【正文】 TFT、 PDP平面顯示器上的導(dǎo)電膜和增透膜；在建筑、汽車行業(yè)上應(yīng)用的玻璃鍍膜和裝飾膜；在包裝領(lǐng)域用防護(hù)膜、阻隔膜；在裝飾材料上具有各種功能裝飾效果的功能膜；在工、模具上應(yīng)用的耐磨超硬膜：在納米材料研究方面的各種功能性薄膜等等都是在真空鍍膜技術(shù)及設(shè)備在廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上得到的不斷發(fā)展的領(lǐng)域 。因此國(guó)外在鋼鐵零件涂覆防腐層和保護(hù)膜方面，已采用真空鍍膜工藝來(lái)替代電鍍工藝，在冶金工業(yè)中，為鋼板和鋼帶加鍍鋁防護(hù)層已很普遍。本次設(shè)計(jì)的研究對(duì)象是對(duì)鍍膜產(chǎn)品膜厚的控制，在給出合理的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)保證鍍膜均勻性的同時(shí)，保持基片架和蒸發(fā)源的相對(duì)位置，利用可逆同步電機(jī)控制各個(gè)部位的擋板，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制基片蒸鍍的時(shí)間，從而得到不同膜厚的基片。在文中不僅列出了鍍膜設(shè)備中使用的幾種常用樣品架，還介紹了幾種新型的樣品架。用真空鍍膜技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電鍍工藝，不但能節(jié)省大量的膜材和降低能耗，而且還會(huì)消除濕法鍍膜中所產(chǎn)生的環(huán)境污染 。而作為室內(nèi)熱源的紅外輻射又不能通過(guò)玻璃輻射出去，這在高緯度地區(qū)也可以達(dá)到保溫節(jié)能的目的。但機(jī)遇也伴隨競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)降臨，主要的機(jī)遇在于中國(guó)入世后將逐步 成為世界各經(jīng)濟(jì)國(guó)的加工基地，同時(shí)設(shè)備制造的國(guó)際性優(yōu)質(zhì)配件的采購(gòu)也將更容易，采購(gòu)成本也會(huì)降低，國(guó)產(chǎn)設(shè)備的品質(zhì)會(huì)得到大幅度的提高。我們國(guó)內(nèi)的鍍膜設(shè)備研發(fā)的創(chuàng)新意識(shí)還不夠， 國(guó)內(nèi)真空鍍膜設(shè)備的生產(chǎn) 廠家，主要考慮的是國(guó)內(nèi)的中、低端市場(chǎng)，常常受用戶給出的低價(jià)格所迫，以犧牲設(shè)備的性能和可靠性來(lái)贏得市場(chǎng)，而生產(chǎn)廠家也缺乏對(duì)設(shè)備研制的能付諸于實(shí)施的中長(zhǎng)期規(guī)劃。 可是我們國(guó)內(nèi)在真空鍍膜技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用上也有很多明顯的優(yōu)勢(shì)。還有研制和制造成本上的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)的主要真空鍍膜設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，同國(guó)外廠家相比都具備低的人工成本和低的加工設(shè)備和工 作場(chǎng)地的租金成本 (或資產(chǎn)占用費(fèi) )，這也許是國(guó)外許多同類企業(yè)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。 蒸發(fā)物質(zhì)如金屬、化合物等置于坩堝內(nèi)或掛在熱絲上作為蒸發(fā)源，待鍍 工件 ，如金屬、陶瓷、塑料等基片置于坩堝前方。膜厚決定于蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率和時(shí)間（或決定于裝料量），并與源和基片的距離有關(guān)。 蒸發(fā)源有三種類型。生長(zhǎng)摻雜的 GaAlAs 單晶層的分子束外延裝置如圖 2[ 分子束外延裝置示意圖 ]。分子束外延法廣泛用于制造各種光集成器件和各種超晶格結(jié)構(gòu)薄膜 . 課題研究背景 在鍍膜的過(guò)程中，真空鍍膜系統(tǒng)的好壞對(duì)膜的影響非常大。 設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題 本次 設(shè)計(jì)要求提出滿足設(shè)計(jì)要求的方案，然后不同的方案進(jìn)行對(duì)比，選擇 一種最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計(jì) 5 2 設(shè)計(jì)方案的選擇 真空鍍膜樣品架種類 在鍍膜室中用于樣品固定的樣品架有不同的結(jié)構(gòu)。常用工件架有如下幾種： 球面行星傳動(dòng)工件架 這種工件架常用在蒸發(fā)鍍膜設(shè)備中，下面的圖 21(a)是 DMP450 型鍍膜機(jī)球面行星工件架結(jié)構(gòu)圖，球面夾具是 1200 均勻的，一臺(tái)鍍膜機(jī)上有三個(gè)夾具，上面的孔，根據(jù)被鍍零件需要而開(kāi)設(shè)。 工件架的轉(zhuǎn)速應(yīng)選擇得當(dāng)，旋轉(zhuǎn)速度太快時(shí)，蒸鍍效果不好，轉(zhuǎn)速太慢 、 工件架尚未旋轉(zhuǎn)一周 、 蒸發(fā)材料就蒸發(fā)完畢，就不能保證膜的均勻性了。此時(shí)驅(qū)動(dòng)從動(dòng)輪所需的工作圓周力 P 應(yīng)小于兩摩擦輪接處所產(chǎn)生的最大摩擦力 fQ,P≤ fQ。 圖 22 摩擦式傳動(dòng)工件架 （ 1底板 ， 2— 對(duì)稱輪 ， 3— 大摩擦輪 ， 4— 旋轉(zhuǎn)對(duì)架 ， 5— 工件架 ， 6— 主動(dòng)摩擦輪 ） 齒輪傳動(dòng)工件架 齒輪傳動(dòng)工件架應(yīng)用范圍最廣，可用在各種形式的鍍膜機(jī)上。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，制造成本不高。包括：公轉(zhuǎn)磁力轉(zhuǎn)軸、工件架升降機(jī)構(gòu)、自 轉(zhuǎn)磁力轉(zhuǎn)軸、工件架升降平臺(tái)，其中帶有樣品的樣品工件架插裝鍵連合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計(jì) 9 在工件架升降平臺(tái)的中軸支架上，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的自轉(zhuǎn)軸力轉(zhuǎn)軸穿過(guò)工件架升降平臺(tái)通過(guò)自轉(zhuǎn)齒輪與平面樣品工件架安裝在一起，所述工件架升降機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)支架桿依次經(jīng)螺紋鏈接的軸套、波紋套、導(dǎo)向器連接至工件架升降平臺(tái)底部。為了控制厚度的分布 , 首先要找出影響膜厚的主要因素 , 從理論上來(lái)計(jì)算厚度的分布 , 從而在制膜工藝上控制這些因素 , 以達(dá)到預(yù)期的效果。假定蒸發(fā)場(chǎng)的物理性質(zhì)滿足如下條件 : 工作室的氣壓很低 , 足以保證蒸發(fā)物質(zhì)的分子不受到剩余空氣的碰撞而直接到達(dá)襯底表面 , 且立即凝結(jié)。 設(shè)有 M 克物質(zhì)從點(diǎn)源蒸發(fā)后凝結(jié)于半徑為 R 的球殼內(nèi)表面上 , 若點(diǎn)源位于球的中心 , 則球內(nèi)表面上的膜層應(yīng)是均勻的 , 因?yàn)楦飨蛏系奈锢硇再|(zhì)均等。但是 , 如點(diǎn)源蒸發(fā)至平面鏡上 , 如圖 27 所示 , 則膜層厚度的分布就不按 (1) 計(jì)算。 從圖 2 中知 則 ( ) ( ) ( ) ( ) 在 ds2 處的厚度應(yīng)是該處的膜層體積除以面積 ds2 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計(jì) 11 (2) 設(shè)點(diǎn)源至平面的垂直距離為 , 垂線與平面的交點(diǎn)為 0 點(diǎn) , 0 點(diǎn)的厚度 t0。 假設(shè)與表面源的表面法線成 H 角方向上的單位立體角內(nèi)蒸發(fā)物質(zhì)為 dm , 假定有 M 克物質(zhì)完全蒸發(fā)在半球形的內(nèi)表面上 , 則 ( ) 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計(jì) 12 設(shè)一大平面平行于表面源 （ ） ( ) ( ) ( ) ( )(5) 因?yàn)樵?0 點(diǎn) 等于零 , 所以 0 點(diǎn)的厚度 t0, 可用下式表示 , ( ) ( ) 任一點(diǎn)與 0 點(diǎn)厚度之比 ( ) (6) 關(guān)于條狀蒸發(fā)源、圓柱面蒸發(fā)源和環(huán)狀蒸發(fā)源的厚度分布的理論公式可參考文獻(xiàn) [ 3 ]。該系統(tǒng)采用渦輪分子泵 FB600 進(jìn)行抽氣，前級(jí)泵采用 2X8 型機(jī)械泵。在真空室下降后，使用導(dǎo)銷進(jìn)行定位，并使用 O 型密封圈進(jìn)行密封。 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計(jì) 15 樣品架方案 圖 212 樣品架方案圖 根據(jù)薄膜的生成，我們可以知道決定膜厚的因素主要有：蒸發(fā)的速率和時(shí)間（或者取決于裝料量）、基片和源之間的距離。 單源進(jìn)給 圖 214 進(jìn)給機(jī)構(gòu)示意圖 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計(jì) 17 該方案是將蒸發(fā)源設(shè)置在真空室的邊側(cè)，利用步進(jìn)電機(jī)控制樣品架的公轉(zhuǎn)， 再利用擋板對(duì)基片架進(jìn)行遮擋，使得一次只有一個(gè)工位可以蒸鍍。 基片蒸鍍時(shí)間控制 如圖 212 所示， 基片架由焊接 支架固定在真空室上方，通過(guò)小齒輪和大內(nèi)齒圈的嚙合，由電機(jī)帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小齒輪自轉(zhuǎn)，鍍膜工位得以自轉(zhuǎn)，保證其鍍膜均勻性。 基片架的安裝是要先安裝大擋板和支撐軸，再安裝階梯軸上的圓盤，再將軸固定在大齒輪上。按照壁厚計(jì)算公式，圓筒殼體只承受外壓的時(shí)候，按照穩(wěn)定條件，其計(jì)算壁厚為： S . 5D(P Et L D) .4 式中 S 為圓筒計(jì)算壁厚， D 為圓筒內(nèi)徑， P 為外壓設(shè)計(jì)壓力； L 為圓筒計(jì)算長(zhǎng)度；Et為材料溫度為 t 時(shí)的彈性模量（ *10^4MPa）?？偟牧鲗?dǎo)為 管道以及插板閥的串聯(lián)流導(dǎo)。 111113 0 8 .0 9 /eeSCS L sCS???? （ 1） 流導(dǎo)的計(jì)算 選取排氣口管道為直徑 50mm的管道，長(zhǎng)約為 640mm，因?yàn)?分子泵 出口壓力 40Pa，機(jī)械泵進(jìn)口壓力要比 40Pa 低得多，計(jì)算管道中平均壓力 P≈ 20Pa 此時(shí)， D*P=50 103 * 40= 2 Pa*m ＞ *m 所以，管道中為粘滯流。 本次設(shè)計(jì)的樣品架在保證鍍膜的基本要求上，能夠完成特殊的工藝要求，比如能夠在一次鍍膜工藝中獲得不同膜厚的樣品。 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計(jì) 24 謝 辭 經(jīng)過(guò)將近幾個(gè)月的忙碌，我基本上完成了 樣品架的 設(shè)計(jì)?？偟膩?lái)說(shuō)，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)，也深刻體會(huì)到畢業(yè)設(shè)計(jì)這一課在整個(gè)大學(xué)學(xué)習(xí)當(dāng)中的重要性。因此，在這里我衷心地感 謝方 老師。北京 :機(jī)械工業(yè)出版社（ M） ， [4] 張以忱 ，真空 鍍膜設(shè)備。廣州 :華南理工大學(xué)出版社， 2021。杭州 :浙江大學(xué)出版社， 20210