專利名稱：一種ecr微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通過氣態(tài)化合物分解且表面材料的反應(yīng)產(chǎn)物不留存于鍍層中的化學(xué)鍍覆領(lǐng)域，更具體為一種以鍍覆方法為特征的化學(xué)氣相沉積工藝領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前的汽車、建筑、工程和家電行業(yè)中，具有良好表面性能的鋼板為這些行業(yè)的關(guān)鍵材料，而現(xiàn)有的帶鋼鍍膜技術(shù)主要包括熱鍍鋅、電鍍鋅、電鍍錫、彩涂等鍍膜工藝，通常還包括化學(xué)前處理和磷化、鈍化、耐指紋鍍膜等前后處理工序。
近些年來，市場對具有較好表面性能鋼板的需求不斷增長，同時，用戶對涂鍍層產(chǎn)品的性能要求也越高越高。用戶希望涂鍍層產(chǎn)品不僅能滿足耐腐蝕、環(huán)保相容性、優(yōu)良的可加工性和表面光學(xué)性能，還能具有裝飾性、抗涂寫性、易清潔、耐磨損、耐指紋、隔音、抗劃痕等性能；且用戶要求涂鍍層越來越薄，綜合性能越來越好。
真空鍍膜技術(shù)是對采用真空技術(shù)進行鍍膜的相關(guān)技術(shù)的總稱，主要包括物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積兩大類，其中物理氣相沉積又可分為蒸發(fā)、濺射、離子鍍等，化學(xué)氣相沉積又可分為等離子化學(xué)氣相沉積、激光化學(xué)氣相沉積等。后者可以沉積使用有機物前驅(qū)體，可以沉積有機物性質(zhì)的薄膜，有很大的前景。真空鍍膜作為表面改性和鍍膜工藝，己經(jīng)在電子、玻璃、塑料等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。真空鍍膜技術(shù)主要優(yōu)點在于其環(huán)保、良好的薄膜性能和可鍍物質(zhì)的多樣性。作為帶鋼鍍膜的環(huán)保、多功能工藝，已經(jīng)進行了很多研發(fā)，但是主要集中于物理氣相沉積。微波等離子化學(xué)氣相沉積通常用于電子、塑料和零件等行業(yè)的表面處理和鍍膜。對于鋼鐵和板式基板，目前只看到進行鋼板表面處理兩篇專利，如，日本采用微波等離子對鋼板表面進行表面處理的報道，其目的是去除表面的氧化層(如日
本專禾'J Ishioka, M. ， et al., METHOD FOR REDUCING OXIDE OF METALLICPLATE, NKK CORP; SUGIYAMA KAZUO， 1998， JP. 10259420.)和對于預(yù)涂板進行表面處理(Yui， K. , et al. ， METHOD AND APPARATUS FOR CONTINUOUSPLASMA TREATMENT OF PRECOATED METAL PLATE, NIPPON STEEL CORP, 1988，JP. 63190682.);沒有看到采用微波等離子技術(shù)進行連續(xù)帶鋼鍍膜的報道，也未發(fā)現(xiàn)采用ECR增強微波等離子技術(shù)進行連續(xù)帶鋼鍍膜的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜工藝及裝置。其整個工藝過程環(huán)保，可以實現(xiàn)多種鍍膜產(chǎn)品。
本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜工藝，包括ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積，其工藝流程為
A、 將帶鋼在空氣中開巻；
B、 帶鋼經(jīng)過化學(xué)前處理或等離子前處理進行表面清潔處理；
C、 帶鋼通過真空密封裝置依次通過抽氣預(yù)處理單元和ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元；
D、 對ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元通入前驅(qū)體、載氣、反應(yīng)氣體后，發(fā)生等離子，對帶鋼表面進行鍍膜；
E、 鍍膜完成后，帶鋼通過真空密封裝置進入大氣；
F、 帶鋼閉巻；
G、 完成整個帶鋼的鍍膜工藝。
進一步的，所述的帶鋼在第一次貫穿通過ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元進行表面鍍膜后，經(jīng)過設(shè)置在鍍膜單元一側(cè)的封閉式換向裝置換向，而后再次貫穿通過ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元進行二次表面鍍膜。
具體的，所述的真空密封裝置包括真空隧道，在其與大氣或ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元連接處，設(shè)置有動密封裝置，帶鋼通過動密封裝置進/出真空隧道。
所述的鍍膜單元中，微波源從同軸石英管內(nèi)置銅電極導(dǎo)入。本發(fā)明還提供了一種ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜裝置，包
括ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元，其特征是
在所述的ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元的一端，設(shè)置一預(yù)抽氣單元；
在所述的ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元的另一端，設(shè)置一密封的帶鋼換向單元；
在所述的ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元的內(nèi)部，設(shè)置上、下兩層帶鋼傳送機構(gòu)；
在大氣與預(yù)抽氣單元之間、預(yù)抽氣單元與ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元之間和ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元與帶鋼換向單元之間，設(shè)置動密封裝置；
在兩層帶鋼傳送機構(gòu)之間，設(shè)置前驅(qū)體均勻送氣裝置、載氣氣體送氣裝置和石英放電管組；
在鍍膜單元的下端，設(shè)置抽真空裝置。
所述的預(yù)抽氣單元內(nèi)設(shè)置加熱裝置。
所述帶鋼換向單元內(nèi)設(shè)置有第一帶鋼換向輥和第二帶鋼換向輥。所述的帶鋼傳送機構(gòu)為傳送托輥組，其設(shè)置在上層的帶鋼傳送機構(gòu)為第一傳送托輥組，其設(shè)置在下層的帶鋼傳送機構(gòu)為第二傳送托輥組。所述的石英放電管組為石英放電管陣列。
微波電子回旋共振(ECR)化學(xué)氣相沉積是沉積薄膜的一種新型技術(shù)。電子回旋放電在低壓下(1Pa 10Pa)能夠產(chǎn)生高密度荷電和受激粒子，使氣體很容易實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，從而沉積制備出薄膜。由于電子回旋共振條件得到獨特的等離子體環(huán)境，比傳統(tǒng)的等離子體增強化學(xué)氣相沉積顯示出明顯的優(yōu)勢
1. 沉積時襯底溫度低，可制備具有良好物理化學(xué)性質(zhì)的薄膜；
2. ECR放電產(chǎn)生的等離子體對沉積薄膜和基片損傷較低；
3. 襯底附近具有高的離子密度，電離度高；
4. 微波放電是無內(nèi)電極放電，可避免電極對薄膜的污染；
5. 轟擊襯底的離子能量可通過加脈沖偏壓的方式來控制。通常，該系統(tǒng)由一臺具有連續(xù)微波輸出，頻率為2.45GHZ，功率為100W 1.0kW，連續(xù)可調(diào)的高穩(wěn)定度微波功率源，通過一個由環(huán)行器，假負載，調(diào)配器和定向耦合器組成的波導(dǎo)系統(tǒng)，與波耦合系統(tǒng)連接。入射功率和反射功率通過定向耦合器用小功率計測量。波耦合系統(tǒng)由一個黃銅圓柱諧振腔，可變長度天線以及石英放電室構(gòu)成。腔頂部是一個可滑動的短路器。石英放電室位于腔的底部(部分露于腔內(nèi))，其周圍有裝在L形軟鐵架上的極性交替均布的多個個永磁體。它們產(chǎn)生的會切磁場在放電室內(nèi)壁附近提供了ECR場和很強的約束場，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，帶鋼在空氣中開巻后，從第一動密封裝置進入預(yù)抽氣單元，經(jīng)過加熱裝置后通過第二動密封裝置進入ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元上部，經(jīng)第一傳送托輥組從前驅(qū)體均勻送氣裝置、載氣氣體送氣裝置和石英放電管組的上方穿過ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元，經(jīng)過第三動密封裝置進入帶鋼換向單元，通過第一帶鋼換向輥和第二帶鋼換向輥換向后，穿過第四動密封裝置再次進入ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元下部，經(jīng)第二傳送托輥組從前驅(qū)體均勻送氣裝置、載氣氣體送氣裝置和石英放電管組的下方穿過ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元，再經(jīng)第五動密封裝置和第六動密封裝置貫穿通過預(yù)抽氣單元，重新進入空氣后進行閉巻，整個鍍膜工藝流程結(jié)束。
本發(fā)明的涉及的產(chǎn)品可以包括TiOx、 SiOx等，可以作為單獨的鍍膜產(chǎn)品或者磷化、鈍化的替代工藝。這些產(chǎn)品的應(yīng)用主要有汽車、家電、建筑、光伏、化學(xué)等行業(yè)。
使用本發(fā)明的ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜工藝能獲得如下
有益效果
1. 本發(fā)明可以實現(xiàn)環(huán)保、多功能的帶鋼鍍膜生產(chǎn)工藝，整個生產(chǎn)過程中沒有廢水、廢酸、廢堿的排放；
2. 整條線可以實現(xiàn)真空鍍膜所能實現(xiàn)的Si02、 Ti02等鍍膜產(chǎn)品。


1.圖1為本發(fā)明的ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜工藝流程流程圖；2. 圖2為本發(fā)明的ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜裝置的結(jié)構(gòu)示意3. 圖3為所沉積Si02薄膜FTIR4. 圖4為鍍鋅板制備Si(V薄膜前EDS能譜5. 圖5為鍍鋅板制備Si02薄膜后EDS能譜圖中，1-預(yù)抽氣單元，2-ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元，3-帶鋼換向單元，4-第一動密封裝置，5-加熱裝置，6-第二動密封裝置，7-前驅(qū)體均勻送氣裝置，8-第一傳送托輥組，9-第三動密封裝置，10-載氣氣體送氣裝置，11-石英放電管組，12-第一帶鋼換向輥，13-第二帶鋼換向輥，14-第四動密封裝置，15-第二傳送托輥組，16-第五動密封裝置，17-第六動密封裝置，18-抽真空裝置。
具體實施
本發(fā)明提出采用ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積技術(shù)進行帶鋼鍍膜。基板材料可以是冷軋鋼巻、鍍鋅板巻、不銹鋼巻、及有機預(yù)涂鋼巻等。帶鋼在空氣中開巻后，從第一動密封裝置4進入預(yù)抽氣單元1，經(jīng)過加熱裝置5后通過第二動密封裝置6進入ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元2上部，經(jīng)第一傳送托輥組8從前驅(qū)體均勻送氣裝置7、載氣氣體送氣裝置IO和石英放電管組11的上方穿過ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元，經(jīng)過第三動密封裝置9進入帶鋼換向單元3，順序通過第一帶鋼換向輥12和第二帶鋼換向輥13換向后，穿過第四動密封裝置14再次進入ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元下部，經(jīng)第二傳送托輥組15從前驅(qū)體均勻
送氣裝置、載氣氣體送氣裝置和石英放電管組的下方穿過ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元，再經(jīng)第五動密封裝置16和第六動密封裝置17貫穿通過預(yù)抽氣單元，重新進入大氣，閉巻，完成整個鍍膜工藝。
進一步的，所述的帶鋼在第一次貫穿通過ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元進行表面鍍膜后，經(jīng)過設(shè)置在鍍膜單元一側(cè)的封閉式換向裝置換向，而后再次貫穿通過ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元進行二次表面鍍膜。具體的，所述的真空密封裝置包括真空隧道，在其與大氣或ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元連接處，設(shè)置有動密封裝置，帶鋼通過動密封裝置進/出真空隧道。
所述的鍍膜單元中，微波源從同軸石英管內(nèi)置銅電極導(dǎo)入。
其中膜的成分、組織結(jié)構(gòu)和厚度可以通過調(diào)節(jié)功率、電流、電壓和前驅(qū)體與反應(yīng)氣體的流量比例等參數(shù)來實現(xiàn)。
前驅(qū)體可以采用各種有機溶劑，如制備Si02時使用的甲基二硅氧烷(Hexamethyldisoloxane， HMDS0)、六甲基二硅胺(Hexamethyldisilane ,HMDS)、三甲基氯化硅烷(Trimethylsilyl chloride, TMS)等。在通過加熱管道后用載氣帶入真空環(huán)境，通入氧氣、氬氣或其他氣體，在等離子發(fā)生器的作用下形成等離子體，并發(fā)生反應(yīng)。鋼板通過時，進行鍍膜。
理想的基板(巻)的運行速率在2到200米/分之間。帶鋼的寬度可以在O. 300-2米范圍內(nèi)。
具體實施效果如下所述
實施例一.冷軋帶鋼鍍Si02
在本例中，選用SiH4作為前驅(qū)體，通入氧氣，在ECR微波等離子化
學(xué)氣相沉積鍍膜單元沉積Si02薄膜。
SiH4/02的比例在8/24，在該流量下Si :0最接近1: 2。冷軋板以20米/分通過，可實現(xiàn)50—100nm Si02的鍍膜產(chǎn)品。冷軋板的寬度在300rmn范圍內(nèi)時，薄膜厚度波動在3%以內(nèi)。其所沉
積Si02薄膜結(jié)構(gòu)圖(FTIR圖)如圖3所示，可見其沉積出的為Si02薄膜。
實施例二.鍍鋅鋼巻鍍Si02
在本例中，選用SiH4作為前驅(qū)體，通入氧氣，在ECR微波等離子化學(xué)
氣相沉積鍍膜單元沉積Si02薄膜。
SiHy02的比例在8/24，在該流量下Si:O最接近l: 2。鍍鋅板以20米/分通過，可實現(xiàn)50 — 100nm Si02的鍍膜產(chǎn)品。冷軋板的寬度在300mm范圍內(nèi)時，薄膜厚度波動在3%以內(nèi)。其薄膜
結(jié)構(gòu)如圖4及圖5所示，可見其沉積出的為Si02薄膜。實施例三.在不銹鋼巻鍍Ti02
在本例中，選用異丙氧化鈦TIPT (Ti(0-i-C:iH7)4))作為前驅(qū)體，通 入氧氣，在ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元沉積Ti02薄膜。
TIPT加熱到100度，通過氬氣，通入鍍膜室；在TIPT與氧氣的比例 為l: 2時。產(chǎn)生等離子，進行鍍膜。不銹鋼板以20米/分通過，可實現(xiàn) 50nm Ti02的鍍膜產(chǎn)品。
從以上實施例中可以看出，表面技術(shù)將會是下一個鋼鐵技術(shù)研發(fā)的重 心，尤其是是實現(xiàn)"個性化產(chǎn)品"的最佳工序。用戶對性能的需求和環(huán)保
的壓力使真空鍍膜技術(shù)被當(dāng)作"下一代連續(xù)帶鋼鍍膜技術(shù)"得到了很大的 關(guān)注，成為世界范圍的鋼鐵表面技術(shù)的研發(fā)熱點?，F(xiàn)在接近工業(yè)化的大都 是物理氣相沉積技術(shù)，但是只能實現(xiàn)金屬、氧化物或氮化物等的沉積，沉 積材料與蒸發(fā)物質(zhì)有很強的對應(yīng)關(guān)系。而化學(xué)氣相沉積可以改變原材料的
特性，形成各種各樣的具有有機物性質(zhì)的產(chǎn)品。 一些中試線已經(jīng)采用了該 技術(shù)。而本發(fā)明采用微波等離子化學(xué)氣相沉積作為帶鋼鍍膜手段，今后可 以在鋼鐵真空鍍膜領(lǐng)域中或?qū)嶒炇以O(shè)備上采用。如真空鍍膜實現(xiàn)工業(yè)化， 更可以進一步推廣使用。
權(quán)利要求
1、一種ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜工藝，包括ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積，其特征是其具體流程如下A、將帶鋼在空氣中開卷；B、帶鋼經(jīng)過化學(xué)前處理或等離子前處理進行表面清潔處理；C、帶鋼通過真空密封裝置依次通過抽氣預(yù)處理單元和ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元；D、對ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元通入前驅(qū)體、載氣、反應(yīng)氣體后，發(fā)生等離子，對帶鋼表面進行鍍膜；E、鍍膜完成后，帶鋼通過真空密封裝置進入大氣；F、帶鋼閉卷；G、完成整個帶鋼的鍍膜工藝。
2、 按照權(quán)利要求1所述的ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜工藝，其特征是所述的帶鋼在第一次貫穿通過ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元進行表面鍍膜后，經(jīng)過設(shè)置在鍍膜單元一側(cè)的封閉式換向裝置換向，而后再次貫穿通過ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元進行二次表面鍍膜。
3、 按照權(quán)利要求1所述的ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜工藝，其特征是所述的真空密封裝置包括真空隧道，在其與大氣或ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元連接處，設(shè)置有動密封裝置，帶鋼通過動密封裝置進/出真空隧道。
4、 按照權(quán)利要求1所述的ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜工藝，其特征是在所述的鍍膜單元中，微波源從同軸石英管內(nèi)置銅電極導(dǎo)入。
5、 一種ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜裝置，包括ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元(2)，其特征是在所述的ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元的一端，設(shè)置一預(yù)抽氣單元(1);在所述的ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元的另一端，設(shè)置一密封的帶鋼換向單元(3);在所述的ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元的內(nèi)部，設(shè)置上、 下兩層帶鋼傳送機構(gòu)；在大氣與預(yù)抽氣單元之間、預(yù)抽氣單元與ECR微波等離子化學(xué)氣相 沉積鍍膜單元之間和ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元與帶鋼換向單 元之間，設(shè)置動密封裝置；在兩層帶鋼傳送機構(gòu)之間，設(shè)置前驅(qū)體均勻送氣裝置(7)、載氣 氣體送氣裝置(10)和石英放電管組(11);在鍍膜單元的下端，設(shè)置抽真空裝置(18)。
6、 按照權(quán)利要求5所述的帶鋼鍍膜裝置，其特征是在所述預(yù)抽氣單 元(1)內(nèi)設(shè)置加熱裝置(5)。
7、 按照權(quán)利要求5所述的帶鋼鍍膜裝置，其特征是在所述帶鋼換向 單元(3)內(nèi)設(shè)置有第一帶鋼換向輥(12)和第二帶鋼換向輥(13)。
8、 按照權(quán)利要求5所述的帶鋼鍍膜裝置，其特征是所述的帶鋼傳送 機構(gòu)為傳送托輥組，其設(shè)置在上層的帶鋼傳送機構(gòu)為第一傳送托輥組(8)， 其設(shè)置在下層的帶鋼傳送機構(gòu)為第二傳送托輥組(15)。
9、 按照權(quán)利要求5所述的帶鋼鍍膜裝置，其特征是所述的石英放電 管組(11)為石英放電管陣列。
10、 按照權(quán)利要求5、 6、 7、 8或9所述的帶鋼鍍膜裝置，其特征是 所述的帶鋼從第一動密封裝置(4)進入預(yù)抽氣單元(1)，經(jīng)過加熱裝置(5)后通過第二動密封裝置(6)進入ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜 單元(2)上部，經(jīng)第一傳送托輥組(8)從前驅(qū)體均勻送氣裝置(7)、 載氣氣體送氣裝置(10)和石英放電管組(11)的上方穿過ECR微波等離 子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元，經(jīng)過第三動密封裝置(9)進入帶鋼換向單元(3)，順序通過第一帶鋼換向輥(12)和第二帶鋼換向輥(13)換向后， 穿過第四動密封裝置(14)再次進入ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單 元下部，經(jīng)第二傳送托輥組(15)從前驅(qū)體均勻送氣裝置、載氣氣體送氣 裝置和石英放電管組的下方穿過ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元， 再經(jīng)第五動密封裝置(16)和第六動密封裝置(17)貫穿通過預(yù)抽氣單元。
全文摘要
一種ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積帶鋼鍍膜工藝及裝置，涉及化學(xué)鍍覆領(lǐng)域。其帶鋼在空氣中開卷后，經(jīng)過化學(xué)前處理或者等離子前處理后，通過真空隧道和真空密封裝置，進入ECR微波等離子化學(xué)氣相沉積鍍膜單元，通入前驅(qū)體、載氣、反應(yīng)氣體后，發(fā)生等離子，進行鍍膜；鍍膜完成后，通過密封裝置，進入大氣，閉卷，完成整個鍍膜工藝。本發(fā)明可以在鋼鐵真空鍍膜領(lǐng)域中或?qū)嶒炇以O(shè)備上采用，如真空鍍膜實現(xiàn)工業(yè)化，更可以進一步推廣使用，具有廣闊的前景。
文檔編號C23C16/511GK101514447SQ20081003376
公開日2009年8月26日 申請日期2008年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日
發(fā)明者楊立紅 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司