多室鍍膜機的結構特點與工業應用

       首先介紹鍍膜技術的分類、軟硬襯底涂層設備的結構特點及多室系統、鍍膜機現代卷繞鍍膜機單室、雙室及三室的真空設計，其次介紹直線式與集束式多室鍍膜機的結構特點，最后敘述大型真空鍍膜設備工業應用及進展情況。

　　軟硬襯底涂層設備的結構特點及多室系統真空卷繞鍍膜機是在柔性材料上連續鍍膜的大型專用設備。是否采用大氣對大氣(air- to- air)還是半連續的，主要看被鍍基片厚度，設備的生產率和經濟效益來綜合考慮。對紙和聚合物及薄鋼帶等的鍍膜領域這種方案占有一定的優勢，大面積的真空鍍膜的鍍膜，一些新品種，多在卷繞鍍膜機上進行。

　　一般分為兩類：

　　(1)對電容器、包裝和裝飾品等的真空涂層。

　　(2)對絕熱、熱反射或磁存儲產品的真空涂層。

　　對于鍍膜機真空系統的設計，首先要弄清楚氣體負荷的來源和大小。

　　有人對于卷繞鍍膜機上纏繞輥的除氣及對聚合物表面的出氣特點進行過觀察研究。鍍膜設備并對樣品放氣率進行過幾個小時的測試。樣品的除氣率Q 與時間t 的關系用(1)式來表達。用logQ和logt 作圖呈線性關系，即：

Q= a1h A/tα(1)

　　式中a1h———為經過一小時后的放氣率(t=1 h);α—— —為放氣率的下降速率即Q的斜率;A———出氣面積

　　卷繞鍍膜機中纏繞輥的放氣率如圖1 所示。用空的工作室測試本底的氣體負荷，對于輥子的除氣率值進行修正。在幾分鐘到40 min 之間進行測量。這段沉積時間，也就是生產設備對真空系統設計有影響的時間。從中也看出(1)式對除氣率的分析是可行的。

　　表1 給出的輥子單位面積的參數a1h 表明：除氣率曲線1 是poly(ethylene terephthalate)典型的放氣率曲線。薄帶厚度在12 μm~50 μm 范圍內變化。因為在這個厚度范圍內可檢測到系統出氣的差別，典型的曲線如圖1 所示。測試與計算的結果基本相符。

聚合物薄帶與紙卷的放氣率與時間的關系

圖1 聚合物薄帶與紙卷的放氣率與時間的關系

　　在紙卷的情況下，其表面出氣仍占主要地位。對于密度80 g/m2，濕度約為3 wt%的紙測得的放氣率a1h=1.3 Torr·L/s·m2 和α=1.2。表1：根據圖1 測量所得的不同纏繞帶的解吸特性。

　　卷繞式鍍膜機縫隙間的氣流量

　　根據表1，標準的卷帶1 m2 表面積的出氣率，在蒸發鋁時用的壓力高于平均值10- 4 Torr 的范圍時，壓力高對抽氣較為經濟。因而把真空的范圍最少分成兩個不同壓力的工作室。即一個為存儲室另一個為沉積室，這是真空卷繞鍍膜機的一般特點。在兩室之間有縫隙存在，不可避免的要有氣流通過，其氣流量由兩室之間縫隙通道的幾何形狀和尺寸決定。

　　在存儲室和沉積室內的壓力分別為PW 和PD。其間隙流量為：

　　因為在縫隙中正好處于分子流條件下，按通常使用時的平均壓力在10- 3 Torr~10- 2 Torr 范圍內，也要降低本底分壓力，在濺射沉積時，進入沉積室的氣體負荷與連接縫隙的通導有關，故要增加其阻抗。例如，測量兩個寬為650 mm 和2100 mm 的不同的鋁鍍膜機的真空室的上、下部分之間的總通導

　　3200 mm。測得通導：在壓力P 為：P = 4×10- 3 Torr 時，為：Lexp=700 L/s。而通導的計算值為Ltheor=520 L/s

　　圖2(b)所示的圖形是具有較復雜曲面間隙結構。在這種情況下，使用柔性材料通過縫隙繞過輥筒，這時測得通導值：Lexp (4×10- 3 Torr 時)=220 L/s，計算值為Ltheor=232 L/s，實驗值與計算值二者基本符合。這兩種結構的設計在現代真空卷繞鍍膜機上得到應用。

　　現代卷繞鍍膜機的真空分室設計的依據：

　　單室與雙室的設計

　　以卷繞鍍膜機為例，我們來討論典型產品磁帶對真空的要求，當沉積磁性薄膜時，真空室內的本底壓力要保持低于10- 4 Torr 范圍。典型的卷繞輥子1 m2 表面積，抽空10 min 后，根據表1，得出氣流量Q=24 Torr·L/s。從器壁上解吸的工藝氣體，對輥子作某些形式的預處理(如輝光電清洗或預濺射)提供的典型的總氣體負荷為Qtotal=50 Torr·L/s。

　　若是在存儲室和沉積室之間沒有隔板的單室，這時抽氣的總負荷在壓力低于10- 4 Torr 范圍內，需要有效的抽氣能力達105 L/s。由于設備的成本和尺寸的限制，顯然很難實現。