專利名稱：一種航空有機(jī)玻璃的真空鍍膜裝置及鍍膜制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及真空鍍膜裝置，尤其是一種適用于航空有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)的真空鍍膜裝置。
背景技術(shù)：
航空有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)和丙烯酸樹脂(PC)類材料的真空鍍膜應(yīng)用于飛機(jī)客艙上的觀察窗、汽車配件和車燈外罩上的材料越來(lái)越多。該類材料的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)輕、透明度好、受碰撞不炸裂，但缺點(diǎn)是表面硬度低、易劃痕不耐擦。通過表面真空鍍膜是改善其性能的有效處理方法。但傳統(tǒng)的真空鍍膜工藝往往導(dǎo)至航空有機(jī)玻璃表面與真空鍍膜的膜層附著強(qiáng)度低，膜層很易剝落。此難題一直困繞著人們，限制真空鍍膜技術(shù)在此類基材上應(yīng)用。近二十年來(lái)，丙烯酸樹脂基片制造的眼鏡片，采用真空鍍膜來(lái)提高其光學(xué)增透性和表面硬度，國(guó)內(nèi)外都有專利，尤其日本申請(qǐng)專利最多。中國(guó)專利公開號(hào)CN1532563A采用真空鍍和離子鍍技術(shù)共鍍7層膜層，提高了眼鏡片的增透性。但增透膜與眼鏡片基體的附著力有待進(jìn)一步提聞。本實(shí)用新型以飛機(jī)客艙上的觀察窗用的航空有機(jī)玻璃板的真空鍍膜裝置為例，采用在真空室內(nèi)連續(xù)鍍?nèi)龑硬煌?，即主膜層為真空電子束鍍光學(xué)增透膜，輔助薄膜為用有機(jī)樹脂類材料(聚四氟乙烯樹酯)加熱汽化在離子轟擊下沉積生成膜層。本實(shí)用新型的目的是提供一種連續(xù)實(shí)現(xiàn)低溫真空鍍膜，獲得優(yōu)良的膜層綜合質(zhì)量的鍍膜裝置，尤其是提高比眼鏡片大得多的整塊飛機(jī)客艙觀察窗的航空有機(jī)玻璃材料表面與真空鍍膜的膜層附著力、光透過率、霧度，耐擦性和耐弱酸堿腐蝕等綜合性能。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型涉及真空鍍膜裝置，更適合用于航空有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)真空鍍膜的裝置。它由一立式單開門真空室、一真空泵組、一電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)、一帶轉(zhuǎn)位的內(nèi)置鍍膜材料的四穴水冷坩堝、一可轉(zhuǎn)位的擋板、一離子轟擊捧、真空室內(nèi)的頂部安裝一垂直軸系帶動(dòng)一轉(zhuǎn)盤，其上均布有三組可公轉(zhuǎn)/自轉(zhuǎn)的基材夾具機(jī)架(可安裝三塊經(jīng)予凈化處理的基材)、一光電式膜厚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、一數(shù)顯式主電控系統(tǒng)，以及在真空室外部組合一個(gè)裝有機(jī)樹脂液體的不銹鋼制的電阻式加熱容器和送氣管、一針閥開關(guān)和一個(gè)與真空室箱體連通的噴嘴等組成。鍍膜的工作過程是將鍍膜基材一次裝入真空鍍膜裝置內(nèi)，連續(xù)低溫鍍制"輔-主-輔"三層沉積薄膜結(jié)構(gòu)(第一層在基材表面真空沉積輔助底層薄膜，第二層真空蒸鍍主增透薄膜，第三層在主膜層之上真空沉積輔助頂層薄膜。)按程序分別打開或關(guān)閉裝置的分系統(tǒng)或組件機(jī)構(gòu)配合實(shí)施。當(dāng)沉積輔助底層或頂層薄膜時(shí)，關(guān)閉電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)，打開真空室外部裝有機(jī)樹脂液體的不銹鋼制的電阻式加熱容器上的針閥，通過噴嘴把被加熱的有機(jī)樹脂蒸汽噴入真空室內(nèi)，同時(shí)在離子轟擊作用下，加速沉積為輔助層薄膜。當(dāng)真空蒸鍍主增透薄膜層時(shí)，關(guān)閉有機(jī)樹脂液體容器上的針閥，打開電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)和四穴水冷坩堝上方的轉(zhuǎn)位擋板， 將電子束聚焦在坩堝穴內(nèi)的鍍膜材料(金屬氧化物)上，膜材被高溫蒸發(fā)成分子態(tài)，在離子輔助下，加速沉積在輔助底層薄膜之上，生成增透性很好的主薄膜層。在主膜層之上沉積的有機(jī)樹脂輔助頂層薄膜增加了附著力和耐捺性。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是1. 一種航空有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)真空鍍膜裝置組合了多種功能于一體，在真空室內(nèi)一次裝夾基材工件于基材夾具機(jī)架上，可連續(xù)完成三層"輔-主-輔"沉積薄膜結(jié)構(gòu)的制備，按程序分別打開或關(guān)閉裝置的分系統(tǒng)或組件機(jī)構(gòu)配合實(shí)施。2.本實(shí)用新型真空鍍膜的連續(xù)制備程序即在基材表面真空沉積第一層輔助底層有機(jī)樹酯類薄膜，第二層為真空制備核心主膜層-光學(xué)增透膜，第三層真空沉積輔助頂層有機(jī)樹酯類薄膜。3.采用一套真空鍍膜裝置包括一立式單開門真空室、一真空泵組、一電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)、一帶轉(zhuǎn)位的內(nèi)置鍍膜材料的四穴坩堝、一可轉(zhuǎn)移位的坩堝擋板、一離子轟擊捧、真空室頂部有一垂直軸系帶動(dòng)一轉(zhuǎn)盤，其上均布有三組可公轉(zhuǎn)/自轉(zhuǎn)的基材夾具機(jī)架、一光電式膜厚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、一數(shù)顯式主電控系統(tǒng)。在真空室外部有一裝有機(jī)樹脂液體的不銹鋼制的電阻式加熱容器和送氣管、一針閥開關(guān)和一個(gè)與真空室箱體連通的噴嘴。該裝置一次可裝入三塊經(jīng)予凈化處理的被鍍制基材，實(shí)現(xiàn)按程序連續(xù)完成三層沉積簿膜結(jié)構(gòu)的制備。4.用本裝置首先進(jìn)行基材的輔助底層真空沉積薄膜的制備選用有機(jī)樹脂類液體材料(本實(shí)施例用聚四氟乙烯)裝入一個(gè)不銹鋼容器內(nèi)，加熱容器，樹脂類液體材料被蒸發(fā)汽化，當(dāng)真空室內(nèi)的真空度保持在8Pa時(shí)，打開針閥調(diào)節(jié)噴入真空室內(nèi)的蒸汽流量，在真空室內(nèi)的離子轟擊棒產(chǎn)生的離子轟擊下有機(jī)樹脂材料分子被電離，高速飛向裝在夾具支架上的基材下表面，沉積生成底層簿膜。此過程電子束系統(tǒng)是處于關(guān)閉狀態(tài)。5.接著用電子束真空蒸發(fā)鍍膜連續(xù)制備主膜層此時(shí)先關(guān)閉有機(jī)樹脂類液體容器的針閥，當(dāng)真空室內(nèi)的極限真空度達(dá)到并保持在6X 10_3Pa時(shí)，打開電子槍電子束發(fā)生器和轉(zhuǎn)位擋板，將電子束聚焦在第N號(hào)坩堝穴內(nèi)的金屬氧化物鍍膜膜材上，膜材被高能加熱蒸發(fā)汽化，在輔助離子轟擊下，加速沉積在底層簿膜上生成主膜層(即中間層光學(xué)增透膜)的制備。6.接著連續(xù)進(jìn)行輔助頂層真空沉積薄膜的制備，先關(guān)閉電子束系統(tǒng)和當(dāng)真空室內(nèi)的真空度下降后并保持在8Pa時(shí)，再次打開針閥調(diào)節(jié)噴入真空室內(nèi)的蒸汽流量，重復(fù)進(jìn)行所述的過程，完成輔助頂層真空沉積薄膜的制備。7.本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果{1}本實(shí)用新型采用上述真空鍍膜裝置和相應(yīng)程序解決了航空有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)、聚碳酸酯(PC)類樹脂等合成樹脂類材料的傳統(tǒng)真空鍍膜膜層附著力很低、不耐捺的難題。{2}本實(shí)用新型采用真空電子槍電子束鍍膜裝置和輔助離子轟擊裝置相組合，采用二氧化鋯或二氧化鉿的膜材，實(shí)現(xiàn)總膜層的透光率高于92%、霧度低于3%、牢固度佳。{3}本實(shí)用新型采用增加制備兩層輔助膜層的沉積生成方法，采用有機(jī)樹酯類材料的加熱汽化噴入真空室內(nèi)被離子轟擊的輔助沉積技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一次裝夾基材工件，在系統(tǒng)真空狀態(tài)連續(xù)完成三層復(fù)合薄膜的制備，總體膜層結(jié)構(gòu)具有高附著力、光透過率高、霧度低、耐摩擦、耐候性、抗弱酸堿腐蝕等綜合性能，并達(dá)到節(jié)能、提高工效、清除了對(duì)環(huán)境污染的有益效果。

圖1是本實(shí)用新型制備的真空鍍膜膜層結(jié)構(gòu)分布示意圖。圖中1-基材工件，2-底層是輔助有機(jī)樹脂薄膜層{1}，3-中間層是主膜層光學(xué)增透膜，4-頂層是輔助有機(jī)樹脂薄膜層⑵。圖2是本實(shí)用新型采用的一個(gè)真空鍍膜裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖中5_真空泵組，6-離子轟擊棒，7-基材工件，8-垂直軸系，9-具有公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)功能的基材夾具組，10-真空鍍膜機(jī)數(shù)控機(jī)柜(包括光電膜厚監(jiān)測(cè)儀、真空度數(shù)顯儀、高壓電源等系統(tǒng))，11-真空室箱體，12-可轉(zhuǎn)位擋板，13-電子束，14-電子槍組件，15-真空室箱體基座，16-金屬氧化物膜材，17-四穴轉(zhuǎn)位水冷坩堝，18-裝有機(jī)樹脂的加熱容器，19-針閥噴嘴組件。圖3是膜層制備工藝流程示意圖，圖中20_超聲波凈化予處理的基材工件，21-第一步驟真空沉積輔助底層薄膜，22-第二步驟真空蒸鍍主薄膜光學(xué)增透膜，23-第三步驟真空沉積輔助頂層薄膜。
具體實(shí)施方式
1.透明航空有機(jī)玻璃視窗板基材(聚甲基丙烯酸甲脂)鍍膜工件(7)，其規(guī)格為直徑0:211_ X厚度5mm。2.采用一個(gè)立式真空鍍膜裝置連續(xù)完成基材工件三層簿膜的制備。真空鍍膜裝置的結(jié)構(gòu)組成如下立式單門真空室箱體(11)與真空泵組(5)相連接、箱體底板上安裝電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)(14)和帶轉(zhuǎn)位的裝膜材用的四穴坩堝(17)、坩堝穴中裝入金屬氧化物膜材(16)、可轉(zhuǎn)位擋板(12)位于坩堝上方200mm、一離子轟擊捧(6)位于真空室中部、真空室頂板下表面裝有一垂直軸系(8)帶動(dòng)一轉(zhuǎn)盤，其上均布有三組可公轉(zhuǎn)/自轉(zhuǎn)基材夾具機(jī)架(9)、裝有機(jī)樹脂液體的不銹鋼制電阻式加熱容器(18)位于真空室箱體機(jī)座(15)上，力口熱容器上的針閥開關(guān)和噴嘴(19)與真空箱體相通，用針閥調(diào)控有機(jī)樹脂材料汽化后的蒸氣噴入真空室的流量。光電式膜厚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)的組合機(jī)柜(10)位于真空室箱體的右側(cè)，機(jī)柜的一組電纜與真空室相連接。該裝置最多一次可裝入三塊透明航空有機(jī)玻璃視窗板基材工件(7)。3.實(shí)施工藝流程將基材工件用超聲波清洗凈化予處理(20)，烘干后將處理好的三塊備鍍基材分別裝入真空室的有公轉(zhuǎn)/自轉(zhuǎn)功能的夾具機(jī)架組件上，被鍍表面朝下。將金屬氧化物膜材(二氧化鋯和二氧化鉿)(16)分別放入真空室內(nèi)的四穴轉(zhuǎn)位坩堝中，關(guān)真空室門，啟動(dòng)真空泵組和勻速轉(zhuǎn)動(dòng)基材工件夾具機(jī)架(9)，選定第N號(hào)工位坩堝穴轉(zhuǎn)動(dòng)定位到聚焦電子束掃描的位置。擋板(12)轉(zhuǎn)到坩堝上方就位。4.實(shí)施第一步驟(21):將裝有有機(jī)樹酯類(本實(shí)施例采用聚四氟乙烯樹酯)的容器加熱，使其內(nèi)的有機(jī)樹酯液體達(dá)到蒸發(fā)汽化態(tài)，當(dāng)真空室內(nèi)的真空度保持在低真空8Pa ；啟動(dòng)離子轟擊捧，同時(shí)打開針閥噴嘴，將被蒸發(fā)的聚四氟乙烯樹酯汽化態(tài)材料噴射進(jìn)真空室內(nèi)，用離子轟擊它，產(chǎn)生輝光放電，在基材工件的下表面沉積形成底層簿膜層。膜厚的控制是用離子轟擊時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，約2分鐘便關(guān)閉針閥噴嘴和停止離子轟擊，輔助底層薄膜制備完成。輔助底層膜的作用是增加膜層與基材的附著力。5.實(shí)施第二步驟(22):將坩堝上方的轉(zhuǎn)位擋板(12)轉(zhuǎn)開，當(dāng)真空室內(nèi)的極限真空度提高并保持在6 X KT3Pa時(shí)，啟動(dòng)電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)(14)，電子束聚焦加熱第N位的坩堝穴內(nèi)的金屬氧化物膜材至蒸發(fā)汽化，同時(shí)輔助離子轟擊，膜材分子加速沉積在輔助底層簿膜上，形成主膜層光學(xué)增透膜。用光電式膜厚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制主膜層厚度達(dá)要求時(shí)，關(guān)閉電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)(14)。主膜層的作用是增強(qiáng)光學(xué)增透率和降低霧度。6.實(shí)施第三步驟(23):將擋板(12)轉(zhuǎn)到坩堝上方就位，進(jìn)入降低真空室真空度程序，再次將裝有有機(jī)樹酯類材料的容器加熱，使其內(nèi)的有機(jī)樹酯液體達(dá)到蒸發(fā)汽化態(tài)，當(dāng)真空室內(nèi)的真空度保持在SPa真空度時(shí)，啟動(dòng)離子轟擊，同時(shí)打開針閥噴嘴，將被蒸發(fā)的聚四氟乙烯樹酯汽化態(tài)材料噴射進(jìn)真空室內(nèi)，用離子轟擊它，產(chǎn)生輝光放電，在主膜層光學(xué)增透膜上沉積形成頂層膜層。膜厚的控制是用離子轟擊時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，約2分鐘便關(guān)閉針閥噴嘴和停止離子轟擊，輔助頂層薄膜制備完成，頂層薄膜的作用是形成保護(hù)層和增強(qiáng)與光學(xué)增透膜的黏合力。7.停止真空泵組運(yùn)行、放氣、打開真空室、取出工件。便完成整個(gè)連續(xù)真空鍍膜工藝過程。在鍍膜的過程中基材工件的溫度保持在不高于80°C，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基材工件的低溫表面改性，增加了表面硬度、提高耐捺性。 保證總鍍膜層與基材的牢固黏合，大大提高其附著力的同時(shí)，其膜層的高透光性和低霧度，耐候性和抗腐蝕作用保持十分良好。
權(quán)利要求1.一種航空有機(jī)玻璃真空鍍膜裝置及鍍膜制備，其特征在于真空鍍膜裝置包括一立式單門真空室、一真空泵組、一電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)、一帶轉(zhuǎn)位的內(nèi)置鍍膜材料的四穴水冷坩堝、一可轉(zhuǎn)位的擋板、一離子轟擊捧、真空室頂部有一垂直軸系帶動(dòng)一轉(zhuǎn)盤，其上均布有三組可公轉(zhuǎn)/自轉(zhuǎn)的基材夾具機(jī)架、可安裝三塊經(jīng)予凈化處理的基材、一光電式膜厚監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、一數(shù)顯式主電控系統(tǒng)，以及在真空室外部組合一個(gè)裝有機(jī)樹脂液體的不銹鋼制的電阻式加熱容器和送氣管、一針閥開關(guān)和一個(gè)與真空室箱體連通的噴嘴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航空有機(jī)玻璃的真空鍍膜裝置及鍍膜制備，其特征在于鍍膜制備時(shí)按程序分別打開或關(guān)閉裝置中的某個(gè)分系統(tǒng)或組件機(jī)構(gòu)配合實(shí)施，當(dāng)沉積輔助底層或頂層薄膜時(shí)，關(guān)閉電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)，打開真空室外部裝有機(jī)樹脂液體的不銹鋼制的電阻式加熱容器上的針閥，通過噴嘴把被加熱的有機(jī)樹脂蒸汽噴入真空室內(nèi)，同時(shí)在離子轟擊作用下，加速沉積為輔助層薄膜。當(dāng)真空蒸鍍主增透薄膜層時(shí)，關(guān)閉有機(jī)樹脂液體容器上的針閥，打開電子槍電子束蒸發(fā)系統(tǒng)和四穴水冷坩堝上方的轉(zhuǎn)位擋板，將電子束聚焦在坩堝穴內(nèi)的鍍膜材料金屬氧化物上，膜材被高溫蒸發(fā)成分子態(tài)，在離子輔助下，加速沉積在輔助底層薄膜之上生成主膜層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種航空有機(jī)玻璃真空鍍膜裝置及鍍膜制備。用本電子束蒸發(fā)和離子輔助的真空鍍膜裝置連續(xù)制備三層″輔-主-輔″沉積薄膜結(jié)構(gòu)，其中兩層輔助薄膜分別位于主膜層的底層和頂層。輔助薄膜制備時(shí)關(guān)閉電子束系統(tǒng)，將外置有機(jī)樹脂類液體在真空室外加熱汽化，噴入真空室，在離子轟擊下電離為分子態(tài)沉積在基片表面或主膜層上。主膜制備是用針閥關(guān)閉有機(jī)樹脂汽化噴嘴，用金屬氧化物膜材在電子束蒸發(fā)和輔助離子轟擊下沉積在底層膜上形成光學(xué)增透膜。本實(shí)用新型裝置鍍膜制備的三層膜系結(jié)構(gòu)具有高附著力、透過率高、霧度低、耐摩擦和耐腐蝕等性能。在航空、汽車、車燈外罩等行業(yè)可廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)C23C14/08GK202881377SQ20122025074
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者宮杰, 劉家興, 許鏡明, 蔡中林, 鄔紀(jì)澤 申請(qǐng)人:宮杰, 劉家興, 鄔紀(jì)澤