機電助理工程師職稱論文

1、機電助理工程師職稱論文（淺析機電技術在真空磁控濺射鍍膜設備上的應用）蔣攀成都巨峰玻璃有限公司（157廠）2016年8月目錄摘要11 機電技術簡概22 真空磁控濺射鍍膜原理及其特點22.1 真空磁控濺射鍍膜原理22.2 真空磁控濺射鍍膜特點23 真空磁控濺射鍍膜設備33.1 機械部分33.1.1 真空室33.1.1.1 殼體33.1.1.2 真空室門33.1.1.3 真空室冷卻套43.1.2 磁控濺射靶43.1.2.1 磁場強度43.1.2.2 磁場均勻性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 摩擦傳動工作架53.1.3.2 齒輪傳動工作架53.1.4 充氣布

2、氣系統(tǒng)53.1.4.1 充氣布氣管路63.1.4.2 充氣布氣的控制63.1.5 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 測溫裝置63.2 控制部分73.2.1 電導入導出系統(tǒng)73.2.1.1 絕緣與導電性能要求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8附圖1 9III摘要常言道：兵馬未動，糧草先行。設備對于企業(yè)的重要性不言而喻，設備是技術研發(fā)的基礎，更是批量生產(chǎn)的保障。真空磁控濺射鍍膜設備是保障軍用航空透明件鍍制透明導電膜的關鍵，而機電

3、技術在真空磁控濺射鍍膜設備上有著眾多應用。設備人員了解真空磁控濺射鍍膜設備的結(jié)構及其工作方式，有助于其保養(yǎng)、維修以及改進；技術人員掌握真空磁控濺射鍍膜設備的相關知識并綜合應用，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。關鍵詞：機電技術、真空磁控濺射技術、真空磁控濺射鍍膜設備。機電助理工程師職稱論文（淺析機電技術在真空磁控濺射鍍膜設備上的應用）21 機電技術簡概機電技術是由計算機技術、信息技術、機械技術、電子技術、控制技術、光學技術等多技術融合構成的一門獨立的交叉學科?，F(xiàn)代科技技術的發(fā)展對機電技術的發(fā)展起著巨大的推進作用，使得機電技術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真空磁控濺射鍍膜設備是在直流濺射陰極靶中增加了磁場，利用磁場的洛倫茲力束縛和延長電子在電場中的運動軌跡，導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，低壓氣體會產(chǎn)生輝光放電效應并進行離化，離化后的正離子經(jīng)過電場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的洛倫茲

5、力和電場的的電場力共同作用下，在靶表面附近以旋輪線和螺旋線的復合形式做回旋運動，使電子的運動被電磁場束縛在靠近靶表面的等離子區(qū)域內(nèi)，使其達到陽極的行程大大增長，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工作參數(shù)有大的動態(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；對磁控靶的幾何形狀沒有設計上的限制，以保證鍍膜均勻性；膜層沒有液滴顆粒的問題；幾乎所有金屬、合金和陶瓷材料都可以制成靶材料；通過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膜，滿足各類薄膜等多樣和高精度要求。3 真空磁控濺射鍍膜設備真空磁控濺射鍍膜設備

6、在機電技術上可分為機械部分以及控制部分。機械部分可分為真空鍍膜室、磁控濺射靶、工作架、充氣布氣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)?？刂撇糠挚煞譃殡妼雽С鱿到y(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)。3.1 機械部分3.1.1 真空室真空室是真空鍍膜設備的核心部件，各種真空鍍膜工藝必須在真空室中進行。真空室為承受外壓的容器，對于不帶水冷套的真空室，其內(nèi)外壓差的最大值相當于大氣壓；若鍍膜室?guī)в兴涮祝鋬?nèi)外壓差除大氣壓力外，還應加上水冷套冷卻水的最大工作壓力。因此，對真空室的材質(zhì)要求是可焊性好、氣密性優(yōu)異。真空室可分三個部分：殼體、真空室門、真空室冷卻套。3.1.1.1 殼體殼體的結(jié)構應便于加工制造和內(nèi)部構件的組裝，工作時應便于操

7、作，且應具有良好的剛度穩(wěn)定性，特別是在熱態(tài)工作條件下，大多數(shù)鍍膜設備采用圓筒形或矩形的金屬焊接結(jié)構。為減小殼體的壁厚常常使用加強圈或者加強筋。3.1.1.2 真空室門真空室門通常由法蘭、門板、傳動鉸鏈、預緊機構等組成。其中門板有凸形和平板形。真空室門按其形狀按其形狀分有圓形和矩形兩種，圓形門用得較多。真空室門的開啟和關閉可以用手動方式，也可采用自動方式，其開啟、關閉、夾緊與放松的動力可以是液壓、氣動或電動，其夾緊機構的類型有絲桿螺母機構、偏心機構、楔形機構等。真空室門受大氣壓力影響，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。熱負載較大時，宜采用冷卻水套；熱負載較小時用水管冷卻；熱負載再小時，可用風冷；3.1.2 磁控濺射靶在磁控濺射鍍膜設備中，最重要的部件是磁控濺射靶，它是磁控濺射鍍膜設備的“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，與靶材的利用率及鍍膜成本相關。陰極磁控靶的設計不僅要考慮靶面的磁場分布、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，還要考慮靶源的導電、導熱、磁屏蔽、冷卻、密封和絕緣等諸多因素。其中電磁場的分布直接決定了等離

9、子體的特性，需重點考慮。電磁場的分布可以從兩個方面進行設計：磁場強度和磁場均勻性。同時，為保證磁控濺射靶的正常運轉(zhuǎn)，必須設置相應的水冷系統(tǒng)。3.1.2.1 磁場強度靶磁場強度過低，會導致沉積速率降低，并且可能引起非靶材原件的濺射而污染薄膜；但如果靶磁場強度過高，盡管其初始濺射速率可以很高，但是會導致靶刻蝕形貌很窄很尖，從而導致靶的利用率迅速降低。因此，適中的靶磁場強度，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 磁場均勻性總的來說，磁場在整個矩形靶面范圍必須一致，不一致的磁場將引起靶材的異?？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。對于價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。基片的尺寸、數(shù)量、日產(chǎn)量，允許的卡具標記，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、慣性等因素的影響，轉(zhuǎn)速過快會帶來諸多不利影響，故轉(zhuǎn)世應適中。在真空磁控濺射鍍膜設備中常用工作架有摩擦傳動工作架以及齒輪傳動工作架。3.1.3.1 摩擦傳動工作架摩擦傳動工作架是利用摩擦的原理進行轉(zhuǎn)動，其特點是：加工容易，可實現(xiàn)無級調(diào)速，但運轉(zhuǎn)時容易丟轉(zhuǎn)。3.1.3.2

11、 齒輪傳動工作架齒輪傳動工作架是利用齒輪嚙合的原理實現(xiàn)其轉(zhuǎn)動，其特點是：轉(zhuǎn)速恒定。3.1.4 充氣布氣系統(tǒng)充氣布氣系統(tǒng)是通過提供濺射（工作）氣體以及反應氣體依靠機械部件表面的碰撞和自身的擴散運動達到充氣布氣的均勻性，從而保證沉積膜層的均勻性和濺射沉積過程的穩(wěn)定性。充氣布氣系統(tǒng)可分為：充氣布氣管路和充氣布氣的控制。3.1.4.1 充氣布氣管路充氣布氣管路有兩種結(jié)構形式：噴嘴型和二元型。3.1.4.2 充氣布氣的控制目前普遍采用具有精度高、響應速度快、軟啟動穩(wěn)定可靠、工作電壓范圍寬等特點的質(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、對象的不同，其抽氣特性也有很大差別。下面簡介一種普通鍍膜設備用典型真空系統(tǒng)。3.1.5.1 典型真空系統(tǒng)典型真空系統(tǒng)只適用于沒有特殊的無油清潔要求的鍍膜工藝。系統(tǒng)的主泵為有擴散泵，泵上方設有水冷擋板（阱），主泵的前級泵為機械泵或羅茨泵機組，其結(jié)構見附圖1。3.1.6 加熱系統(tǒng)真空磁控濺射鍍膜設備的加熱系統(tǒng)是用以滿足真空系統(tǒng)的烘烤和提供薄膜生長所需的溫度條件的系統(tǒng)。基片的溫度對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)應力、導電薄膜的面電阻值等。加熱系統(tǒng)可分為加熱器和測溫裝置。3.1.6.1 加熱器通?；訜峥刹捎眉訜嵴旨訜峁ぜ芑虿捎眉訜峄鬃姆绞?，

13、利用輻射傳遞來對基片進行烘烤加熱。3.1.6.2 測溫裝置為測量和控制加熱烘烤溫度，在真空磁控濺射鍍膜設備必須設置測溫和控溫裝置。測溫方式分為非接觸式測溫和接觸式測溫；非接觸式測溫一般采用熱電偶作為測溫元件，因為是非接觸式測量，其溫度偏差自然較高；接觸式測溫與被測物體接觸良好，其測溫精度高，響應快。3.2 控制部分3.2.1 電導入導出系統(tǒng)在真空磁控濺射鍍膜設備上，必須向真空室導入電能或?qū)С鲭娦盘枴Ｏ蛘婵帐覍腚娔芸梢詾榇趴貫R射靶和加熱系統(tǒng)提供電源，電信號的引出可以獲得真空室當前真空度及溫度信號。電導入導出系統(tǒng)有絕緣性能、導電性能、密封性能等要求。電導入導出的結(jié)構形式根據(jù)鍍膜工藝參數(shù)的不同而不

14、同。3.2.1.1 絕緣與導電性能要求 導入導出電極及其接線的截面積應根據(jù)通過電流及所選材料來確定； 導入導出電極必須與連接密封處絕緣，絕緣材料應根據(jù)導入導出電極的工作電壓的大小、工作溫度和影響等因素進行選擇。 應避免各種金屬材料濺射到導入導出的絕緣材料上，以避免造成漏電、短路、放電等問題。 導入導出電源頻率對電極及密封材料無影響。 溫度對其絕緣性能、導電性能影響不大。3.2.1.2 密封性能要求 采用真空橡膠密封結(jié)構的導入導出電極裝置，如果通過的電流很大，則產(chǎn)生的熱量可能會使密封材料失效。此時，應采用水冷設施。 為保證真空密封可靠，導電電極棒應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)的導入導出線能承受450高溫烘烤。3.2.1.3 結(jié)構形式要求電導入導出系統(tǒng)結(jié)構形式與工藝參數(shù)中的工作電壓、電流、頻率、溫度以及工作氣壓等條件有關。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”，它通過模擬電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路以及數(shù)字電路處理對電導入導出系統(tǒng)導出的電信號，并實現(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)換與之有確定對于關系的電量輸出的器件。它在真空磁控濺射鍍膜設備有許多應用。真空度：電阻規(guī)和電離規(guī)，溫度：熱電偶或者電阻片，工作氣體及反應氣體的

16、流量：流量計，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，鍍膜時間：計時器等。3.2.2.2 電路電路的作用，將傳感器測量出的電壓或電流信號經(jīng)過濾波、放大、整流、模數(shù)轉(zhuǎn)換后作用于PLC的輸入端，再經(jīng)過PLC內(nèi)部程序（如：比較測量信號與設定信號的差值，做出相應調(diào)整或根據(jù)操作面板上的按鈕控制相應的系統(tǒng)動作），由PLC的輸出端作用于真空磁控濺射設備的分系統(tǒng)或者輸出設備（顯示面板）上。3.2.2.3 操作及顯示面板操作面板實際是一種輸入設備、而顯示設備是一種輸出設備。通常，我們可以通過操作面板來調(diào)節(jié)顯示面板上的參數(shù)。但我相信，在將來，機電技術趨向于高度智能化，我們不必調(diào)節(jié)操作面板便能得到與預設參數(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1張以忱.真空鍍膜設備M.