機(jī)電助理工程師職稱(chēng)論文

1、機(jī)電助理工程師職稱(chēng)論文（淺析機(jī)電技術(shù)在真空磁控濺射鍍膜設(shè)備上的應(yīng)用）蔣攀成都巨峰玻璃有限公司（157廠）2016年8月目錄摘要11 機(jī)電技術(shù)簡(jiǎn)概22 真空磁控濺射鍍膜原理及其特點(diǎn)22.1 真空磁控濺射鍍膜原理22.2 真空磁控濺射鍍膜特點(diǎn)23 真空磁控濺射鍍膜設(shè)備33.1 機(jī)械部分33.1.1 真空室33.1.1.1 殼體33.1.1.2 真空室門(mén)33.1.1.3 真空室冷卻套43.1.2 磁控濺射靶43.1.2.1 磁場(chǎng)強(qiáng)度43.1.2.2 磁場(chǎng)均勻性53.1.2.3 磁控濺射靶的水冷系統(tǒng)53.1.3 工作架53.1.3.1 摩擦傳動(dòng)工作架53.1.3.2 齒輪傳動(dòng)工作架53.1.4 充氣布

2、氣系統(tǒng)53.1.4.1 充氣布?xì)夤苈?3.1.4.2 充氣布?xì)獾目刂?3.1.5 真空系統(tǒng)63.1.5.1 典型真空系統(tǒng)63.1.6 加熱系統(tǒng)63.1.6.1 加熱器63.1.6.2 測(cè)溫裝置63.2 控制部分73.2.1 電導(dǎo)入導(dǎo)出系統(tǒng)73.2.1.1 絕緣與導(dǎo)電性能要求73.2.1.2 密封性能要求73.2.2 電氣控制系統(tǒng)83.2.2.1 傳感器83.2.2.2 電路83.2.2.3 終端84參考文獻(xiàn)8附圖1 9III摘要常言道：兵馬未動(dòng)，糧草先行。設(shè)備對(duì)于企業(yè)的重要性不言而喻，設(shè)備是技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)，更是批量生產(chǎn)的保障。真空磁控濺射鍍膜設(shè)備是保障軍用航空透明件鍍制透明導(dǎo)電膜的關(guān)鍵，而機(jī)電

3、技術(shù)在真空磁控濺射鍍膜設(shè)備上有著眾多應(yīng)用。設(shè)備人員了解真空磁控濺射鍍膜設(shè)備的結(jié)構(gòu)及其工作方式，有助于其保養(yǎng)、維修以及改進(jìn)；技術(shù)人員掌握真空磁控濺射鍍膜設(shè)備的相關(guān)知識(shí)并綜合應(yīng)用，有助于減少生產(chǎn)成本、縮短研發(fā)周期以及提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：機(jī)電技術(shù)、真空磁控濺射技術(shù)、真空磁控濺射鍍膜設(shè)備。機(jī)電助理工程師職稱(chēng)論文（淺析機(jī)電技術(shù)在真空磁控濺射鍍膜設(shè)備上的應(yīng)用）21 機(jī)電技術(shù)簡(jiǎn)概機(jī)電技術(shù)是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等多技術(shù)融合構(gòu)成的一門(mén)獨(dú)立的交叉學(xué)科。現(xiàn)代科技技術(shù)的發(fā)展對(duì)機(jī)電技術(shù)的發(fā)展起著巨大的推進(jìn)作用，使得機(jī)電技術(shù)逐漸趨向于高精度化、高柔性化以及高智能化等。2 真空磁

4、控濺射鍍膜原理及其特點(diǎn)真空磁控濺射鍍膜設(shè)備是在直流濺射陰極靶中增加了磁場(chǎng)，利用磁場(chǎng)的洛倫茲力束縛和延長(zhǎng)電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，導(dǎo)致氣體分子的離化率增加，使得轟擊靶材的高能離子增多和轟擊被鍍基片的高能電子的減少。2.1 真空磁控濺射鍍膜原理在壓力為10-110-2Pa的真空容器內(nèi)，在兩個(gè)電極間加上由高輸出阻抗直流電源控制的直流電壓，低壓氣體會(huì)產(chǎn)生輝光放電效應(yīng)并進(jìn)行離化，離化后的正離子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速入射到陰極靶材表面，入射離子與靶材中的原子（分子）和電子相互作用，擊出陰極靶材的原子（分子）；擊出陰極靶材的原子（分子）具有一定的能量，它們可以重新沉積凝聚在基片表面形成薄膜。而離化后的電子在磁場(chǎng)的洛倫茲

5、力和電場(chǎng)的的電場(chǎng)力共同作用下，在靶表面附近以旋輪線和螺旋線的復(fù)合形式做回旋運(yùn)動(dòng)，使電子的運(yùn)動(dòng)被電磁場(chǎng)束縛在靠近靶表面的等離子區(qū)域內(nèi)，使其達(dá)到陽(yáng)極的行程大大增長(zhǎng)，從而極大程度地增加了濺射氣體的離化率和濺射速率。2.2 真空磁控濺射鍍膜特點(diǎn)工作參數(shù)有大的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍，鍍膜沉積速度和厚度（鍍膜區(qū)域的狀態(tài)）容易控制；對(duì)磁控靶的幾何形狀沒(méi)有設(shè)計(jì)上的限制，以保證鍍膜均勻性；膜層沒(méi)有液滴顆粒的問(wèn)題；幾乎所有金屬、合金和陶瓷材料都可以制成靶材料；通過(guò)直流或射頻磁控濺射，可以生成純金屬或配比精確恒定的合金鍍膜，以及氣體參與的金屬反應(yīng)膜，滿足各類(lèi)薄膜等多樣和高精度要求。3 真空磁控濺射鍍膜設(shè)備真空磁控濺射鍍膜設(shè)備

6、在機(jī)電技術(shù)上可分為機(jī)械部分以及控制部分。機(jī)械部分可分為真空鍍膜室、磁控濺射靶、工作架、充氣布?xì)庀到y(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)?？刂撇糠挚煞譃殡妼?dǎo)入導(dǎo)出系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)。3.1 機(jī)械部分3.1.1 真空室真空室是真空鍍膜設(shè)備的核心部件，各種真空鍍膜工藝必須在真空室中進(jìn)行。真空室為承受外壓的容器，對(duì)于不帶水冷套的真空室，其內(nèi)外壓差的最大值相當(dāng)于大氣壓；若鍍膜室?guī)в兴涮?，其?nèi)外壓差除大氣壓力外，還應(yīng)加上水冷套冷卻水的最大工作壓力。因此，對(duì)真空室的材質(zhì)要求是可焊性好、氣密性優(yōu)異。真空室可分三個(gè)部分：殼體、真空室門(mén)、真空室冷卻套。3.1.1.1 殼體殼體的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工制造和內(nèi)部構(gòu)件的組裝，工作時(shí)應(yīng)便于操

7、作，且應(yīng)具有良好的剛度穩(wěn)定性，特別是在熱態(tài)工作條件下，大多數(shù)鍍膜設(shè)備采用圓筒形或矩形的金屬焊接結(jié)構(gòu)。為減小殼體的壁厚常常使用加強(qiáng)圈或者加強(qiáng)筋。3.1.1.2 真空室門(mén)真空室門(mén)通常由法蘭、門(mén)板、傳動(dòng)鉸鏈、預(yù)緊機(jī)構(gòu)等組成。其中門(mén)板有凸形和平板形。真空室門(mén)按其形狀按其形狀分有圓形和矩形兩種，圓形門(mén)用得較多。真空室門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉可以用手動(dòng)方式，也可采用自動(dòng)方式，其開(kāi)啟、關(guān)閉、夾緊與放松的動(dòng)力可以是液壓、氣動(dòng)或電動(dòng)，其夾緊機(jī)構(gòu)的類(lèi)型有絲桿螺母機(jī)構(gòu)、偏心機(jī)構(gòu)、楔形機(jī)構(gòu)等。真空室門(mén)受大氣壓力影響，容易損壞密封圈，因此，密封槽的截面積要大于密封圈的截面積，且能允許密封圈變形30%。3.1.1.3 真空室冷卻套

8、真空室的冷卻可以采用風(fēng)冷（自然冷卻），也可以采用水冷。水冷有兩種形式，一種是將水管螺旋式地焊在真空室外壁，另一種是在真空室外壁加裝水冷套。熱負(fù)載較大時(shí)，宜采用冷卻水套；熱負(fù)載較小時(shí)用水管冷卻；熱負(fù)載再小時(shí)，可用風(fēng)冷；3.1.2 磁控濺射靶在磁控濺射鍍膜設(shè)備中，最重要的部件是磁控濺射靶，它是磁控濺射鍍膜設(shè)備的“心臟”。陰極磁控濺射靶的特性直接與濺射工藝的穩(wěn)定性和膜層的特性相關(guān)，與靶材的利用率及鍍膜成本相關(guān)。陰極磁控靶的設(shè)計(jì)不僅要考慮靶面的磁場(chǎng)分布、工作氣體分布、靶的濺射速率、沉積速率以及靶材的利用率有關(guān)，還要考慮靶源的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、磁屏蔽、冷卻、密封和絕緣等諸多因素。其中電磁場(chǎng)的分布直接決定了等離

9、子體的特性，需重點(diǎn)考慮。電磁場(chǎng)的分布可以從兩個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)：磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)均勻性。同時(shí)，為保證磁控濺射靶的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須設(shè)置相應(yīng)的水冷系統(tǒng)。3.1.2.1 磁場(chǎng)強(qiáng)度靶磁場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致沉積速率降低，并且可能引起非靶材原件的濺射而污染薄膜；但如果靶磁場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高，盡管其初始濺射速率可以很高，但是會(huì)導(dǎo)致靶刻蝕形貌很窄很尖，從而導(dǎo)致靶的利用率迅速降低。因此，適中的靶磁場(chǎng)強(qiáng)度，既有一定的濺射速率，也能保障良好的靶材利用率。3.1.2.2 磁場(chǎng)均勻性總的來(lái)說(shuō)，磁場(chǎng)在整個(gè)矩形靶面范圍必須一致，不一致的磁場(chǎng)將引起靶材的異?？涛g和薄膜厚度不均勻。3.1.2.3 磁控濺射靶的水冷系統(tǒng)靶的冷卻很重要，特別是使用電

10、流密度高的磁控靶時(shí)。對(duì)于價(jià)格適中的整體金屬靶可直接用水冷卻靶的背面。3.1.3 工作架工作架的作用是在真空室中夾持工件?；某叽纭?shù)量、日產(chǎn)量，允許的卡具標(biāo)記，熱膨脹系數(shù)，裝卡方式，熱沖擊阻抗，除氣特性，厚度均勻性及特殊操作要求等因素決定了采用何種結(jié)構(gòu)的工作架及如何旋轉(zhuǎn)基片。理論上，工作架的轉(zhuǎn)速越快，膜厚均勻性越好，但由于振動(dòng)、慣性等因素的影響，轉(zhuǎn)速過(guò)快會(huì)帶來(lái)諸多不利影響，故轉(zhuǎn)世應(yīng)適中。在真空磁控濺射鍍膜設(shè)備中常用工作架有摩擦傳動(dòng)工作架以及齒輪傳動(dòng)工作架。3.1.3.1 摩擦傳動(dòng)工作架摩擦傳動(dòng)工作架是利用摩擦的原理進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其特點(diǎn)是：加工容易，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，但運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易丟轉(zhuǎn)。3.1.3.2

11、 齒輪傳動(dòng)工作架齒輪傳動(dòng)工作架是利用齒輪嚙合的原理實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)動(dòng)，其特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)速恒定。3.1.4 充氣布?xì)庀到y(tǒng)充氣布?xì)庀到y(tǒng)是通過(guò)提供濺射（工作）氣體以及反應(yīng)氣體依靠機(jī)械部件表面的碰撞和自身的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到充氣布?xì)獾木鶆蛐裕瑥亩ＷC沉積膜層的均勻性和濺射沉積過(guò)程的穩(wěn)定性。充氣布?xì)庀到y(tǒng)可分為：充氣布?xì)夤苈泛统錃獠細(xì)獾目刂啤?.1.4.1 充氣布?xì)夤苈烦錃獠細(xì)夤苈酚袃煞N結(jié)構(gòu)形式：噴嘴型和二元型。3.1.4.2 充氣布?xì)獾目刂颇壳捌毡椴捎镁哂芯雀?、響?yīng)速度快、軟啟動(dòng)穩(wěn)定可靠、工作電壓范圍寬等特點(diǎn)的質(zhì)量流量控制器。3.1.5 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)為鍍膜工藝提供了接近太空的潔凈環(huán)境以及輝光放電的低壓條件。因其工作

12、對(duì)象的不同，其抽氣特性也有很大差別。下面簡(jiǎn)介一種普通鍍膜設(shè)備用典型真空系統(tǒng)。3.1.5.1 典型真空系統(tǒng)典型真空系統(tǒng)只適用于沒(méi)有特殊的無(wú)油清潔要求的鍍膜工藝。系統(tǒng)的主泵為有擴(kuò)散泵，泵上方設(shè)有水冷擋板（阱），主泵的前級(jí)泵為機(jī)械泵或羅茨泵機(jī)組，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖1。3.1.6 加熱系統(tǒng)真空磁控濺射鍍膜設(shè)備的加熱系統(tǒng)是用以滿足真空系統(tǒng)的烘烤和提供薄膜生長(zhǎng)所需的溫度條件的系統(tǒng)?；臏囟葘?duì)薄膜的特性有很大的影響，如膜基結(jié)合力、薄膜的結(jié)晶度、薄膜晶體的擇優(yōu)取向、薄膜的內(nèi)應(yīng)力、導(dǎo)電薄膜的面電阻值等。加熱系統(tǒng)可分為加熱器和測(cè)溫裝置。3.1.6.1 加熱器通常基片加熱可采用加熱罩加熱工件架或采用加熱基片底座的方式，

13、利用輻射傳遞來(lái)對(duì)基片進(jìn)行烘烤加熱。3.1.6.2 測(cè)溫裝置為測(cè)量和控制加熱烘烤溫度，在真空磁控濺射鍍膜設(shè)備必須設(shè)置測(cè)溫和控溫裝置。測(cè)溫方式分為非接觸式測(cè)溫和接觸式測(cè)溫；非接觸式測(cè)溫一般采用熱電偶作為測(cè)溫元件，因?yàn)槭欠墙佑|式測(cè)量，其溫度偏差自然較高；接觸式測(cè)溫與被測(cè)物體接觸良好，其測(cè)溫精度高，響應(yīng)快。3.2 控制部分3.2.1 電導(dǎo)入導(dǎo)出系統(tǒng)在真空磁控濺射鍍膜設(shè)備上，必須向真空室導(dǎo)入電能或?qū)С鲭娦盘?hào)。向真空室導(dǎo)入電能可以為磁控濺射靶和加熱系統(tǒng)提供電源，電信號(hào)的引出可以獲得真空室當(dāng)前真空度及溫度信號(hào)。電導(dǎo)入導(dǎo)出系統(tǒng)有絕緣性能、導(dǎo)電性能、密封性能等要求。電導(dǎo)入導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)鍍膜工藝參數(shù)的不同而不

14、同。3.2.1.1 絕緣與導(dǎo)電性能要求 導(dǎo)入導(dǎo)出電極及其接線的截面積應(yīng)根據(jù)通過(guò)電流及所選材料來(lái)確定； 導(dǎo)入導(dǎo)出電極必須與連接密封處絕緣，絕緣材料應(yīng)根據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出電極的工作電壓的大小、工作溫度和影響等因素進(jìn)行選擇。 應(yīng)避免各種金屬材料濺射到導(dǎo)入導(dǎo)出的絕緣材料上，以避免造成漏電、短路、放電等問(wèn)題。 導(dǎo)入導(dǎo)出電源頻率對(duì)電極及密封材料無(wú)影響。 溫度對(duì)其絕緣性能、導(dǎo)電性能影響不大。3.2.1.2 密封性能要求 采用真空橡膠密封結(jié)構(gòu)的導(dǎo)入導(dǎo)出電極裝置，如果通過(guò)的電流很大，則產(chǎn)生的熱量可能會(huì)使密封材料失效。此時(shí)，應(yīng)采用水冷設(shè)施。 為保證真空密封可靠，導(dǎo)電電極棒應(yīng)較高的精度和較小的表面粗糙度。 真空室內(nèi)的引電裝

15、置盡可能可拆卸的連接密封，這樣便于維修。 高真空系統(tǒng)的導(dǎo)入導(dǎo)出線能承受450高溫烘烤。3.2.1.3 結(jié)構(gòu)形式要求電導(dǎo)入導(dǎo)出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式與工藝參數(shù)中的工作電壓、電流、頻率、溫度以及工作氣壓等條件有關(guān)。3.2.2 電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)是真空磁控濺射鍍膜的“神經(jīng)中樞”，它通過(guò)模擬電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路以及數(shù)字電路處理對(duì)電導(dǎo)入導(dǎo)出系統(tǒng)導(dǎo)出的電信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的控制。電氣控制系統(tǒng)有:傳感器、電路、操作及顯示面板。3.2.2.1 傳感器傳感器是能將某一物理量轉(zhuǎn)換與之有確定對(duì)于關(guān)系的電量輸出的器件。它在真空磁控濺射鍍膜設(shè)備有許多應(yīng)用。真空度：電阻規(guī)和電離規(guī)，溫度：熱電偶或者電阻片，工作氣體及反應(yīng)氣體的

16、流量：流量計(jì)，濺射電壓及電流：電壓表和電流表，工作架轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速傳感器，鍍膜時(shí)間：計(jì)時(shí)器等。3.2.2.2 電路電路的作用，將傳感器測(cè)量出的電壓或電流信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、放大、整流、模數(shù)轉(zhuǎn)換后作用于PLC的輸入端，再經(jīng)過(guò)PLC內(nèi)部程序（如：比較測(cè)量信號(hào)與設(shè)定信號(hào)的差值，做出相應(yīng)調(diào)整或根據(jù)操作面板上的按鈕控制相應(yīng)的系統(tǒng)動(dòng)作），由PLC的輸出端作用于真空磁控濺射設(shè)備的分系統(tǒng)或者輸出設(shè)備（顯示面板）上。3.2.2.3 操作及顯示面板操作面板實(shí)際是一種輸入設(shè)備、而顯示設(shè)備是一種輸出設(shè)備。通常，我們可以通過(guò)操作面板來(lái)調(diào)節(jié)顯示面板上的參數(shù)。但我相信，在將來(lái)，機(jī)電技術(shù)趨向于高度智能化，我們不必調(diào)節(jié)操作面板便能得到與預(yù)設(shè)參數(shù)一致的工藝參數(shù)，從而保證工件生產(chǎn)效率、膜層的均勻性、面電阻的高精度以及工藝的穩(wěn)定性。4參考文獻(xiàn)1張以忱.真空鍍膜設(shè)備M.