大尺寸平板玻璃磁控濺射室與真空系統(tǒng)設(shè)計(論文)

1、目 錄中文摘要：1英文摘要：21 緒論31.1 大尺寸平板玻璃鍍膜設(shè)備的發(fā)展31.2磁控濺射技術(shù)的最新進展32 磁控濺射原理及濺射沉積工藝參數(shù)42.1磁控濺射法的原理42.2 磁控濺射的工藝參數(shù)43 大平面磁控濺射鍍膜玻璃生產(chǎn)線63.1 大尺寸磁控濺射鍍膜玻璃生產(chǎn)線的組成63.2 平面磁控濺射鍍膜玻璃生產(chǎn)線的分類74 磁控濺射鍍膜真空室的設(shè)計要求與原則84.1 設(shè)計參數(shù)84.2 磁控濺射鍍膜真空室的主要設(shè)計原則84.3 磁控濺射鍍膜室對抽氣系統(tǒng)的要求95 磁控濺射真空鍍膜室主要部分的設(shè)計與計算105.1 真空室殼體的設(shè)計與計算105.1.1 真空室殼體的類型選擇105.1.2 真空室殼體的計算

2、與校核105.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算125.2.1 傳動方式的選擇125.2.2 變頻電機的確定135.2.3 傳動軸的計算與校核135.2.4 V帶傳動的設(shè)計與計算145.2.5 軸承的配置與軸承座的選定155.2.6 軸承密封與傳動軸動密封的設(shè)計165.3 平面磁控濺射靶的選擇與計算165.3.1 平面磁控濺射靶的類型選擇165.3.2 平面磁控濺射靶水冷系統(tǒng)的設(shè)計與計算185.4 抽氣系統(tǒng)的設(shè)計與計算185.4.1 選泵與配泵185.4.2 抽氣時間的計算195.5 機架的設(shè)計與計算205.5.1 磁控濺射真空鍍膜室總重估算205.5.2 機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計215.6工藝氣體的分布的分析與

3、設(shè)計21結(jié)論24謝辭24參考文獻25大尺寸平板玻璃磁控濺射室與真空系統(tǒng)設(shè)計摘 要：大尺寸平板玻璃鍍膜技術(shù)主要應(yīng)用于建筑玻璃、平板顯示等領(lǐng)域。目前，生產(chǎn)大尺寸玻璃廣泛采用真空磁控濺射鍍膜工藝，每年都有大量的平板玻璃進行濺射鍍膜。我國連續(xù)式磁控濺射鍍膜設(shè)備多為進口,國內(nèi)自主研發(fā)設(shè)計還有很大的空缺。因此本設(shè)計具有十分重要的意義。本文介紹了磁控濺射鍍膜的工藝流程和大尺寸玻璃生產(chǎn)線的組成。設(shè)計出了一種用于大尺寸平板玻璃鍍膜的磁控濺射室和真空系統(tǒng)。本文對真空腔體和機架進行可行性設(shè)計，然后傳動系統(tǒng)采用帶傳動進行玻璃的輸送，抽氣系統(tǒng)選用分子泵作為主泵，濺射靶使用最新的中頻電源供電的矩形平面孿生磁控濺射技術(shù)。關(guān)

4、鍵詞：大尺寸玻璃鍍膜；磁控濺射；矩形平面靶；鍍膜玻璃生產(chǎn)線The design of magnetron sputtering chamber and vacuum system for large area glass coatingAbstract: Large area glass coating mainly used in the field of architectural glass and flat panel display. Nowadays, magnetron sputtering coating film is the mainstream technology of

5、 vacuum coating , every year a large number of flat glass for coating. Thus, this design has very important practical significance. This article introduces the process line of the plane magnetron sputtering coated glass and the main craft processes of magnetron sputteri

6、ng coating film. Then a feasibility of design proposal on the magnetron sputtering chamber and vacuum system is carried out.  Feasibility design of vacuum system and rack  are presented in the paper. Then drivetrain system uses the belt conveyor to drive， vacuum pu

7、mping system chooses the molecular pump as the main pump, and sputtering target uses the latest intermediate frequency power supply rectangular planar twin-target sputtering technology.Keywords:large area glass coating；magnetron sputtering； rectangular planar target；coating glass product line1 緒論1.1

8、 大尺寸平板玻璃鍍膜設(shè)備的發(fā)展目前，用于生產(chǎn)大尺寸玻璃的方法很多，主要有真空磁控濺射法、真空蒸發(fā)法、凝膠浸漬法和電浮法鍍膜等。從鍍膜玻璃的膜層均勻性、牢固度、膜厚可控性以及產(chǎn)品品種、生產(chǎn)操作的難易程度和生產(chǎn)效率等方面比較，真空磁控濺射鍍膜法是生產(chǎn)大尺寸鍍膜玻璃的最佳方法1。用這種方法生產(chǎn)的鍍膜玻璃，膜不易受污染，膜的純度高，膜層的均勻性、牢固性和工藝重復(fù)性都很好。另外，由于該種工藝能有效地控制膜的厚度，所以可采用不同膜材來生產(chǎn)不同光學(xué)性能的各種顏色的熱反射玻璃和低輻射玻璃，甚至還能生產(chǎn)導(dǎo)電膜玻璃。磁控濺射鍍膜技術(shù)是七十年代末期發(fā)展起來的一種先進的工藝方法,它的膜層由多層金屬或金屬氧化層組成,允

9、許任意調(diào)節(jié)能量通過率、能量反射率,具有良好的外觀美學(xué)效果,它克服了其它幾種生產(chǎn)方法存在的一些缺點,因而目前國際上廣泛采用這一方法2。磁控濺射鍍膜玻璃已越來越多地被運用于現(xiàn)代建筑并逐漸在民用住宅、汽車、電子等領(lǐng)域使用,具有廣闊的發(fā)展前景。這種的我國應(yīng)用磁控濺射鍍膜工藝生產(chǎn)鍍膜玻璃起始于八十年代中期,其時國內(nèi)一些廠家陸續(xù)引進了一批磁控濺射鍍膜設(shè)備和技術(shù),生產(chǎn)高檔的鍍膜玻璃。但由于當(dāng)時人們對鍍膜玻璃的功能還沒有足夠的認(rèn)識,加之價格偏高,國家又采取了一系列的緊縮政策,一批高檔的樓、堂、館、所被停建或緩建,因而鍍膜玻璃的市場極不景氣,磁控濺射鍍膜工藝也未受到人們的重視和青睞。1.2磁控濺射技術(shù)的最新進展

10、由于磁控濺射能夠精確地控制工藝參數(shù)和膜層質(zhì)量，它已經(jīng)成為大面積鍍膜領(lǐng)域的主流。然而這種鍍膜技術(shù)亦存在一些缺點，特別是在反應(yīng)濺射過程中存在著沉積速率低及工藝不穩(wěn)定等問題。所以普通的直流磁控濺射對于大面積薄膜產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)來說不是最佳的工藝手段3。目前，國內(nèi)外多采用將直流磁控濺射電源改為交流中頻電源的中頻磁控濺射技術(shù)。單靶可抑制打弧現(xiàn)象的發(fā)生4，中頻交流濺射技術(shù)還應(yīng)用于孿生靶（Twin-Mag）濺射系統(tǒng)中。孿生靶濺射技術(shù)大大提高磁控濺射運行的穩(wěn)定性，可避免被毒化的靶面產(chǎn)生電荷積累，引起靶面電弧打火以及陽極消失的問題，濺射速率高，是目前化合物薄膜濺射鍍膜生產(chǎn)的理想首選技術(shù)5。本文共分5章，第1章介

11、紹了我國低輻射玻璃的現(xiàn)狀以及大面積磁控濺射技術(shù)的最新進展；第2章介紹了磁控濺射原理、過程及工藝參數(shù)；第3章介紹了平面磁控濺射鍍膜玻璃生產(chǎn)線；第4章介紹了磁控濺射鍍膜室、磁控濺射靶、真空系統(tǒng)以及傳動系統(tǒng)的設(shè)計原則與要求；第5章對四個系統(tǒng)部分以及機架進行了設(shè)計計算。2 磁控濺射原理及濺射沉積工藝參數(shù)2.1磁控濺射法的原理磁控濺射是在真空室中進行的，將真空室的氣體抽空，陰極接通負電壓（-500）（-800）V，陽極接通正電壓（0100V），并向真空室的負壓達到濺射工作壓力10-410-5Pa時，在陰極前面產(chǎn)生輝光放電，氬氣發(fā)生電離，生產(chǎn)氬離子和電子，形成等離子區(qū)；陰極通電后產(chǎn)生的電場與永磁鐵產(chǎn)生的磁

12、場正交，氬離子在正交的電磁場的作用下飛向陰極，在很短距離的陰極電位下降區(qū)獲得很大能量，在到達陰極前轟擊靶材6。根據(jù)動能傳遞作用將能量傳遞給靶材的中性原子（或分子），使這些原子（或分子）脫離附近的其他原子（或分子）而從靶面上彈射出來。在濺射的粒子中，帶有高能量的中性靶原子（或分子）在玻璃表面上沉積成膜層。而其他的二次電子進入等離子區(qū)參與電離碰撞，不斷地補充大量的正離子，二次電子在其能量將耗盡時，被陽極吸引而導(dǎo)出真空室。它具備了“低溫”、“高速”兩大特點7。2.2 磁控濺射的工藝參數(shù)濺射鍍膜過程中，由于靶功率與靶的濺射率呈直線正比關(guān)系，因此提高靶的功率即可提高靶的濺射率和沉積到基片上的沉積速率，從

13、而提高設(shè)備的工作效率。經(jīng)驗表明：高的濺射速率的最佳參數(shù)是提高陰極電壓，增大靶的電流密度，選擇濺射率高的濺射氣體，較高的工作真空度以及合適的基片溫度。現(xiàn)就這些參數(shù)分述如下：（1）磁控濺射的功率從理論上看，對于磁控濺射源，鍍膜沉積速率都會隨著靶功率的增大而增大，二者具有較好的線性關(guān)系。由于在異常輝光放電中，電流的增大，必然導(dǎo)致電流密度成比例地增加，而電流密度的增加會引起電場的進一步畸變，使陰極位降區(qū)的長度不斷減少，維持放電所必須的陰極位降將進一步增加，撞擊陰極的正離子數(shù)目及動能都大為增加，在陰極表面發(fā)生濺射作用也要強烈得多，致使沉積速率增大。但是需要指出的是，靶材承受的功率是有限的。靶面溫度過高會

14、導(dǎo)致靶材熔化或引起弧光放電。因此靶功率應(yīng)當(dāng)在靶材允許值范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。因此提高鍍膜速率的工藝原則應(yīng)當(dāng)盡可能接近允許值；靶電壓盡可能接近最佳值8。（2）磁場強度磁控濺射的關(guān)鍵參數(shù)是與電場垂直的水平磁場分量B，而垂直磁場B對磁控模型運行沒有作用。B在靶面各處并不是一個均勻的值，一般以最大水平場強Bmax代替靶面的場強要求。通常要求距靶平面35mm處測得的數(shù)值為0.020.06T。但在靶面上水平場強分布不均勻時會引起濺射的不均勻，因此，適當(dāng)調(diào)整磁鐵布局，使之得到均勻的水平磁場，以得到均勻的濺射區(qū)，提高靶材的利用率。（3）濺射氣壓在直流磁控濺射過程中，濺射氣壓(工作氣壓)是一個很重要的參數(shù)，它對濺射速率，

15、沉積速率以及薄膜的質(zhì)量都有很大的影響。氣體分子從一次碰撞到相鄰的下一次碰撞所通過的距離的統(tǒng)計平均值，稱之為平均自由程9-10。從分子的平均自由程的角度來說，濺射氣體壓力低時濺射粒子的平均自由程大，與氣體離子的碰撞的幾率小，使沉積速率增大。但是，濺射氣體壓力低時入射離子濃度低，濺射出的離子數(shù)目也少，又使沉積速率減小。當(dāng)濺射氣體壓力高時，轟擊靶的氣體離子多，濺射出的離子數(shù)也多，使濺射速率增大。但是濺射粒子的平均自由程減小，與氣體離子碰撞的幾率增大，使沉積速率減小。濺射氣壓所產(chǎn)生的這兩種效果互相制約，隨著濺射氣壓的增加，最初沉積速率不斷增大，當(dāng)濺射氣壓增大到一定程度時，沉積速率達到最大值，之后隨著濺

16、射氣壓的增大又不斷減小。（4）基片的溫度基片的溫度對沉積速率也有一定的影響。有些材質(zhì)的沉積速率隨著基片溫度的上升略有下降，這可能是基片溫度升高時到達基片的沉積原子較易解吸的緣故。但在反應(yīng)沉積化合物時，沉積速率是隨著基片溫度的增加而上升的。因為反應(yīng)沉積實際上是反應(yīng)氣體和濺射原子在表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程，而這一過程是隨基片溫度升高而增強的11。3 大尺寸磁控濺射鍍膜玻璃生產(chǎn)線3.1 平面磁控濺射鍍膜玻璃生產(chǎn)線的組成任何類型的生產(chǎn)線，對于產(chǎn)品的產(chǎn)生過程都要遵守符合某種規(guī)律的生產(chǎn)流程要求，圖3.1是該類生產(chǎn)線的典型流程圖：圖3.1 平面磁控濺射鍍膜玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)流程圖為了達到大尺寸平板玻璃表面鍍膜流程

17、要求，實現(xiàn)連續(xù)性生產(chǎn)，其總體設(shè)計構(gòu)思均采用串接積木組合方式（如圖3.2）形成機械化，自動化封閉環(huán)節(jié)的生產(chǎn)線。從圖中可以看出，生產(chǎn)線構(gòu)成可分三大功能段，即前處理段，真空鍍膜段，后處理段。每個功能段，又有各自獨立承擔(dān)鍍膜工藝中某一個單個工序的功能。通常設(shè)計這類生產(chǎn)線，應(yīng)考慮以下五個方面的問題做為設(shè)計依據(jù)10。（1）對前處理段應(yīng)滿足如下要求：a具有足夠的表面清洗能力；b具有可控的基片加熱溫度場；c對原片，發(fā)現(xiàn)疵病有在線篩選能力。圖3.2 典型的平面磁控濺射鍍膜玻璃生產(chǎn)線A進線工作臺 B打霉機、玻璃洗滌機 C防塵加熱烘烤裝置D膜層透射率檢查臺 E膜層清洗后處理機 F、G膜層物理外觀臺1#預(yù)儲室 2#過

18、渡室 3#濺射室4#濺射室 5#濺射室 6#過渡室7#輸出室 V1V4門式閘板閥 K1K4隔離腔Z平面磁控濺射陰極（2）對真空鍍膜段應(yīng)滿足如下要求：a全段有較強的抽氣能力，創(chuàng)造穩(wěn)定的真空環(huán)境，有良好的氣密性，充入介質(zhì)氣體的可控性，確保濺射真空室的磁控濺射陰極穩(wěn)定工作。b真空鍍膜段兩端的真空室的工作周期，即實現(xiàn)由真空到破壞真空，或從大氣下抽真空，達到要求的真空度所經(jīng)歷的時間要短，故一般設(shè)計要遵循的條件：a真空室空間體積要?。籦配置的真空機組要大，確保限定的循環(huán)周期時間，即生產(chǎn)節(jié)拍（每片玻璃所用的鍍制時間）短。c全程清潔處理方便。（3）對后處理段應(yīng)滿足如下要求：a具有在線檢測玻璃鍍膜后的光學(xué)性能的

19、能力。b提供物理外觀表面檢查能力。（4）滿足設(shè)定的產(chǎn)量要求。（5）滿足設(shè)定的產(chǎn)品品種要求，且具有一定開發(fā)膜層膜系的潛在能力。3.2 平面磁控濺射鍍膜玻璃生產(chǎn)線的分類平面磁控濺射鍍膜玻璃生產(chǎn)線，國內(nèi)外已出現(xiàn)各種類型，歸納起來可按原片玻璃鍍膜時的出送方式，鍍膜玻璃的產(chǎn)量，可實現(xiàn)的花樣品種能力等進行不同的分類。這里介紹按照原片玻璃鍍膜時的輸送方式進行分類。（1）臥式水平結(jié)構(gòu)，即被鍍玻璃平面為水平輸送。其優(yōu)點：a輸送玻璃方便，不像立式輸送時，必須有玻璃框架；b輸送速度比立式結(jié)構(gòu)要快，輸送效率高；c投料（上片）取料（下片）方便。缺點：a由于玻璃水平輸送，易在玻璃表面沉落脹物、灰塵，造成鍍后表面出現(xiàn)針孔；

20、b清潔真空室衛(wèi)生的周期較頻、延長了非生產(chǎn)時間、影響生產(chǎn)；c傳動系統(tǒng)龐大（輸送輥道長，動力大）造價高。（2）立式結(jié)構(gòu)，即被鍍玻璃的平面垂直地面并稍有傾斜來輸送。其優(yōu)點：a灰塵不易落在玻璃表面上，故不易造成針孔；b相對臥式結(jié)構(gòu)，在清潔真空室衛(wèi)生方面周期長，縮短非生產(chǎn)時間，有利于生產(chǎn)；c傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，拖動動力小，造價低廉。缺點：a該類生產(chǎn)線，輸送玻璃必須采用框架輸送，而且又必須備用足夠的運送玻璃的框架數(shù)量，使之達到產(chǎn)量節(jié)拍要求，故投資大，占地面積大，效率低；b立式結(jié)構(gòu)，多為隧道式，設(shè)備檢修不方便。本設(shè)計主要針對真空鍍膜段中的磁控濺射鍍膜真空室進行設(shè)計計算，包括真空室腔體、平面磁控濺射陰極靶、抽氣

21、系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及機架。本設(shè)計采用臥式水平結(jié)構(gòu)。4 磁控濺射鍍膜真空室的設(shè)計要求與原則4.1 設(shè)計參數(shù)需要傳送的基片尺寸的最大寬度和最大長度分別是2540mm，3660mm，真空鍍膜室采用不銹鋼圓筒形殼體，使用分子泵和羅茨泵機組抽氣，對于分子泵和羅茨泵泵進行選配，濺射電壓300-600V，工作壓力0.1-1Pa，平行靶面的磁感應(yīng)強度分量在0.04-0.07T之間。4.2 磁控濺射鍍膜真空室的主要設(shè)計原則（1）創(chuàng)造良好的安裝磁控濺射陰極位置，提供良好的電場條件，維持穩(wěn)定的輝光放電。（2）創(chuàng)造磁控濺射陰極間有良好的隔離條件，設(shè)置隔離擋板。（3）提供充足的充氣源裝置（可通入Ar、O2、N2）達到均勻

22、彌散，特別是沿磁控濺射陰極長度方向噴射的介質(zhì)氣體越均勻越好（如圖4.1），保證膜質(zhì)均勻10。（4）設(shè)有獨立的變速范圍較寬的傳動輸送玻璃系統(tǒng)，隨意可調(diào)。（5）殼體結(jié)構(gòu)，臥式采用剖分式，立式采用剖分式，方便清潔衛(wèi)生。普通鋼結(jié)構(gòu)要滿足真空容器要求的強度、剛度條件。（6）備有觀察、檢測、發(fā)訊等裝置。圖4.1 充氣源裝置斷面圖4.3 磁控濺射鍍膜室對抽氣系統(tǒng)的要求（1）鍍膜機抽氣系統(tǒng)應(yīng)有足夠大的抽氣速率，該抽速即應(yīng)迅速抽走鍍膜過程中基片及膜材和真空室內(nèi)其他構(gòu)件所放出的氣體，也應(yīng)對濺射鍍膜過程中滲氣及系統(tǒng)的泄漏等氣體量迅速地抽出。（2）磁控濺射鍍膜機抽氣系統(tǒng)的極限壓強應(yīng)根據(jù)不同膜的要求，而有所不同。目前箱

23、式磁控濺射鍍膜機的極限壓強可在1.32.6×10-3Pa范圍內(nèi)選擇。（3）在油擴散泵為主泵的抽氣系統(tǒng)中，要求泵的返油率越小越好，否則返流的油蒸汽將會污染被鍍的玻璃表面，使膜層易于脫落。（4）鍍膜室及抽氣系統(tǒng)的漏氣率要小。即或是微量氣體的漏入，也易影響膜的質(zhì)量，為了保證系統(tǒng)的密封性能，必須把系統(tǒng)的總漏率限制在一定的范圍之內(nèi)。目前這一范圍國內(nèi)尚無標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計時可根據(jù)工藝要求而定。（5）真空系統(tǒng)的操作，使用及檢修維護應(yīng)方便，系統(tǒng)的抽氣性能應(yīng)穩(wěn)定可靠。5 磁控濺射真空鍍膜室主要部分的設(shè)計與計算5.1 真空室殼體的設(shè)計與計算5.1.1 真空室殼體的類型選擇真空容器是構(gòu)成真空室的基本部件。在真空工

24、程中，各種真空應(yīng)用對真空室的功能要求不同，構(gòu)成真空室的真空容器形狀和大小就不相同。真空容器殼體主要有圓筒形殼體、球形殼體、圓錐形殼體、盒形殼體、橢圓球形殼體和圓環(huán)形殼體15。圓筒形殼體制造容易、強度好。球形殼體從穩(wěn)定性和節(jié)省材料上來說是最好的，但球形制造困難，內(nèi)部有效利用空間小，因此應(yīng)用不多。盒形殼體制造復(fù)雜，耗費金屬材料多。但其內(nèi)部可利用的空間大。為減少板材厚度，在盒形殼體上通常都使用了加強筋?？紤]到玻璃制造時的形狀以及實際應(yīng)用結(jié)果，盒形殼體對此鍍膜生產(chǎn)線最適合。因此，本設(shè)計真空鍍膜室的形狀采用盒形殼體。5.1.2 真空室殼體的計算與校核本設(shè)計采用1Cr18Ni9Ti作為真空室殼體材料，其，

25、。為了減少盒形殼體的厚度，采用矩形截面的橫向加強筋，其中。真空室長3860mm，寬2900mm，高470mm。（1）按強度極限確定許用應(yīng)力（2）按屈服極限確定許用應(yīng)力（3）確定最小厚度（4）確定實際厚度壁厚附加量，：鋼板的最大負公差附加量，取0.5；：腐蝕裕度，取2；：封頭沖壓時的拉伸減薄量，取0.4。故壁厚附加量為2.9。所以實際厚度圓整為7。又因為鋼板厚度中沒有此規(guī)格，故取實際壁厚為8。（5）校核水壓試驗應(yīng)力水的試驗壓力水的靜壓力總的壓力當(dāng)做水壓試驗時，矩形板的應(yīng)力為：滿足水壓試驗要求，故可取壁厚為8。（6）選取矩形截面橫向加強筋，寬與高之比為，其截面模量為則其加強筋的寬度為取整為35即3

26、.5。則其高度為即17.5。（7）計算加強筋和壁聯(lián)合的截面模數(shù)加強筋截面積壁部分的截面積加強筋截面的慣性矩壁部分截面積的慣性矩由壁到聯(lián)合重心的距離加強筋與壁聯(lián)合作用的界面模量 （8）計算水壓試驗應(yīng)力可見滿足水壓實驗要求。5.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算5.2.1 傳動方式的選擇帶傳動是由固聯(lián)于主動軸上的帶輪、固聯(lián)于從動輪上的帶輪和緊套在兩帶輪上的傳動帶組成的。當(dāng)原動機主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定動力。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉以及緩沖吸振等特點，在近代機械中被廣泛應(yīng)用17。在一般機械傳動中，應(yīng)用最廣的是V帶傳動。V帶的橫截面呈等腰梯形，

27、帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動時，V帶只和輪槽的兩個側(cè)面接觸，即以兩側(cè)為工作面。根據(jù)槽面摩擦的原理，在同樣的張緊力下，V帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力。本生產(chǎn)線中采用窄V帶用做主傳動軸和電磁調(diào)速異步電動機之間的連接。平帶傳動結(jié)構(gòu)最簡單，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的情況下應(yīng)用較多。本生產(chǎn)線采用平帶傳動來連接兩個相鄰傳動軸的轉(zhuǎn)動，借以帶動傳動軸上面的滾掄轉(zhuǎn)動。5.2.2 變頻電機的確定（1）計算最終輸出功率系統(tǒng)所鍍玻璃的尺寸為，厚度為810可調(diào)，鍍膜玻璃的密度為。玻璃與輥輪之間的摩擦因數(shù)為0.50.7，取0.6。則最大的摩擦力為生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍為30s90s，輥輪的直徑取90，則最大的傳輸

28、速度為因此，輸出地最大功率為（2）確定電機型號由電機傳動到最后一根滾輪的傳動效率為其中、分別為V帶傳動、滾動球軸承、平帶傳動的傳動效率。因此電動機的功率為滿足條件的調(diào)速電機主要有三種：YVFZ80M1，YCT1124A，YCTD1004A。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗和應(yīng)用范圍，最終選用YCT1124A型電機。其功率為0.55KW，轉(zhuǎn)速為1250125r/min。5.2.3 傳動軸的計算與校核（1）預(yù)算最小軸徑取每根軸之間的間距為350，則玻璃最少橫跨10根軸，因此每根軸所提供的最大摩擦力為因此每根軸的功率為軸材料選用45號鋼，則傳動軸的最小直徑為軸徑上面有兩個鍵槽，軸徑應(yīng)增大10%-15%，即為16.8。軸

29、徑最終選取為30。（2）軸的理論校核18從軸的受力方面看，軸的兩軸承之間的中點面為最危險截面，因此只需校核此截面。彎扭合成強度校核計算為了簡化計算，假設(shè)重力在軸上分布均勻，并且在這之外的區(qū)域也有均布。此時截面的彎矩彎矩因此軸的彎扭合成強度條件為軸滿足彎扭合成強度條件。軸的剛度校核計算軸滿足剛度校核條件。5.2.4 V帶傳動的設(shè)計與計算（1）確定計算功率（2）選擇V帶的帶型選取A型普通V帶。（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗算帶速初取，則帶速（4）確定中心距啊，并選擇V帶的基準(zhǔn)長度初選中心距為500mm，最后算得所需基準(zhǔn)長度為1400mm，實際中心距493.29mm。（5）驗算小帶輪上的包角（6）確定

30、帶的根數(shù)z由于帶的速度較慢，一般要求帶的根數(shù)要多一些，因此選擇5根。5.2.5 軸承的配置與軸承座的選定合理的軸承配置應(yīng)考慮軸在機器中有正確的位置，為防止軸向竄動及軸受熱膨脹后不將軸承卡死。（本濺射室溫度能達200）。對于跨距較大（大于350mm）且工作溫度較高的軸，其伸長量大，應(yīng)采用一支點雙向固定，另一支點游動的支承結(jié)構(gòu)。作為固定支承的軸承，應(yīng)能承受雙向載荷，故內(nèi)外圈在軸向都要固定。作為補償軸的熱膨脹的游動支承，若使用的是內(nèi)外圈不可分離型軸承，只需固定內(nèi)圈，其外圈在座孔內(nèi)應(yīng)可以軸向游動；若使用的是分離型的圓柱滾子軸承或滾針軸承，則內(nèi)外圈都要固定，當(dāng)軸向載荷較大時，作為固定的支點可以采用向心軸

31、承組合在一起的結(jié)構(gòu)；也可以采用兩個角接觸球軸承（或圓錐滾子軸承）“背對背”或“面對面”組合一起的結(jié)構(gòu)。綜合以上的考慮，本設(shè)計選用深溝球軸承，并采用一支點雙向固定，另一端支點游動。對于深溝球軸承（內(nèi)外圈不可分離型），對雙向固定端，內(nèi)外圈均要固定；而對作為補償軸的熱膨脹的游動支承，只需固定內(nèi)圈，其外圈在座孔內(nèi)應(yīng)可軸向移動。根據(jù)軸徑為30mm，查機械設(shè)計手冊，可選到深溝球軸承，代號為6306。根據(jù)6306軸承選定軸承座型號為：SN306。5.2.6 軸承密封與傳動軸動密封的設(shè)計（1）軸承密封裝置的設(shè)計據(jù)真空設(shè)計手冊上動密封形式，選用材料密封件是氟橡膠。因氟橡膠具有如下特性：具有良好的耐高溫、耐油和化

32、學(xué)穩(wěn)定性。使用溫度在左右，長期去氣溫度達，短期去氣溫度可達,在烘烤條件下，氟橡膠放氣率也很低。（2）傳動軸動密封的設(shè)計真空動密封連接結(jié)構(gòu)與工作在常壓下的密封結(jié)構(gòu)有所不同。這種密封除了要求其結(jié)構(gòu)本身有足夠的強度、壽命和合理的外形尺寸等外，針對真空的特點，它還必須保證密封的可靠性。即動密封連接在長期工作中必須保證外界環(huán)境不向真空容器內(nèi)漏氣或使漏氣維持在設(shè)計要求的范圍之內(nèi)。在此，采用O型橡膠密封圈結(jié)構(gòu)的接觸式真空動密封。O型橡膠密封圈不但能傳遞圓周速度不大于2m/s的旋轉(zhuǎn)運動，而且還能傳遞真空度不高于1.3×10-4Pa，速度小于0.2m/s的直線運動。在這里完全符合傳動與密封要求，并且技

33、術(shù)成熟，價格低廉。5.3 平面磁控濺射靶的選擇與計算5.3.1 平面磁控濺射靶的類型選擇磁控濺射靶主要分為：同軸圓柱形磁控濺射靶、平面磁控濺射靶、S槍磁控濺射靶三種。其中，平面磁控濺射靶又分為圓形平面磁控濺射靶和矩形平面磁控濺射靶兩種。同軸圓柱形磁控測射靶的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，靶材利用率較平面矩形靶高。但缺點是在濺射時，整個靶表面上為多個輝光環(huán)，不能形成連續(xù)的條形輝光，故在鍍制大面積的膜層時，膜層表面的均勻性差，很難滿足要求。平面磁控濺射靶的特點是結(jié)構(gòu)簡單，通用性強，膜層均勻性與重復(fù)性好。但缺點是靶材的利用率低，一般約為20%左右。當(dāng)輝光區(qū)，即磁力線分布區(qū)域的靶材消耗到一定程度時，將形成條形凹坑，

34、靶材體變薄，凹坑深度達到一定程度時，靶材就不能繼續(xù)使用。S槍磁控濺射靶由于其特殊的靶形和冷卻方式，使其具有靶材利用率高、膜厚分布均勻、靶功率密度大和易于更換靶材等優(yōu)點。但是S槍磁控濺射靶的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、磁場計算困難。矩形平面磁控濺射靶雖然從基本原理方面看劣勢較多，但近年來矩形濺射靶的研究和改進不斷。現(xiàn)如今的矩形濺射靶已經(jīng)非常成熟、先進，并且在工業(yè)生產(chǎn)中成功應(yīng)用。從以上各個方面，并且聯(lián)系生產(chǎn)實際，本設(shè)計采用矩形平面磁控濺射靶。但是一般的磁控濺射靶存在兩個主要的問題：靶的電弧放電問題，陽極消失問題。因此，目前國內(nèi)外采用一種用中頻電源供電的孿生靶進行磁控濺射，即“Twin Targets”。 中頻濺射常

35、用于濺射兩個靶，通常為并排的兩個靶，尺寸和外形全部相同，因此這兩個靶常稱為孿生靶。孿生靶在濺射室中懸浮安裝，在濺射過程中，兩個靶周期性輪流作為陰極與陽極，既抑制了打火，而且由于消除了普通直流反應(yīng)磁控濺射中的陽極消失現(xiàn)象，從而使濺射過程得以穩(wěn)定進行。中頻孿生磁控濺射具有以下優(yōu)點：（1）可以得到高的沉積速率；（2）濺射過程可以始終穩(wěn)定地工作在設(shè)定的工作點上；（3）由于消除了打火現(xiàn)象，缺陷密度較普通直流磁控濺射要小幾個數(shù)量級；（4）由于交流反應(yīng)濺射時到達基板的原子平均釋放的能量高于直流反應(yīng)濺射的值，因此在沉積過程中基板溫度較高，沉積膜會更致密，與基板的結(jié)合會更牢固。近幾年，新型的大面積孿生磁控濺射源

36、的誕生，又克服了傳統(tǒng)的孿生磁控濺射源如下所述的缺點：a磁控濺射源與直流電連接，長期使用后容易在磁控濺射源表面形成污物；b磁控濺射源的磁鋼與冷卻用的水路共用一個通道，磁鋼泡在冷卻水中，長期使用后容易退磁和腐蝕19。因此，磁控濺射靶采用孿生矩形靶。圖5.3.1為孿生靶安裝示意圖圖5.3.1矩形孿生靶安裝示意圖5.3.2 平面磁控濺射靶水冷系統(tǒng)的設(shè)計與計算（1）冷卻水管內(nèi)徑的計算本設(shè)計的濺射靶靶材的尺寸為，一般陰極設(shè)計的功率密度通常工程應(yīng)用取1520。因此，濺射靶的功率為根據(jù)此設(shè)計靶的結(jié)構(gòu)，水冷系統(tǒng)分成了四個部分，相當(dāng)于計算功率為原來的四分之一，因此冷卻水管內(nèi)徑為取管徑。（2）冷卻水管長度的計算濺射

37、電壓為300600V，所以濺射鍍膜裝置冷卻水管的長度L為從靶的結(jié)構(gòu)上看，冷卻水管的長度一定比600mm要大，具體的長度大小要根據(jù)實際裝配之間的關(guān)系來算。5.4 抽氣系統(tǒng)的設(shè)計與計算5.4.1 選泵與配泵本系統(tǒng)采用分子泵和羅茨泵作為主泵，選用旋片泵作為預(yù)抽泵和前級泵。圖5.4.1為抽氣系統(tǒng)示意圖。圖5.4.1抽氣系統(tǒng)示意圖主泵可以利用下面的經(jīng)驗公式計算。式中：V鍍膜室的體積，L。所以，分子泵的抽速為：選用10臺抽速為3500的F400/3500型渦輪分子泵。羅茨泵的抽速可由下式算出：因此，選用ZJP70的羅茨泵作為分子泵的前級泵。通常，羅茨泵所配前級泵抽速根據(jù)經(jīng)驗公式計算，旋片泵的抽速為：選用2

38、XZ15的旋片泵作為羅茨泵的前級泵及真空系統(tǒng)的預(yù)抽泵。5.4.2 抽氣時間的計算（1）鍍膜機抽氣系統(tǒng)的氣體來源真空鍍膜機的鍍膜室中，主要有如下幾種氣源：抽空前真空室、管道、閥門、阱等元件中所含有的空氣；原片玻璃所放出的氣體量；靶材所放出的氣體；真空室內(nèi)壁及室內(nèi)所有構(gòu)件表面因壓強降低和溫度升高所釋放出來的氣體量；從真空室外漏入到系統(tǒng)內(nèi)的氣體量。上述五項氣源中，第一項對計算高真空泵而言，這部分氣體主要在抽氣系統(tǒng)預(yù)抽真空時被預(yù)抽真空泵抽走，因而它只是作為選擇預(yù)抽真空泵縮短預(yù)抽時間的依據(jù)。由于各種材料的放氣量不但數(shù)字差別很大，而且也不完整。因此，高真空的抽氣時間的計算結(jié)果與實際就有一定的出入。（2）預(yù)

39、抽時間計算分子泵啟動前先用選片泵預(yù)抽至10Pa，預(yù)抽管道大小和選片泵進氣口徑一致。則選片泵從大氣壓抽到10Pa的抽氣時間為：（2）分子泵抽氣時間計算分子泵抽氣范圍為，抽氣管道直徑為200mm，管道長1000mm。由于過渡態(tài)流導(dǎo)的計算比較復(fù)雜，工程上允許用分子流導(dǎo)計算代替。這樣不但計算簡單而且設(shè)計偏于安全，因此可以將這個過程全部當(dāng)做高真空抽氣來計算。對于高真空抽氣，有一些特殊的地方要考慮。這時容器中空間的氣體已經(jīng)大大減少了，而其他氣源越來越成為主要的氣體負荷。其中有：微漏，滲漏，蒸發(fā)，表面解吸。高真空領(lǐng)域的抽氣，實際上是對伴隨排氣過程的變化所產(chǎn)生的放氣流量的排除。常用的近似計算高真空抽氣時間的方

40、法有解析法和圖表法。本設(shè)計采用的是解析法。真空室的主要表面放氣的對象及放氣率分別如下：真空室內(nèi)表面： 濺射靶： 輸送軸： 隔離板： 利用解析法的求解方程：分別在壓強為10Pa和壓強為時的時間t，二者相減可以得到高真空的抽氣時間所以，總的抽氣時間為23min，再加上分子泵啟動時間，仍然滿足要求。5.5 機架的設(shè)計與計算5.5.1 磁控濺射真空鍍膜室總重估算真空室：六塊鋼板組成，鋼的密度為7.85g/cm3，則真空室殼體總重約20724Kg；矩形靶：每個靶大約300Kg，總重600Kg；玻璃：玻璃最大尺寸為3600mm×2540mm×10mm，密度為2.6g/cm3，質(zhì)量為24

41、1.7Kg；傳動軸：每根約15.6Kg，總重為203Kg；軸承座：每個約2.1Kg，總重為54.6Kg；滾輪：每個0.5Kg，總重110.5Kg；平帶輪：每個1.6Kg，總重40Kg；V帶輪：大帶輪2Kg。因此，磁控濺射真空鍍膜室總重約為21975Kg。5.5.2 機架的結(jié)構(gòu)設(shè)計機架采用槽鋼構(gòu)成，根據(jù)機械設(shè)計手冊選擇槽鋼型號為10#。（10槽鋼在平放時一米跨度能承受集中力為13.4KN，立放時一米跨度能承受集中力為34.1KN17），滿足設(shè)計要求。圖5.5.2為機架結(jié)構(gòu)三維圖。圖5.5.2機架結(jié)構(gòu)三維圖5.6工藝氣體的分布的分析與設(shè)計由于市場對膜層顏色的均勻性（即在整個鍍膜玻璃表面上膜層厚度的

42、平坦性）等方面的要求不斷增長，濺射氣體的充入就顯得特別重要了。對于在純氬氣環(huán)境中進行的金屬濺射工藝，只要一個氣體分布系統(tǒng)管路就足夠了（見圖5.6（a）。由于在流導(dǎo)上存在著差異，從氣體噴嘴處噴出的氣體量會從中心向兩端逐漸減少。不過這不會對膜層的均勻性造成影響。但對于反應(yīng)濺射工藝，則必須采用一個二元的布氣系統(tǒng)（見圖5.6（b）。在這個系統(tǒng)中，每個噴嘴對于濺射氣體的流導(dǎo)都是一致的，所以在整個陰極上可以得到均衡的氣體的比例和數(shù)量。布氣管路直接排布在陰極的一側(cè)或兩側(cè)。（a）（b）圖5.6 濺射氣體分布系統(tǒng) （a）單管布氣系統(tǒng)；（b）二元管布氣系統(tǒng)結(jié)論本設(shè)計將磁控濺射技術(shù)應(yīng)用到大尺寸玻璃鍍膜的研究和開發(fā)之中，設(shè)計出相應(yīng)的生產(chǎn)裝置和系統(tǒng)，并進行一系列的基礎(chǔ)理論研究和成膜工藝研究以優(yōu)化工藝的流程和薄膜的性能，從而提高大尺寸玻璃的成膜質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本文介紹了磁控濺射鍍膜原理以及大尺寸磁控濺射鍍膜生產(chǎn)線的組成與各部分作用。采用由中頻電源供電的矩形平面孿生靶磁控濺射技術(shù),從而較好的克服了靶的電弧放電問題和陽極消失問題，保證了長時間內(nèi)能獲得較高的沉積速率和維持穩(wěn)定的鍍膜狀態(tài)，因而能夠很好的適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。在闡述磁控濺射技