真空鍍膜機(jī)的結(jié)構(gòu)
真空鍍膜機(jī)的結(jié)構(gòu)
高真空鍍膜機(jī)是目前制作真空條件應(yīng)用廣泛的設(shè)備。其相關(guān)組成各部件：機(jī)械泵、增壓泵、油擴(kuò)散泵、冷凝泵、真空測量系統(tǒng)。
一、真空主體—真空腔
根據(jù)加工產(chǎn)品要求的不同，真空腔的大小也不一樣，目前應(yīng)用多的有直徑1.3m、0.9m、1.5m、1.8m等，腔體由不銹鋼材料制作，要求不生銹、堅(jiān)實(shí)等，真空腔各部分有連接閥，用來連接各抽氣泵浦。
二、輔助抽氣系統(tǒng)
此排氣系統(tǒng)采用：擴(kuò)散泵+機(jī)械泵+羅茨泵+低溫冷阱+polycold組成
排氣流程為：機(jī)械泵先將真空腔抽至小于2.0x10-2PA左右的低真空狀態(tài)，為擴(kuò)散泵后繼抽真空提供前提，之后當(dāng)擴(kuò)散泵抽真空腔的時(shí)候，機(jī)械泵又配合組成串聯(lián)，以這樣的方式完成抽氣動(dòng)作。
排氣系統(tǒng)為鍍膜機(jī)真空系統(tǒng)的重要部分，主要由機(jī)械泵、增壓泵（主要為羅茨泵）、油擴(kuò)散泵三大部分組成。
機(jī)械泵：也叫前級泵。是應(yīng)用廣泛的一種低真空泵，它隨時(shí)用油來保持密封效果并依靠機(jī)械的方法不斷的改變泵內(nèi)吸氣空腔的體積，使被抽容器內(nèi)氣體的體積不斷膨脹從而獲得真空。
機(jī)械泵常常被用來抽除干燥的空氣，但不能抽除含氧量過高、有爆炸性和腐蝕性的氣體，機(jī)械泵一般被用來抽除永久性的氣體，但是對水氣沒有好的效果，所以它不能抽除水氣。旋片泵中起主要作用的部件是定子、轉(zhuǎn)子、彈片等，轉(zhuǎn)子在定子里面但與定子不同心軸，象兩個(gè)內(nèi)切圓，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有兩片彈片，兩彈片中間裝有彈簧，保證了彈片緊緊貼在定子的內(nèi)壁。
彈片交替起著兩方面的作用，一方面從進(jìn)氣口西京氣體，另一方面壓縮已經(jīng)吸進(jìn)的氣體，將氣體排出泵外。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，泵完成兩次吸氣和兩次排氣。當(dāng)泵連續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，旋片泵不斷的通過進(jìn)氣口吸入氣體，又從排氣口不斷的排出泵外，實(shí)現(xiàn)對容器抽氣的目的。為了提高泵的極限真空度，均將泵的定子浸在油里面，在各處的間隙中及有害空間經(jīng)常保持足夠的油，把空隙填滿，所以油一方面起到了潤滑作用，另一方面又起了密封和堵塞縫隙及有害空間的作用，防止氣體分子通過各種渠道反流到壓強(qiáng)低的空間去。
機(jī)械泵是從大氣開始工作，它的主要參數(shù)有極限真空、抽氣速率，此為設(shè)計(jì)與選用機(jī)械泵的重要依據(jù)。單級泵可以將容器從大氣抽到1.0x10-1PA的極限真空，雙級機(jī)械泵可以將容器從大氣抽到6.7x10-2PA，甚至更高。
機(jī)械泵排氣的效果還與電機(jī)的轉(zhuǎn)速及皮帶的松緊度有關(guān)系，當(dāng)電機(jī)的皮帶比較松，電機(jī)轉(zhuǎn)速很慢時(shí)候，機(jī)械泵的排氣效果也會(huì)變差，所以要經(jīng)常保養(yǎng)、點(diǎn)檢，機(jī)械泵油的密封效果也需要常常點(diǎn)檢，油過少，達(dá)不到密封效果，泵內(nèi)會(huì)漏氣，油過多，把吸氣孔堵塞，無法吸氣和排氣，一般，在油位在線下0.5cm即可。
增壓泵又叫羅茨泵：它是具有一對同步高速旋轉(zhuǎn)的雙葉形或多葉形轉(zhuǎn)子的機(jī)械泵，由于它的工作原理與羅茨鼓風(fēng)機(jī)相同，所以又可以叫羅茨真空泵，次泵在100-1PA壓強(qiáng)范圍內(nèi)有較大的抽氣速度，它彌補(bǔ)了機(jī)械泵在此范圍內(nèi)排氣能力不足的缺點(diǎn)，此泵不能從大氣開始工作，也不能直接排出大氣，它的作用僅僅是增加進(jìn)氣口和排氣口之間的壓差，其余的則需要機(jī)械泵來完成，因此他必須配以機(jī)械泵作為前級泵。
油擴(kuò)散泵：機(jī)械泵的極限真空只有10-2PA，當(dāng)達(dá)到10-1PA的時(shí)候，實(shí)際抽速只有理論的1/10，如果要獲得高真空的話，必須采用油擴(kuò)散泵。
油擴(kuò)散泵的應(yīng)用壓強(qiáng)范圍是10-1PA至10-7PA，它是利用氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象來排氣，它具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，抽速大等特點(diǎn)。油擴(kuò)散泵主要由泵殼、噴嘴、導(dǎo)流管和加熱管組成，里面主要添加擴(kuò)散泵油，上部為進(jìn)氣口，右側(cè)旁下部為出氣口，在工作時(shí)出氣口由機(jī)械泵提供前置壓強(qiáng)，機(jī)械泵充當(dāng)前置泵。
當(dāng)擴(kuò)散泵的油被電爐加熱時(shí)，產(chǎn)生的油蒸汽提供前置壓強(qiáng)，機(jī)械泵充當(dāng)前置泵。當(dāng)擴(kuò)散泵油被電爐加熱時(shí)，產(chǎn)生的油蒸汽沿著導(dǎo)流管經(jīng)傘形噴嘴向下噴出。因噴嘴外面有機(jī)械泵提供的1x10-1PA的真空，故油蒸汽可噴出一段距離，構(gòu)成一個(gè)向出氣口方向運(yùn)動(dòng)的射流。射流然后碰上由冷卻水冷卻的泵壁，凝結(jié)為液體，流回蒸發(fā)器，即靠油的蒸發(fā)—噴射—凝結(jié)，重復(fù)循環(huán)來實(shí)現(xiàn)抽氣的。
由進(jìn)氣口進(jìn)入泵內(nèi)的氣體分子，一旦落入蒸汽流中，便獲得向下運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量，向下飛去，由于射流具有高的流速,高的蒸汽密度，且擴(kuò)散泵油具有高的分子量故能有效的帶走濃度差，正是因?yàn)檫@個(gè)濃度差被抽氣體能不斷的越過界面，擴(kuò)散進(jìn)入射流中，被帶往出口處，在出口處再由機(jī)械泵抽走。
擴(kuò)散泵不能單獨(dú)用來抽氣，一般要求泵額較大出口壓強(qiáng)為40PA。擴(kuò)散泵的抽速?zèng)Q定于第 一級噴嘴與泵體進(jìn)氣口口徑間環(huán)形面積的大小，抽速不是一恒定的值，而是隨著進(jìn)氣口的壓強(qiáng)而變化的，當(dāng)壓強(qiáng)在10-2至10-3PA的時(shí)候，擴(kuò)散泵的抽氣速度是較快的，當(dāng)壓強(qiáng)小于5x10-4PA之后，擴(kuò)散泵的抽氣速度較小，幾乎沒有抽氣能力。
低溫冷凝泵：它是利用低溫表面來凝聚氣體分子以實(shí)現(xiàn)抽氣的一種泵，是目前獲得極限真空較高，抽速較大的抽氣泵。
冷凝泵的工作原理：主要是低溫表面對氣體的冷凝作用、冷捕作用及物理低溫吸附作用。
低溫冷凝：根據(jù)各種氣體的特性，采用液氦或者冷循環(huán)氦氣冷卻。
冷捕集：不可凝氣體被可凝氣體捕集的現(xiàn)象，通常二氧化碳、水蒸氣、氦氣、壓氣等氣體首先形成霜，于低溫表面形成吸附層，進(jìn)而達(dá)到吸附其它氣體的目的，低溫抽除混合氣體的效果比抽除單一效果好就是這個(gè)原因。
低溫吸附：低溫表面上的吸附劑吸附氣體的作用，由于吸附劑與氣體分子之間的相互作用很強(qiáng)，故可達(dá)到氣相壓強(qiáng)比冷凝表面溫度下它的飽和蒸汽壓還低的水平。吸附劑是活性炭。
真空計(jì)：真空計(jì)是真空鍍膜機(jī)器上的重要組成部分，它是檢測鍍膜機(jī)真空度的重要手段。真空計(jì)根據(jù)其工作原理可以分為絕對真空計(jì)和相對真空計(jì)，絕對真空計(jì)可以直接測量壓強(qiáng)的高低，相對真空計(jì)只能間接測量真空度。
鍍膜機(jī)器上常用真空計(jì)為：
電阻真空計(jì)：主要由電熱絲、外殼和支架構(gòu)成，主要是根據(jù)在低壓下，氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)與壓強(qiáng)成正比的方式工作的。上面開口處與被測真空系統(tǒng)相連接，熱絲采用電阻溫度系數(shù)大的金屬絲做成，兩支支架引線與測量線路連接。當(dāng)壓強(qiáng)降低的時(shí)候，由于氣體熱傳導(dǎo)散失的熱量減小，因此當(dāng)熱絲加熱電流穩(wěn)定時(shí)候，則熱絲溫度就上升，熱絲的電阻就增大，用測量熱絲電阻值的大小來間接測量壓強(qiáng)。
磁控放電真空計(jì)：
工作原理：在放電開始時(shí)，由于空間游離電子向陽極運(yùn)動(dòng)時(shí)，在正交電磁場作用下，電子的軌跡不是直線而是螺旋線前進(jìn)，又因?yàn)殛枠O是框形，故電子不一定第 一次就碰上陽極，而是穿過陽極，然后受到對面陰極的拒斥，又復(fù)返回。這樣反復(fù)多次才可能打上陽極。由于電子路程大大加長，故收到分子數(shù)增加，使得在較低壓強(qiáng)仍然維持放電。
放電管真空計(jì)：玻璃管中封入兩個(gè)金屬電極，在其加上數(shù)千伏的直流高電壓，在一定的壓強(qiáng)范圍內(nèi)就能引起自持放電，通過放電顏色來判定其真空度。
蒸發(fā)系統(tǒng)主要指成膜裝置部分，鍍膜機(jī)器的成膜裝置很多，有電阻加熱、電子槍蒸發(fā)、磁控濺射、射頻濺射、離子鍍等多種方式。
電阻蒸發(fā)的工作方式是將鎢片做成船狀，然后安裝在兩個(gè)電極中間，在鎢舟中央加上藥材，再緩緩給電極通電，電流通過鎢舟，鎢舟通電發(fā)熱，這些低電壓，大電流使高熔點(diǎn)的鎢舟產(chǎn)生熱量，再傳導(dǎo)給鍍膜材料，當(dāng)鎢舟的熱量高于鍍膜材料熔點(diǎn)的時(shí)候，材料就升華或者蒸發(fā)了。
電子槍蒸發(fā)可以蒸發(fā)任何一種鍍膜材料，它的工作方式是將鍍膜材料放在坩堝里面，將蒸發(fā)源制作成燈絲形狀，采用一專門的控制柜，對燈絲加一強(qiáng)電流，高電壓，由于燈絲的材料時(shí)鎢，所以它會(huì)發(fā)熱，然后會(huì)發(fā)射電子，再采用一定的磁場將其聚集成一定形狀并牽引到坩堝上，這樣就形成一股電子束，由于電子束溫度非常高，可以熔化任何鍍膜藥材，當(dāng)鍍膜藥材被電子束熔化后，藥材的分子在真空中成直線運(yùn)動(dòng)，然后遇到基板，就凝結(jié)下來，經(jīng)過這種方式生長，形成薄膜！
電子束蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)在于：電子束的光斑可以隨意調(diào)整，可以一槍多用，燈絲可以隱藏，避免污染可以蒸發(fā)任意鍍膜材料，維修方便，蒸發(fā)速度可以隨意控制，材料分解小，膜密度高。機(jī)械強(qiáng)度好。
濺射方式是用高速正離子轟擊靶材表面，通過動(dòng)能傳輸，令靶材的分子（原子）有足夠的能量從靶材表面逸出，在產(chǎn)品表面凝聚形成薄膜。
用濺射的方法制鍍的薄膜附著性強(qiáng)，薄膜的純度高，可以同時(shí)濺射多種不同成分的材料，但是對靶材的要求高，不能象電子槍一樣節(jié)約資源。
目前運(yùn)用較多的有磁控濺射，磁控濺射是指平行于陰極表面施加強(qiáng)電場，將電子約束在陰極靶材表面附近，提高電離效率。它是操作簡單的一種，所以運(yùn)用非常廣。
四、成膜控制系統(tǒng)
薄膜監(jiān)控主要有：目視監(jiān)控，定（極值）值監(jiān)控、水晶震蕩監(jiān)控、時(shí)間監(jiān)控等等，下面主要介紹目視監(jiān)控、定（極值）值監(jiān)控和水晶震蕩監(jiān)控三種。
目視監(jiān)控也叫直接監(jiān)控，采用眼睛監(jiān)控。因薄膜在生長的過程中，由于干涉現(xiàn)象會(huì)有顏色變化，就會(huì)根據(jù)顏色變化來控制膜厚度的，這種方式有一定的誤差，不是很準(zhǔn)確，需要依靠經(jīng)驗(yàn)。
定（極值）值監(jiān)控：主要采用反射式（透過式）光學(xué)監(jiān)控。極值監(jiān)控法:當(dāng)膜厚度增加的時(shí)候其反射率和穿透率會(huì)跟著起變化，當(dāng)反射率或穿透率走到極值點(diǎn)的時(shí)候，就可以知道鍍膜之光學(xué)厚度ND是監(jiān)控波長（入）的四分之一的整數(shù)倍。但是極值的方法誤差比較大，因?yàn)楫?dāng)反射率或者穿透率在極值附件變化很慢，亦就是膜厚ND增加很多，R/T才有變化。反映比較靈敏的位置在八分之一波長處。
定值監(jiān)控法：利用停鍍點(diǎn)不在監(jiān)控波長四分之一波位，由計(jì)算機(jī)計(jì)算在波長一時(shí)總膜厚之反射率（或者穿透率）是多少，此即為停止鍍膜點(diǎn)。
水晶振蕩監(jiān)控：利用石英晶體振動(dòng)頻率與其質(zhì)量成反比的原理工作的。但是石英監(jiān)控有一個(gè)不好之處就是當(dāng)膜厚增加到一定厚度后，振動(dòng)頻率不全然由于石英本身的特性使厚度與頻率之間有線性關(guān)系，此時(shí)必須使用新的石英振蕩片。
幾種監(jiān)控方法各有優(yōu)劣，但通常鍍多層膜，會(huì)以光學(xué)監(jiān)控為主，石英晶體振蕩為輔助的方法。
對于有些在鍍膜過程中需要充入氣體的還有流量控制計(jì)或者壓力控制計(jì)，這些需要采用精密的閥門和光電傳感系統(tǒng)來控制。
在鍍膜過程中還需要回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，就是將傘具的主軸置于軸承里面,然后再利用電機(jī)帶動(dòng)軸承，使傘具回轉(zhuǎn)。然后再PLC控制其回轉(zhuǎn)速度。
坩堝回轉(zhuǎn)采用電機(jī)帶動(dòng)，光電感應(yīng)計(jì)數(shù)的方法,遮藥板采用氣動(dòng)開關(guān)方式轉(zhuǎn)動(dòng)。
為了加快抽氣速率，達(dá)到一定的真空度，還需要對真空腔進(jìn)行制冷，就是將真空腔里面的空氣冷凍到零下130攝氏度,將真空腔里面的水氣冷凍并被泵抽走。
電氣控制部分主要采用 PLC自動(dòng)控制，就是先在PLC中輸入預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序,處理器主電路與操作面板上的各空駛系統(tǒng)相連接，當(dāng)按下操作面板上的開關(guān)的時(shí)候，信息傳遞到中央處理器，再由中央控制系統(tǒng)分析并發(fā)出指令由支路執(zhí)行并完成動(dòng)作。
鍍膜機(jī)是集多門學(xué)科的設(shè)備，它集成了當(dāng)今工業(yè)的機(jī)電技術(shù)，控制技術(shù)、電氣自動(dòng)化、IT 技術(shù)制冷技術(shù)，微電路集成系統(tǒng)、高壓控制系統(tǒng)、機(jī)械技術(shù)、加工技術(shù)、光電技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、氣動(dòng)控制技術(shù)、光電傳感技術(shù)、通訊技術(shù)、真空技術(shù)、薄膜光學(xué)與鍍膜技術(shù)等等。
到今天，鍍膜機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用,制鍍薄膜尤其廣泛，其制作的各種薄膜被應(yīng)用到各光電系統(tǒng)及光學(xué)儀器中，如數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、望遠(yuǎn)鏡、投影機(jī)、能量控制、光通訊、顯示技術(shù)、干涉儀、人造衛(wèi)星飛彈、半導(dǎo)體激光、微機(jī)電系統(tǒng)、信息工業(yè)、激光的制作、各種濾光片、照明工業(yè)、傳感器、建筑玻璃、汽車工業(yè)、裝飾品、錢幣、眼鏡片等等，鍍膜機(jī)器已經(jīng)與人類的生活緊密聯(lián)系。