是用低金属体积比的干涉吸收膜，即在Al₃O₂膜层里，镶嵌金属粒子。

上述描述只能被看作是较佳实施例。本技术领域中的那些熟练技术人员以及那些制造或使用本发明的人通过本专利中的提示内容，可以不需创造性工作，即可得知本发明的其它多种变化型式。因此，要理解的是，上述图示实施例仅仅是作示范用的，它并不会对本发明的范围构成限制，本发明的范围根据专利法的原则、包括等效物的原则所解释的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置，包括放卷室、收卷室、张力控制室、预处理室、工艺室，其特征在于：放卷室和收卷室分别位于设备的首末两端，放卷室和收卷室分别与一个张力控制室连接，放卷室一端的张力控制室连接有预处理室，预处理室和收卷室一端的张力控制室之间设置有至少一个工艺室，上述的放卷室、收卷室的一端及张力控制室、预处理室、工艺室的两端均设置有相同规格的法兰盘，并通过法兰盘依次连接上述放卷室、收卷室、张力控制室、预处理室、工艺室为一体，所述的放卷室、张力控制室、预处理室、工艺室、收卷室均为真空室，所述的放卷室、张力控制室、预处理室、工艺室、收卷室中均设有传输使用的辊，所述的工艺室中部设有工艺室隔离板将工艺室分隔成上下两个室，该隔离板为平板形状，所述的隔离板设置为三个，位于带材中部的一个隔离板和带材两侧的两个隔离板相互配合，形成两条由弹性材料闭合的缝隙，该隔离板全部或者至少接触部分使用柔软的弹性的材料制成，一对隔离板对置的缝隙由柔软的弹性材料封闭，该缝隙与带材通过位置相应且带材由缝隙中通过，上述的镀制带材的入口在工艺室的下方，带材接触隔板处有柔性材料，防止膜层划伤，所述的放卷室、收卷室、张力控制室、预处理室、多个工艺室两端至少有一端设置有隔离板，该隔离板全部或者至少接触部分使用柔性的弹性的材料制成，一对隔离板对置的缝隙由弹性材料密闭，该缝隙与带材通过位置相应且带材由缝隙中通过。

2.根据权利要求1所述的一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置，其特征在于:所述的放卷室中设置有低温吸附阱，其中部设置有放置被镀膜带材的辊、放卷室内腔与真空***即真空泵连接。

3.根据权利要求1所述的一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置，其特征在于:所述的收卷室设有放置带材的收卷辊，收卷室内腔与真空***即真空泵连接。

4.根据权利要求1所述的一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置，其特征在于:所述的两个张力控制室中内腔连接真空***即真空泵连接,且其内腔中水平设置有由三个辊构成的三角形张力控制装置。

5.根据权利要求1所述的一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置，其特征在于:所述的预处理室中设置有离子源，其空腔中连接真空***即真空泵连接。

6.根据权利要求1所述的一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置，其特征在于:所述的工艺室中设置有一组中频靶，其中设置有三个辊，中频靶位于位于中部的主辊的上方，其空腔中连接真空***即真空泵连接，且设置在其中的辊为水冷辊。

7.根据权利要求1所述的一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置，其特征在于:所述的工艺室为一个以上，可以根据所镀膜层的不同，任意调整工艺室的个数，满足镀制不同膜层的工艺需求。

8.根据权利要求7所述的一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置，其特征在于:所述的工艺室最好采用四个工艺室，其中第一个室中的中频靶分别为不锈钢靶或钼靶；第二个室中的中频靶均设置为铝靶；第三个室中同样设置铝靶；第四个室中同样为铝靶。

9.根据权利要求1所述的一种连续卷绕式磁控溅射真空镀膜装置，其特征在于:所述的末端张力控制室和工艺室之间设置有检测纠偏室，其中设置有太阳吸收率和发射率多点连续检测设备和校正带材走偏的装置以及输送带材的辊。

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