一种圆管外壁镀膜装置

摘要

本发明公开了一种圆管外壁镀膜装置，包括控制箱和设于该控制箱上的升降单元、雾化单元和反应单元，圆管衬底可转动地设于所述升降单元上；所述反应单元包括置于所述控制箱上的金属均热板，该金属均热板通过均匀分布在其上的碘钨灯进行加热，所述金属均热板上设石英腔体，所述圆管衬底位于该石英腔体内，所述石英腔体内设有热电偶，该热电偶通过导线与所述控制箱电连接，溶液在所述雾化单元内雾化后进入所述石英腔体，实现在所述圆管衬底上进行镀膜。本发明以超声雾化热解喷涂为薄膜沉积原理，实现了管状样品外壁薄膜制备，尤其是氧化物薄膜制备，具有结构简单合理、操作维护方便、环境污染小和综合成本低的特点，解决了圆管外壁薄膜生长的难点。

权利要求

1.一种圆管外壁镀膜装置，其特征在于：包括控制箱(1)和设于该控制箱(1)上的升降单元(2)、雾化单元(3)和反应单元(4)，圆管衬底(25)可转动地设于所述升降单元(2)上；

所述反应单元(4)包括置于所述控制箱(1)上的金属均热板(41)，该金属均热板(41)通过均匀分布在其上的碘钨灯(47)进行加热，所述金属均热板(41)上设石英腔体(42)，所述圆管衬底(25)位于该石英腔体(42)内，所述石英腔体(42)内设有热电偶，该热电偶通过导线与所述控制箱(1)电连接，溶液在所述雾化单元(3)内雾化后进入所述石英腔体(42)，实现在所述圆管衬底(25)上进行镀膜；

在所述石英腔体(42)上设腔体盖板(43)，在所述石英腔体(42)内设蓝宝石均热板(44)，所述圆管衬底(25)位于该蓝宝石均热板(44)和腔体盖板(43)之间；

所述雾化单元(3)包括设于所述控制箱(1)上的支架(31)，该支架(31)上设有至少两个雾化罐(32)，两个雾化罐(32)分别与混合罐(35)连通，该混合罐(35)与缓冲罐(37)连通，该缓冲罐(37)与所述石英腔体(42)连通，每个所述雾化罐(32)上均设有进液管(33)、出液管(34)和进气管(36)，所述混合罐(35)的底部设排液口(351)。

2.根据权利要求1所述的一种圆管外壁镀膜装置，其特征在于：在所述金属均热板(41)上设隔热罩(45)。

3.根据权利要求1所述的一种圆管外壁镀膜装置，其特征在于：所述升降单元(2)包括设于所述控制箱(1)上的垂直升降台(21)，该垂直升降台(21)上连接十字梁(22)，该十字梁(22)的两端分别连接有一个转轴机构，两个转轴机构沿水平方向相对设置且同轴，所述转轴机构由电机(24)驱动，所述圆管衬底(25)的两端分别与对应端的所述转轴机构连接。

4.根据权利要求3所述的一种圆管外壁镀膜装置，其特征在于：所述十字梁(22)的一端与所述垂直升降台(21)连接，另一端沿竖直方向滑动设于限位槽(23)内。

5.根据权利要求4所述的一种圆管外壁镀膜装置，其特征在于：所述转轴机构包括转动连接在所述十字梁(22)端部的转轴(26)，该转轴(26)上通过弹簧(27)连接有转销(28)，该转销(28)与所述转轴(26)同轴设置，所述圆管衬底(25)的两端连接在对应端的所述转销(28)上。

6.根据权利要求5所述的一种圆管外壁镀膜装置，其特征在于：在所述支架(31)上设散热风扇。

7.根据权利要求6所述的一种圆管外壁镀膜装置，其特征在于：所述控制箱(1)包括箱体(11)，该箱体(11)上设支耳(12)和排气管(13)，所述缓冲罐(37)支撑于该支耳(12)上，所述排气管(13)的一端与所述石英腔体(42)连通，其另一端伸出所述箱体(11)；

在所述箱体(11)上铰接有箱体罩盖(16)，镀膜过程中所述升降单元(2)和反应单元(4)位于该箱体罩盖(16)内。

8.根据权利要求7所述的一种圆管外壁镀膜装置，其特征在于：所述箱体(11)的前面板上设有各单元开关按钮、温控触摸屏及载气表头，所述箱体(11)的侧面分布有散热孔(15)。

说明书

一种圆管外壁镀膜装置

技术领域

[0001] 本发明涉及薄膜制备技术领域，具体涉及一种圆管外壁镀膜装置。

背景技术

[0002] 薄膜是厚度维度远小于长宽维度物质形态，通常说的薄膜材料厚度在微米量级。不同于块体与粉体，薄膜的形态特殊使得其结构、力学、热学、电学和光学性质也比较特殊，不仅为材料改性提供了思路，而且也扩展了材料应用领域。

[0003] 绝大部分的固体薄膜材料都是制备在基体或衬底上的。基体作为薄膜材料附着体，有各种几何形态，无论是制备还是测试，平面型基体是最常见的。但在实际应用中，平面型基底的情况并不普遍，存在大量使用非平面型基底的情况，比如圆管状基体。众所周知，薄膜材料中存在不同于块体材料的尺寸效应，几乎所有的物性都与薄膜厚度显著相关。因
此，薄膜厚度的控制是调控其性质的一个重要参数。大部分薄膜制备方法应用于平面型基
体时都能够有效的保证薄膜厚度的均匀性或精确调控性，物性测试方法也存在类似情况。
但对于非平面型基体，就存在一定的难度和不确定性。即便是同一种薄膜制备方法，如果不考虑基体的几何特征而无差别使用相同的设备和工艺来制备，那最终得到的薄膜材料无法
获得最佳的性能。因此，需要根据不同制备方法、基体特征和其他必须要考虑的因素来设计不同的镀膜设备。

发明内容

[0004] 针对目前存在的技术问题，本发明提供一种以超声雾化热解喷涂为薄膜沉积原理的实现圆管外壁镀膜装置，这种装置不仅满足科研教学用途，也可用于小规模生产用途，具有结构简单合理、操作维护方便、环境污染小和综合成本低的特点。

[0005] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

[0006] 一种圆管外壁镀膜装置，包括控制箱和设于该控制箱上的升降单元、雾化单元和反应单元，圆管衬底可转动地设于所述升降单元上；

[0007] 所述反应单元包括置于所述控制箱上的金属均热板，该金属均热板通过均匀分布在其上的碘钨灯进行加热，所述金属均热板上设石英腔体，所述圆管衬底位于该石英腔体
内，所述石英腔体内设有热电偶，该热电偶通过导线与所述控制箱电连接，溶液在所述雾化单元内雾化后进入所述石英腔体，实现在所述圆管衬底上进行镀膜。

[0008] 优选的，在所述石英腔体上设腔体盖板，在所述石英腔体内设蓝宝石均热板，所述圆管衬底位于该蓝宝石均热板和腔体盖板之间。

[0009] 如此设置，蓝宝石均热板和腔体盖板可以提供均匀且稳定的温度场，便于薄膜生长。

[0010] 优选的，在所述金属均热板上设隔热罩。

[0011] 如此设置，隔热罩一方面可以防止高温损伤设备其他部件，另一方面是降低热辐射，减少能耗，以较低能耗维持镀膜反应所需温度，此外也形成了外界与内部的相对隔热，保证内部温度场分布受外部环境影响较小。

[0012] 优选的，所述升降单元包括设于所述控制箱上的垂直升降台，该垂直升降台上连接十字梁，该十字梁的两端分别连接有一个转轴机构，两个转轴机构沿水平方向相对设置
且同轴，所述转轴机构由电机驱动，所述圆管衬底的两端分别与对应端的所述转轴机构连
接。

[0013] 如此设置，一方面可通过垂直升降台调整圆管衬底与蓝宝石均热板的距离，另一方面工作过程中通过电机带动转轴机构，进而带动圆管衬底匀速转动，保证薄膜生长厚度
均匀性。

[0014] 优选的，所述十字梁的一端与所述垂直升降台连接，另一端沿竖直方向滑动设于限位槽内。

[0015] 通过设置限位槽，能有效避免转动时和上下移动时轴承左右摆动。

[0016] 优选的，所述转轴机构包括转动连接在所述十字梁端部的转轴，该转轴上通过弹簧连接有转销，该转销与所述转轴同轴设置，所述圆管衬底的两端连接在对应端的所述转
销上。

[0017] 优选的，所述雾化单元包括设于所述控制箱上的支架，该支架上设有至少两个雾化罐，两个雾化罐分别与混合罐连通，该混合罐与缓冲罐连通，该缓冲罐与所述石英腔体连通，每个所述雾化罐上均设有进液管、出液管和进气管，所述混合罐的底部设排液口。

[0018] 如此设置，使用时，进液管和出液管各外接一个蠕动泵，可补充被雾化液体，维持液面高度。雾化罐底部中央为超声雾化片，可将液体超声雾化。混气罐能将两个雾化罐的雾滴充分混合，在其下方有排液口，可将积液及时排除。同时，方便镀膜结束后抽出多余溶液、清洗罐体内部，气体通过进气管进入雾化罐中，将雾滴吹入混气罐，随后推入缓冲罐，最后平稳地到达石英腔体内的圆管衬底表面附近区域。

[0019] 优选的，在所述雾化罐下方设散热风扇。

[0020] 优选的，所述控制箱包括箱体，该箱体上设支耳和排气管，所述缓冲罐支撑于该支耳上，所述排气管的一端与所述石英腔体连通，其另一端伸出所述箱体；

[0021] 在所述箱体上铰接有箱体罩盖，镀膜过程中所述升降单元和反应单元位于该箱体罩盖内。

[0022] 如此设置，排气管可将废气从箱体后面排出，防止高温酸性气体腐蚀设备金属部件。镀膜时将箱体罩盖关闭，可减小外界气流扰动对镀膜过程的影响。

[0023] 优选的，所述箱体的前面板上设有各单元开关按钮、温控触摸屏及载气表头，所述箱体的侧面分布有散热孔。

[0024] 如此设置，散热孔能避免箱体内部温度过高，有利于内部各种电气设备正常稳定工作。

[0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明以超声雾化热解喷涂为薄膜沉积原理，实现管状样品外壁薄膜制备，尤其是氧化物电热薄膜制备，这种装置不仅满足科研教学用途，也可用于小规模生产用途，具有结构简单合理、操作维护方便、环境污染小和综合成本低的特点，解决了圆管外壁薄膜生长的难点，同时制得的薄膜厚度均匀，而且可在石英腔体内部尺寸范围内根据需求调整圆管衬底直径和长短。
附图说明：

[0026] 图1为本发明的整体结构示意图；

[0027] 图2为图1中的控制箱的结构示意图；

[0028] 图3为图1中的升降单元的结构示意图；

[0029] 图4为图3中的转轴机构的内部剖视图；

[0030] 图5为图1中的雾化单元的结构示意图；

[0031] 图6为图1中的反应单元的结构示意图。

具体实施方式

[0032] 下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本
发明的范围。

[0033] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限
制。

[0034] 在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

[0035] 如附图1‑附图6所示的一种圆管外壁镀膜装置，包括控制箱1和设于该控制箱1上的升降单元2、雾化单元3和反应单元4，圆管衬底25可转动地设于升降单元2上。

[0036] 参考图2，控制箱1包括箱体11，该箱体11上设支耳12和排气管13，缓冲罐37支撑于该支耳12上，排气管13呈Z字型，其一端与石英腔体42连通，其另一端伸出箱体11。

[0037] 在箱体11的一侧铰接有箱体罩盖16，镀膜过程中升降单元2和反应单元4位于该箱体罩盖16内，箱体罩盖16可通过合页与箱体11连接，箱体罩盖16上安装有把手17便于操作，镀膜时可将箱体罩盖16关闭，减小外界气流扰动对镀膜过程的影响。在箱体罩盖16上设有U型槽18，箱体罩盖16关闭时缓冲罐37刚好卡在该U型槽18处。

[0038] 在箱体11的前面板上设有各单元开关按钮、温控触摸屏及载气表头，箱体11的侧面分布有散热孔15，可避免箱体11内部温度过高，有利于内部各种电气设备正常稳定工作。

[0039] 参考图3，升降单元2包括设于控制箱1上的垂直升降台21，该垂直升降台21上连接十字梁22，十字梁22的一端与垂直升降台21连接，另一端设有轴承，轴承可沿竖直方向滑动设于限位槽23内。

[0040] 在十字梁22的两端分别连接有一个转轴机构，两个转轴机构沿水平方向相对设置且同轴，其中一个转轴机构连接在轴承上，另一个转轴机构与电机24的输出轴连接，由电机
24驱动旋转，圆管衬底25的两端分别与对应端的转轴机构连接。

[0041] 从图4可看出，转轴机构包括转动连接在十字梁22端部的转轴26，其中一个转轴26连接在轴承上，另一个转轴连接在电机24输出轴上，转轴26上通过弹簧27连接有转销28，该转销28与转轴26同轴设置并随转轴26旋转，圆管衬底25的两端连接在对应端的转销28上。

[0042] 圆管衬底25在转轴26、弹簧27、转销28配合下被挂于石英腔体42内部，在电机24作用下跟随转轴匀速旋转。垂直升降台21可精确控制圆管衬底25和蓝宝石均热板之间的间距。

[0043] 参考图5，雾化单元3包括设于控制箱1上的支架31，该支架31上设有至少两个雾化罐32，雾化罐32底部中央为超声雾化片，可将液体超声雾化，两个雾化罐32分别与混合罐35连通，该混合罐35与缓冲罐37连通，该缓冲罐37与石英腔体42连通，缓冲罐37置于控制箱1上的支耳12上，每个雾化罐32上均设有进液管33、出液管34和进气管36，进液管33和出液管
34各外接一个蠕动泵，可补充被雾化液体，维持液面高度，同时，方便镀膜结束后抽出多余溶液、清洗罐体内部。在混合罐35的底部设排液口351，可将积液及时排出。在支架31上装有雾化电路板及散热风扇。载气通过进气管36进入雾化罐32中，将雾滴吹入混合罐35，随后推入缓冲罐37，最后平稳地到达石英腔体42内的圆管衬底25表面附近区域。

[0044] 请参考图6，反应单元4包括置于控制箱1上的金属均热板41，金属均热板41位于十字梁下方，该金属均热板41通过均匀分布在其上的碘钨灯47进行加热，碘钨灯47固定在碘
钨灯支架46上，金属均热板41上设石英腔体42，金属均热板41能够将热量均匀分散传递给
上方的石英腔体42，在石英腔体42上设腔体盖板43，在石英腔体42内设蓝宝石均热板44，圆管衬底25位于该蓝宝石均热板44和腔体盖板43之间，石英腔体42内设有热电偶，该热电偶
通过导线与控制箱1电连接，溶液在雾化单元3内雾化后进入石英腔体42，然后在圆管衬底
25上进行镀膜。

[0045] 石英腔体42由多块石英板粘接而成，耐高温耐酸碱，同时又便于观察镀膜过程中雾流以及圆管衬底实时状况，石英腔体42两侧和腔体盖板43的两侧的凹槽48相配合设计，
一方面方便转轴机构穿过，另一方面尽可能地提高腔体气密性，减少高温酸性气体外泄，同时降低外界气流变化对腔体内部气流场影响。

[0046] 在金属均热板41上设隔热罩45，隔热罩45两侧对应凹槽48的位置设第二凹槽49，同样方便转轴机构穿过，隔热罩材质为不锈钢，其一是防止高温损伤设备其他部件，其二是降低热辐射，减少能耗，以较低能耗维持镀膜反应所需温度，此外也形成了外界与内部的相对隔热，保证内部温度场分布受外部环境影响较小。

[0047] 本发明使用如下：

[0048] (1)、打开设备箱体罩盖16，检查装置各部分单元是否正常；

[0049] (2)、将圆管衬底25固定在两个转轴机构中间，调节垂直升降台21，使圆管衬底25位于腔体盖板43与蓝宝石均热板44之间；

[0050] (3)、安装好腔体盖板43和隔热罩45，关闭箱体罩盖16；

[0051] (4)、在箱体前面板上设定目标转速，使用温控触摸屏设定目标温度并开始加热；

[0052] (5)、打开蠕动泵开关将溶液送入雾化罐32并维持液面高度，通过载气表头设置气流速度并持续通入相应气体；

[0053] (6)、待温度升至目标温度且恒定后，按下雾化开关开始超声雾化，至此镀膜实验开始；

[0054] (7)、镀膜结束时，先关闭雾化开关，再停止加热，直到圆管衬底薄膜样品冷却至室温后方可停止通入气体和关闭电机；

[0055] (8)、断开电源，打开箱体罩盖16，取下隔热罩45和腔体盖板43，调节垂直升降台21使圆管衬底薄膜样品升至石英腔体42上方，取下样品放入样品盒。

[0056] 以上描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员
依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术
方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。