【正文】 的基礎(chǔ)上促進了自行研制和發(fā)展，特別是在 20 世紀(jì) 8090 年代我國的真空鍍膜技術(shù)及設(shè)備都取得了長足合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計 2 的發(fā)展，在一些薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域里甚至得到了跨越式的進展。但機遇也伴隨競爭和挑戰(zhàn)降臨，主要的機遇在于中國入世后將逐步 成為世界各經(jīng)濟國的加工基地，同時設(shè)備制造的國際性優(yōu)質(zhì)配件的采購也將更容易，采購成本也會降低，國產(chǎn)設(shè)備的品質(zhì)會得到大幅度的提高。因此我國真空鍍膜設(shè)備在今后三～五年內(nèi)的主要市場除了國內(nèi)的企業(yè)外，外商投資企業(yè)也是設(shè)備需求新的增長點。我們國內(nèi)的鍍膜設(shè)備研發(fā)的創(chuàng)新意識還不夠， 國內(nèi)真空鍍膜設(shè)備的生產(chǎn) 廠家，主要考慮的是國內(nèi)的中、低端市場，常常受用戶給出的低價格所迫，以犧牲設(shè)備的性能和可靠性來贏得市場，而生產(chǎn)廠家也缺乏對設(shè)備研制的能付諸于實施的中長期規(guī)劃。目前國內(nèi)的生產(chǎn)廠商以中、小規(guī)模居多，規(guī)模小，綜合實力低。 可是我們國內(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。從全行業(yè)的研制生產(chǎn)規(guī)模和從業(yè)人數(shù)上來看都是具有一定優(yōu)勢的。還有研制和制造成本上的優(yōu)勢，國內(nèi)的主要真空鍍膜設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)，同國外廠家相比都具備低的人工成本和低的加工設(shè)備和工 作場地的租金成本 (或資產(chǎn)占用費 )，這也許是國外許多同類企業(yè)無法比擬的優(yōu)勢。 蒸發(fā)鍍膜 在真空環(huán)境下， 通過加熱蒸發(fā)某種物質(zhì)使其沉積在固體表面，稱為蒸發(fā)鍍膜。 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。蒸發(fā)物質(zhì)的原子或分子以冷凝方式沉積在基片表面。膜厚決定于蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率和時間（或決定于裝料量），并與源和基片的距離有關(guān)。從蒸發(fā)源到基片的距離應(yīng)小于蒸氣分子在殘余氣體中的 平均自由程 ，以免蒸氣分子與殘氣分子碰撞引起化學(xué)作用。 蒸發(fā)源有三種類型。 蒸發(fā)鍍膜與其他真空鍍膜方法相比，具有較高的沉積速率，可鍍制單質(zhì)和不易熱分解的化合物膜。生長摻雜的 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 ]?；患訜岬揭欢囟龋练e在基片上的分子可以徙動，按基片晶格次序生長結(jié)晶用 分子束外延法可獲得所需化學(xué)計量比的高純化合物單晶膜，薄膜最慢生長速度可控制在 1 單層 /秒。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 在鍍膜的過程中，真空鍍膜系統(tǒng)的好壞對膜的影響非常大。在真空鍍膜的發(fā)展過程中，出現(xiàn) 了各式各樣的樣品架，不同的樣品架能夠滿足不同的鍍膜需求，而此次課題重點研究樣品架的創(chuàng)新。 設(shè)計要解決的問題 本次 設(shè)計要求提出滿足設(shè)計要求的方案，然后不同的方案進行對比，選擇 一種最優(yōu)的設(shè)計方案。 要查閱相關(guān)資料，閱讀文獻，翻譯文獻，結(jié)構(gòu)設(shè)計， 用 CAD 繪圖。 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計 5 2 設(shè)計方案的選擇 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)。由于工件要進行轟擊清洗和烘烤除氣，因此，要求工件架耐烘烤，不變形。常用工件架有如下幾種： 球面行星傳動工件架 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 型鍍膜機球面行星工件架結(jié)構(gòu)圖，球面夾具是 1200 均勻的，一臺鍍膜機上有三個夾具，上面的孔，根據(jù)被鍍零件需要而開設(shè)。 圖 21(a) DMP450型鍍膜機球面行星工件架結(jié)構(gòu)圖 21(b) DMP450型鍍膜機球面行星工件架原理圖 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計 6 它的優(yōu)點是： （ 1） 基片架的有效面積較大，承載的幾篇數(shù)多，工作效率高； （ 2） 膜層均勻，從理論分析中可知，球面上任意一點 P 的膜厚只與球面半徑 R有關(guān) ， 再加上公轉(zhuǎn)和自傳，可得到厚度均勻的薄膜。 工件架的轉(zhuǎn)速應(yīng)選擇得當(dāng)，旋轉(zhuǎn)速度太快時，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。 摩擦傳動工件架 下面的圖 22 表示一種最簡單的摩擦式傳動工件架。此時驅(qū)動從動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。摩擦輪傳動可用于兩平行軸之間的傳動，兩相交軸或相錯軸之間的傳動。 圖 22 摩擦式傳動工件架 （ 1底板 ， 2— 對稱輪 ， 3— 大摩擦輪 ， 4— 旋轉(zhuǎn)對架 ， 5— 工件架 ， 6— 主動摩擦輪 ） 齒輪傳動工件架 齒輪傳動工件架應(yīng)用范圍最廣，可用在各種形式的鍍膜機上。圖 23 為最簡單的一種，小齒輪為主動輪，可實現(xiàn)工件架轉(zhuǎn)速恒定。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，制造成本不高?，F(xiàn)行鍍膜機的工件架為一級行星式工件架，完成對太陽能集熱管的鍍膜工藝相對來說效率較低，即在前一級的行星架的基礎(chǔ)上設(shè)置后一級行星輪系的行星架、定輪、行星軸，充分利用了鍍膜機真空腔室內(nèi)的空間，打打增加既可繞鍍膜機真空腔室中心作公轉(zhuǎn)，又可以作自轉(zhuǎn)的行星軸 —待鍍膜玻璃管的數(shù)量，從而提高了真空鍍膜機單機、單次的產(chǎn)出率，也提高了靶材的利用率，相應(yīng)的減少了能耗，降低成本。包括：公轉(zhuǎn)磁力轉(zhuǎn)軸、工件架升降機構(gòu)、自 轉(zhuǎn)磁力轉(zhuǎn)軸、工件架升降平臺，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：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計 9 在工件架升降平臺的中軸支架上，由電動機驅(qū)動的自轉(zhuǎn)軸力轉(zhuǎn)軸穿過工件架升降平臺通過自轉(zhuǎn)齒輪與平面樣品工件架安裝在一起，所述工件架升降機構(gòu)由電動機驅(qū)動，通過支架桿依次經(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底部。 膜厚均勻性的計算 工業(yè)生產(chǎn)要求真空鍍膜層厚度的分布是均勻的或者是按特定要求的比例分布。為了控制厚度的分布 , 首先要找出影響膜厚的主要因素 , 從理論上來計算厚度的分布 , 從而在制膜工藝上控制這些因素 , 以達到預(yù)期的效果。 (2) 蒸發(fā)源的特性。假定蒸發(fā)場的物理性質(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襯底表面 , 且立即凝結(jié)。而實際生產(chǎn)中蒸發(fā)源至凝結(jié)點的距離一般是不會超過 0. 5m 的 , 所以蒸發(fā)分子可以不受阻礙地到達襯底表面 , 并設(shè)蒸發(fā)物分子之間的碰撞可忽略不計。 設(shè)有 M 克物質(zhì)從點源蒸發(fā)后凝結(jié)于半徑為 R 的球殼內(nèi)表面上 , 若點源位于球的中心 , 則球內(nèi)表面上的膜層應(yīng)是均勻的 , 因為各向上的物理性質(zhì)均等。 假定蒸發(fā)后的物質(zhì)完全凝結(jié)于球體內(nèi)表面 , 設(shè)體積為 V ′ = 4 式中 t為球體內(nèi)表面膜層厚度。但是 , 如點源蒸發(fā)至平面鏡上 , 如圖 27 所示 , 則膜層厚度的分布就不按 (1) 計算。見圖 28。 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：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計 11 (2) 設(shè)點源至平面的垂直距離為 , 垂線與平面的交點為 0 點 , 0 點的厚度 t0。被蒸發(fā)的物質(zhì)受熱后 , 熔融成液態(tài) , 以其表面向鉬槽上方蒸發(fā)物質(zhì) , 液體表面蒸發(fā)的情況符合克努曾余弦定律 , 即蒸發(fā)分子的濃度與表面蒸發(fā)出射角的余弦 成正比。 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：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計 12 設(shè)一大平面平行于表面源 （ ） ( ) ( ) ( ) ( )(5) 因為在 0 點 等于零 , 所以 0 點的厚度 t0, 可用下式表示 , ( ) ( ) 任一點與 0 點厚度之比 ( ) (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 [ 3 ]。 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計：真空蒸發(fā)鍍膜樣品架設(shè)計 13 真空系統(tǒng)方案 本次設(shè)計參考實驗室 DMDE450 型和 DZ300 鍍膜機， 該真空蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)是采用電阻蒸發(fā)方式，在高真空鍍膜室內(nèi)蒸鍍金屬銅，鋅等源料 。該系統(tǒng)采用渦輪分子泵 FB600 進行抽氣，前級泵采用 2X8 型機械泵。 真空室是一個 Φ 300 鐘罩