雙向?qū)恿鞣磻?yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與膜層均勻性探討

在線APCVD鍍膜技術(shù)是一項(xiàng)成套的系統(tǒng)工程，如研制開發(fā)的在線Low-E鍍膜玻璃、在線Sun-E鍍膜玻璃、光催化自潔凈鍍膜玻璃和在線TCO鍍膜玻璃等，都涉及到電子、化工、材料、自動(dòng)控制、流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、機(jī)械制造等學(xué)科知識(shí)，同時(shí)需要這些學(xué)科知識(shí)的相互配合才能完成生產(chǎn)玻璃產(chǎn)品的技術(shù)。其中，反應(yīng)器是在線鍍膜化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵器具，對(duì)先驅(qū)氣體原料的均勻分布、傳輸、溫度控制、化學(xué)反應(yīng)、薄膜的均勻性有較大影響，直接影響鍍膜玻璃的質(zhì)量，本文就雙向?qū)恿鞣磻?yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。雙向?qū)恿鞣磻?yīng)器的結(jié)構(gòu)：如圖1所示，其結(jié)構(gòu)是單進(jìn)雙出，采用1個(gè)進(jìn)氣腔與2個(gè)排氣腔相結(jié)合的構(gòu)造設(shè)計(jì)，以此引導(dǎo)混合氣體的雙向流動(dòng)，迅速排出廢氣，避免滯留氣體對(duì)玻璃帶產(chǎn)生污染。圖1雙向?qū)恿鞣磻?yīng)器示意圖反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高膜層均勻性：（1）等寬流道的進(jìn)氣腔，如圖2、3所示，第1片導(dǎo)流片是直條型，通過(guò)與之對(duì)應(yīng)的流體動(dòng)力學(xué)電腦模擬計(jì)算的出口速度散點(diǎn)，最小流速Vmin=0.1m/s，最大流速Vmax=0.37m/s，振幅A=0.27m/s，平均速度V1=0.235m/s，速度波動(dòng)指數(shù)=振幅/平均速度=114.9%。在此速度波動(dòng)指數(shù)下，經(jīng)實(shí)際鍍膜試驗(yàn)?zāi)ず裨诓Ａ挾确较虺手芷谛宰兓?，均勻性達(dá)不到要求。圖2等寬流道的進(jìn)氣腔示意圖圖3等寬流道的進(jìn)氣腔出口速度散點(diǎn)圖（2）不等寬流道的進(jìn)氣腔，將第一片導(dǎo)流片設(shè)計(jì)為正弦周期性形狀，可以獲得不等寬流道的進(jìn)氣腔（圖4）。從等寬流道的進(jìn)氣腔出口速度散點(diǎn)圖（圖5）可以看出，氣體在對(duì)應(yīng)進(jìn)料噴嘴的位置的出口速度分布小，并呈現(xiàn)一定的周期性變化。因此我們將流道的寬度設(shè)計(jì)成按照周期函數(shù)變化的不等寬結(jié)構(gòu)。具體如圖4所示，通過(guò)在第一片導(dǎo)流片的與進(jìn)料噴嘴對(duì)應(yīng)的位置增加氣體通過(guò)面積，以便增加進(jìn)氣腔出口處相應(yīng)位置的氣體的動(dòng)能。這種不等寬結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的流體動(dòng)力學(xué)電腦模擬計(jì)算的出口速度散點(diǎn)如圖5所示。圖4不等寬流道的進(jìn)氣腔示意圖圖5不等寬流道的進(jìn)氣腔出口速度散點(diǎn)圖從圖5可以看出，最小流速Vmin＝0.288m/s，最大流速Vmax＝0.320m/s，振幅A＝0.033m/s，平均速度V1＝0.305m/s，速度波動(dòng)指數(shù)＝振幅/平均速度＝10.08%。在此速度波動(dòng)指數(shù)下，經(jīng)實(shí)際二氧化鈦鍍膜試驗(yàn)，在玻璃帶寬度方向測(cè)得1組薄膜厚度（?）為：434.02，427.61，418.03，397.17394.96，此膜厚的均勻性達(dá)到±5%，膜厚已經(jīng)沒有明顯的周期性變化，色差小于2.5CIELAB，薄膜均勻性達(dá)到技術(shù)要求，而且也不存在明顯的暗道。由此可見，不等寬流道的氣體均布效果要優(yōu)于等寬的直線性流道，相應(yīng)的鍍膜均勻性也得到了顯著提高。（3）進(jìn)氣腔、排氣腔的出氣口的園角設(shè)計(jì)，對(duì)出氣口進(jìn)行導(dǎo)圓處理后將有利于氣體流場(chǎng)的均勻，提高沉積厚度和微觀結(jié)構(gòu)的均勻性和穩(wěn)定性。導(dǎo)圓半徑越大越有利于流場(chǎng)的均勻。（4）反應(yīng)區(qū)氣體流動(dòng)的雷諾數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，我公司雙向?qū)恿鞣磻?yīng)區(qū)的雷諾數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于層流狀態(tài)的臨界值2320，此時(shí)流場(chǎng)處于穩(wěn)定的層流狀態(tài)，有利于膜層的均勻高效生長(zhǎng)。玻璃企業(yè)在線化學(xué)氣相沉積鍍膜技術(shù)與工藝、沉積設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)和沉積材料的研制開發(fā)和實(shí)施中，反應(yīng)器裝置是其中重要的設(shè)備之一，它的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于在線鍍膜玻璃的均勻性與連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本有重要促進(jìn)作用，尤其合理設(shè)計(jì)反應(yīng)器導(dǎo)流片的形狀尺寸（如不等寬流道）與分布位置，以及對(duì)出氣口進(jìn)行