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  真空是指低于大气压力的气体的给定空间，即每立方厘米空间中气体分子数大约少于两千五百亿亿个的给定空间。真空是相对于大气压来说的，并非空间没有物质存在。用现代抽气方法获得的最低压力，每立方厘米的空间里仍然会有数百个分子存在。气体稀薄程度是对真空的一种客观量度，最直接的物理量度是单位体积中的气体分子数。气体分子密度越小，气体压力越低，真空就越高。但由于历史原因，量度线真空常用帕斯卡（Pascal）或托尔（Torr）做为压力的单位。

  宋停云与您分享 宋停云与您分享 真空镀膜机的详细结构 高真空镀膜机，镀膜机是目前制作真空条件应用最为广泛的设备。其相关组成及各部件：机械泵、增压泵、油扩散泵、冷凝泵、真空测量系统. 下面本人详细的介绍各部分的组成及工作原理。一、真空主体——真空腔 根据加工产品要求的各异，真空腔的大小也不一样，目前应用最多的有直径 1.3M、0.9M、1.5M、1.8M 等，腔体由不锈钢材料制作，要求不生锈、坚实等，真空腔各部分有连接阀，用来连接各抽气泵浦。二、辅助抽气系统 此排气系统采用“扩散泵+机械泵＋罗茨泵＋低温冷阱＋polycold”组成 排气流程为：机械泵先将线PA 左右的低真空状态，为扩散泵后继抽真空提供前提，之后当扩散泵抽真空腔的时候，机械泵又配合油扩散泵组成串联，以这样的方式完成抽气动作。 排气系统为镀膜机真空系统的重要部分，主要有由机械泵、增压泵（主要介绍罗茨泵）、油扩散泵三大部分所组成。 机械泵：也叫前级泵，机械泵是应用最广泛的一种低真空泵，它是用油来保持密封效果并依靠机械的方法不断的改变泵内吸气空腔的体积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀从而获得真空。 机械泵有很多种，常用的有滑阀式（此主要使用在于大型设备）、活塞往复式、定片式和旋片式（此目前应用最广泛，本文主要介绍）四种类型。 机械泵常常被用来抽除干燥的空气，但不能抽除含氧量过高、有爆炸性和腐蚀性的气体，机械泵一般 被用来抽除永久性的气体，但是对水气没有好的效果，所以它不能抽除水气。旋片泵中起最大的作用的部 件是定子、转子、弹片等，转子在定子里面但与定子不同心轴，象两个内切圆，转子槽内装有两片弹片，两弹片中间装有弹簧，保证了弹片紧紧贴在定子的内壁。 它的两个弹片交替起着两方面的作用，一方面从进气口吸进气体，另一方面压缩已经吸进的气体，将气体排出泵外。转子每旋转一周，泵完成两次吸气和两次排气。当泵连续顺时针转动时，旋片泵不断的通过进气口吸入气体，又从排气口不断的排出泵外，实现对容器抽气的目的。为了更好的提高泵的极限真空度， 均将泵的定子浸在油里面这样，在各处的间隙中及有害空间里面经常保持充足的油，把空隙填满，所以油一方面起到了润滑作用，另一方面又起了密封和堵塞缝隙及有害空间的作用，防止气体分子通过种种渠道反流到压强低的空间去。 机械泵是从大气开始工作的，它的主要参数有极限真空，抽气速率，此为设计与选用机械泵的重要依据。单级泵可以将容器从大气抽到 1.0*10-1PA 的极限真空，双级机械泵可以将容器从大气抽到 6.7*10-2 帕，甚至更高。 抽气速率，是指旋片泵按额定转数运转时，单位时间内所能排出气体的体积，可以用下公式计算： Sth=2nVs=2nfsL fs 表示吸气结束时空腔截面积，L 表示空腔长度，系数表示转子每旋转一周有两次排气过程，Vs 表示当转子处于水平位置的时候，吸气结束，此时空腔内的体积最大，转速为 n。 宋停云与您分享 宋停云与您分享 机械泵排气的效果还与电机的转速及皮带的松紧度有关系，当电机的皮带比较松，电机转速很慢的时候，机械泵的排气效果也会变差，所以要经常保养，点检，机械泵油的密封效果也需要常常点检，油过少，达不到密封效果，泵内会漏气，油过多，把吸气孔堵塞，无法吸气和排气，一般，在油位在线 厘米即可。 增压泵又叫罗茨泵：它是具有一对同步非常快速地旋转的双叶形或多叶形转子的机械泵，由于它的工作原理与罗茨鼓风机相同，所以又可以叫罗茨线 帕压强范围内有较大的抽气速度，它弥补了机械泵在此范围内排气能力不够的缺点，此泵不能从大气开始工作，也不能直接排出大气，它的作用仅仅是增加进气口和排气口之间的压差，其余的则需要机械泵来完成，因此，它必须配以机械泵作为前级泵。 机械泵在使用的过程中，一定要注意以下问题： 1、机械泵要安装在清洁干燥的地方。 2、泵本身要保持清洁干燥，泵内的油具有密封和润滑作用，因此要按照规定量添加。 3、要定期更换泵油，更换的时候要先排出以前的废油，周期为至少三个月至半年更换一次。 4、要按照说明书接好电线、机械泵停止工作前要先关闭进气阀门，再停电并开放气阀，将大气通过进气口放入泵中。 6、泵在工作期间，油温不可以超过 75 摄氏度，否则会由于油的黏度过小而导致密封不严。 7、要不定期检点机械泵的皮带松紧度、电机的转速，罗茨泵电机的转速，和密封圈的密封效果。 油扩散泵：机械泵的极限线 帕的时候，实际抽速只有理论的1/10，如果 要获得高真空的话，一定要采用油扩散泵。 由于油扩散泵是最早用来获得高真空的泵，其由于造价便宜，维护方便，使用广泛，所以本文将重点讨论。 油扩散泵的应用压强范围是 10-1 帕-10-7 帕，它是利用气体的扩散现象来排气的，它具有结构相对比较简单， 操作便捷，抽速大（最高能够达到 10+5 升/秒）等特点。油扩散泵主要由泵壳、喷嘴、导流管和加热器组成，里面主要添加扩散泵油（日本的型号是 D-704#），根据喷嘴的多少可大致分为单级泵和多级泵。 扩散泵底部内储存有扩散泵油，上部为进气口，右侧旁下部为出气口，在工作时出气口由机械泵提供前置压强，机械泵充当前置泵。 当扩散泵的油被电炉加热时，产生的油蒸汽提供前置压强，机械泵充当前置泵。当扩散泵油被电炉加热时，产生的油蒸汽沿着导流管经伞形喷嘴向下喷出。因喷嘴外面有机械泵提供的 1-10-1 帕的真空， 故油蒸汽可喷出一段距离，构成一个向出气口方向运动的射流。射流最后碰上由冷却水冷却的泵壁，凝结为液体，流回蒸发器，即靠油的蒸发——喷射——凝结，重复循环来实现抽气的。 由进气口进入泵内的气体分子，一旦落入蒸汽流中，便获得向下运动的动量，向下飞去，由于射流具有高的流速（约 200 米/秒），高的蒸汽密度，且扩散泵油具有高的分子量（300-500）故能有效的带走气体分子，因此在射流的界面内，气体分子不可能长期滞留，且在射流界面的两边，被抽气体有很大的浓度差，正是因为这个浓度差被抽气体能不断的越过界面，扩散进入射流中，被带往出口处，在出口处再由机械泵抽走。 宋停云与您分享 宋停云与您分享 扩散泵的油蒸汽压是决定泵的极限真空的主要的因素，因此尽量选用饱和蒸汽压低的泵油，其化学特性要好。 扩散泵不能单独用来抽气，一般要求泵的最大出口压强为 40 帕。扩散泵的抽速决定于第一级喷嘴与泵体进气口口径间环形面积的大小，抽速不是一恒定的值，而是随着进气口的压强而变化的，当压强在 10-2～10-3 帕的时候，扩散泵的抽气速度是最快的，当压强小于 5*10-4 帕之后，扩散泵的抽气速度最小，就没有抽气能力（此时，进气口的压强较高，由于空气的密度较大，使蒸汽流形成不了高速射流以阻挡空气的反扩散，所以抽速下降）。 扩散泵在安装前要清洗，之后才可以装入扩散油，油在加热前，必须要先对泵抽真空，停机前要先将扩散泵油冷却到 60～70 摄氏度，才可以关闭前级抽气，最后关冷却水。 由于油扩散泵是无法杜绝有返油的几率，那么没有很好的方法保证精密产品的 100％纯净，特别是半导体行业，所以就有“高真空冷凝泵＋低真空机械泵”所组成的无油真空系统，冷凝泵组成的排气系统不仅排气效率非常之高，而且有效保证真空腔的清洁，保证产品的质量（避免产品被污染、增强膜层与基板之间的附着力），但是其维护成本非常的高，造价昂贵，所以普及率没有油扩散泵广泛。 本人在工作过程中，有幸使用到采用冷凝泵组成的排气系统，故在此解释。 低温冷凝泵：它是利用低温表面来凝聚气体分子以实现抽气的一种泵，是目前获得极限真空最高，抽速最大的抽气泵。 冷凝泵的工作原理：主要是低温表面对气体的冷凝作用、冷捕作用及物理低温吸附作用。低温冷凝：依据各种气体的特性，采用液氦或者制冷循环氦气来冷却。 冷捕集：就是不可凝气体被可凝气体捕集的现象，通常二氧化碳、水蒸气、氮气、压气等气体首先形成霜，于低温表明产生吸附层，进而达到吸附其它气体的目的，低温泵抽除混合气体的效果比抽除单一效果好就是这一个原因。 低温吸附：指低温表面上的吸附剂吸附气体的作用，由于吸附剂与气体分子之间的相互作用很强，故可达到气相压强比冷凝表面温度下它的饱和蒸汽压还低的水平。吸附剂通常是活性炭。 冷凝泵的抽气速率及影响 冷凝泵的抽气速率与冷凝表面的面积大小有关系，经多个方面数据显示，单位冷凝表面积下的抽气速率为 11.6 升/秒.平方厘米，冷凝泵可以抽到 10-8 帕；此外粘有活性炭的吸附表面的几何形状及位置、活性炭的颗粒结构、粘结材料及粘接工艺，对抽速也有很大的影响。其次重点是制冷机的制冷量要足够大。 真空计：真空计是真空镀膜机器上的重要组成部分，它是检测镀膜机真空度的重要手段。真空计根据其工作原理可大致分为绝对真空计和相对真空计，绝对真空计可以直接测量压强的高低，相对真空计只能间接测量真空度。 本论文重点介绍镀膜机器上面常用到的以下几个真空计： 电阻真空计（又叫皮喇尼真空计）： 它主要由电热丝、外壳和支架构成，主要是根据在低压下，气体的热传导系数与压强成正比的方式工作的。上面开口处与被测真空系统相连接，热丝采用电阻温度系数大的金属丝做成，两支支架引线与测量线路连接。当压强降低的时候，由于气体热传导散失的热量减小，因此当热丝加热电流稳定时候，则热丝温度就上升，热丝的电阻就增大，用测量热丝电阻值的大小来间接测量压强，有以下关系： 宋停云与您分享 宋停云与您分享 略 这就是电阻真空计的工作原理，此线 帕之间，目前采用的型号是 WP-02 磁控放电真空计： 工作原理：在放电开始时，由于空间游离电子向阳极运动时，在正交电磁场作用下，电子的轨迹不是直线而是螺旋线前进，又因为阳极是框形，故电子不一定第一次就碰上阳极，而是穿过阳极，然后受到对面阴极的拒斥，又复返回。这样反复多次才可能打上阳极。由于电子路程大大加长，故碰撞及电离的分子数增加，使得在较低压强（10-4 帕以下）仍维持放电（也称潘宁放电）。 目前比较多的型号有 PKR251、GI-PARY 放电管真空计：在玻璃管中封入两个金属电极，在其上加上数千伏的直流高电压，在一定的压强范围内（1*10-3～2*10 托）内就能引起自持放电，通过放电颜色来判定其真空度 目前为止此种真空计已经很少使用，因为其误差大，容易损坏，而且寿命不长。三、蒸发系统 蒸发系统主要指成膜装置部分，镀膜机器的成膜装置很多，有电阻加热、电子枪蒸发、磁控溅射、射频溅射、离子镀等多种方式，鄙人就电阻加热和电子枪蒸发两种方式作介绍，因为此两种方式我应用的比较多。 电阻蒸发根据其结构和工作原理是目前为止应用最多，最广泛的蒸发方式，也是应用时间最长的蒸发方式。它的工作方式是，将钨片做成船状，然后安装在两个电极中间，在钨舟中央加上药材，再缓缓给电极通电，电流通过钨舟，钨舟通电发热，这些低电压，大电流使高熔点的钨舟产生热量，再热传导给镀膜材料，当钨舟的热量高于镀膜材料熔点的时候，材料就升华或者蒸发了，此方法由于操作便捷，结构相对比较简单，成本低廉，故被很多设备应用，但是其蒸发出来的薄膜由于致密性不佳，加上很多材料无法采用这样的形式蒸镀，所以其有一定局限性。钨舟蒸发镀膜材料的时候，材料的熔点必须小于钨舟的熔点，否则就没有很好的方法进行。 电子枪蒸发是到目前为止应用最多的一种蒸发方式，它可以蒸发任何一种镀膜材料，它的工作方式是： 将镀膜材料放在坩埚里面，将蒸发源制作成灯丝形状，采用一专门的控制柜，对灯丝加一强电流，高电压，由于灯丝的材料是钨，所以它会发热，到最后会发射电子，再采用一定的磁场将其聚集成一定形状， 并牵引到坩埚上，这样就形成了一股电子束，由于电子束温度非常高，可以熔化任何镀膜药材，当镀膜药材被电子束熔化后（有些材料是直接升华），药材的分子（原子或者离子）在真空中成直线运动，然后遇到基板，就凝结下来，经过这样的形式生长，形成薄膜！最常用的有将电子束的偏转角制作成 270 度，、或者运行轨迹为 e 型的 e 行电子枪或者电子束偏转角 180 度，运行轨迹为 c 型的 c 型电子枪两种。 电子束蒸发的最大优点是：电子束的光斑可以随意调整，可以一枪多用，灯丝可以隐藏，避免污染， 可以蒸发任意镀膜材料，维修方便，蒸发速度能随意控制，材料分解小，膜密度高。机械强度好。 溅射方式是用高速正离子轰击靶材表面，通过动能传输，令靶材的分子（原子）有足够的能量从靶材表面逸出，在产品表面凝聚形成薄膜。 用溅射的方法制镀的薄膜附着性强，薄膜的纯度高，可以同时溅射多种不同成分的材料，但是对靶材的要求高，不能象电子枪一样节约世界资源。 目前运用最多的有磁控溅射，磁控溅射是指平行于阴极表面施加强电场，将电子约束在阴极靶材表面附近，提高电离效率。它是操作最简单的一种，所以运用非常广。 宋停云与您分享 宋停云与您分享 四、成膜控制管理系统 薄膜监控目前应用方式比较多，主要有：目视监控法，定（极值）值监控、水晶振荡监控、时间监控等等。本人主要介绍目视监控、定（极值）监控和水晶振荡监控三种。 目视监控也叫直接监控，就是采用眼睛监控，因为薄膜在生长的过程中，由于干涉现象会有颜色变化， 我们就是根据颜色变化来控制膜厚度的，此种方式有一定的误差，所以不是很准确，需要依靠经验。 定值（极值）监控：主要是采用反射式（透过式）光学监控。极值监控法：当膜厚度增加的时候其反射率和穿透率会跟着起变化，当反射率或穿透率走到极值点的时候，就不难得知镀膜之光学厚度 ND 是监控波长（入）的四分之一的整数倍。但是极值的方法误差比较大，因为当反射率或者透过率在极值附近变化很慢，亦就是膜厚 ND 增加很多，R/T 才有变化。反映比较灵敏的位置在八分之一波长处。 定值监控法：此方法利用停镀点不在监控波长四分之一波位，然后由计算机计算在波长一时总膜厚之反射率（或者穿透率）是多少，此即为停止镀膜点。 水晶振荡监控： 水晶振荡的工作原理是：利用石英晶体振动频率与其质量成反比的原理工作的。但是石英监控有一个不好之处就是当膜厚增加到一定厚度后，振动频率不全然由于石英本身的特性使厚度与频率之间有线性关系，此时一定要使用新的石英振荡片。 几种监控方法各有优劣，但通常镀多层膜，会以光学监控为主，石英晶体振荡为辅助的方法。 除此之外，对于有些在镀膜过程中需要充入气体的还有流量控制计或者压力控制计，这些需要采用精密的阀门和光电传感系统来控制。 在镀膜过程中还需要回转控制管理系统，就是将伞具的主轴置于轴承里面，然后再利用电机带动轴承，使伞具回转。然后再 PLC 控制其回转速度。 坩埚回转采用电机带动，光电感应计数的方法，遮药板采用气动开关方式转动。 为了加快抽气速率，达到一定的真空度，还需要对真空腔进行制冷，就是将真空腔里面的空气冷冻到零下 130 摄氏度，将真空腔里面的水气冷冻并被泵抽走。 电气控制部分主要是采用 PLC 自动控制，就是先在 PLC 中输入预先设计好的程序，处理器主电路与操作面板上的各空驶系统相连接，当按下操作面板上的开关的时候，信息传递到中央处理器，再由中央控制管理系统分析并发出指令由支路执行并完成动作。 镀膜机是集多门学科的设备，它集成了当今工业最先进的机电技术，控制技术、电气自动化、IT 技术、制冷技术，微电路集成系统、高压控制管理系统、机械技术、加工技术、光电技术、光学技术、气动控制技术、光电传感技术、通讯技术、真空技术、薄膜光学与镀膜技术等等。 可以说镀膜机是新兴的产业代表。 到今天，镀膜机已经被大范围的应用，制镀薄膜尤其广泛，其制作的各种薄膜被应用到各光电系统及光学仪器中，如数码相机、数码摄像机、望远镜、投影机、能量控制、光通讯、显示技术、干涉仪、人造卫星飞弹、半导体激光、微机电系统、信息工业、激光的制作、各种滤光片、照明工业、传感器、建筑玻璃、汽车工业、装饰品、钱币、眼镜片等等，镀膜机器已经与人类的生活紧密联系。 宋停云与您分享 宋停云与您分享 一台进口镀膜机造价通常达到 一台进口镀膜机造价通常达到 300～1000 万人民币，国产设备目前的造价也在 100 万左右，进口设备已经完全自动化，整个生产的全部过程都由计算机自动完成，其先进程度绝对优于世界上任何自动化作业模式，由于国内的真空技术起步较晚，加上技术有限，故到目前为止还采用人工操作模式，有些厂商有借鉴进口设备的运作模式，能够达到半自动化作业模式，比如：成都的南光镀膜机器、广东的腾胜镀膜机、台湾的龙翩镀膜机、北仪真空、沈阳真空等在业界皆有名次。 【性能参数】 1.人汗测试：PH 值 4.7~7.2 测试无明显变色、起泡 2.恒温恒湿：65℃ 90% RH 放置 88H 3.高低温测试：-40℃~85℃，共 27 次 循环来测试,外观无明显的变色 4.附着力测试 ≧3B~≧4B 为合格！ 5.RCA 测试：100~1000 圈循环/175g/f,不露底材为合格！ 6.耐化学品测试：护手霜/防晒油/唇膏，将产品放在恒温箱内（温度40±2℃、湿度 90±2%），保持48H，产品表面外观无异常，附着力测试达≧3B~≧4B。 7.硬度测试：以 1H 三菱铅笔, 500g~1000g/f,分别划 3 条 5mm 长，表面无明显划痕为合格！ 8.水煮测试：水沸腾煮 30 分钟~1 小时后表面无龟裂、变色、起泡为合格 9.橡皮擦测试，ES-512N 橡皮擦，500g/f,摩擦长度 5~15mm,测试 100~200 次表面无明显变化为合格！ 10.盐雾测试：浓度：5±1% bars,密度：1030~1040kg/m3，PH 值：6.5~7.2，连续喷 8H 后停止，该产品在盐雾箱内静置 16H,然后再开始喷雾,如此循环 3 次后(72H) ,用清水洗干净，外观无变色、起泡为合格！ 11.UV 老化：UV-A，340nm,60℃，测试 4H.50℃露点测试 4H;上述两步测试构成一个循环，重复上述测试，共 12 循环,外观无明显变化。合格！ 宋停云与您分享 PAGE 宋停云与您分享 定义 1：大气压力与凝汽器压力的差 定义 2：在指定空间内，低于一个大气压力的气体状态。 真空是一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。在“真空”中，声音因没有介质而无法传递，但电磁波的传递却不受真空的影响。事实上， 在真空技术里，真空系针对大气而言，一特定空间内部之部份物质被排出， 使其压力小于一个标准大气压，则我们通称此空间为线 真空常用帕斯卡（Pascal）或托尔（Torr）做为压力的单位。目前在自然环境里，只有外层空间堪称最接近真空的空间。 含义及 特点 在真空科 学中，真空的含义是指在给定的 空间内低于一个大气压力的气体状态。人 们通常把这种稀薄的气体状态称 为真空状况。这种特定的真空状态与人类 赖以生存的大气在状态相比较， 主要有如下几个基本特点： （ 1 ）真空状态 下的气体压力小于一个大气压 ，因此，处 于地球表面上的各种真空容器 中，必将受到大气压力的作用， 其压强差的大小由容器内外的压差值而定 。由于作用在地球表面上的一个 大气压约为 101325N/m^2 ， 因此当容器内 压力很小时，则容器所承受的大 气压力可达到一个大气压。 （ 2 ）真空状 态下由于气体稀薄，单位 体积内的气体分子数 ，即气体 的分子密度小于 大气压 力的气体 分子密 度。因 此，分 子之间 、分子 与其他质点（如 电子、 离子等 ）之间以 及分子 与各种 表面（ 如器壁 ）之间 相互碰撞次数相对减 少，使气体的分子自由程增大。 性质 线.空非无。如果真空中没有粒子，我们就会准确的 测出场 (0)与场的变 化曲率 (0) ，然而 海森堡 不确定 性原理 表明， 我们不可能同 时精确地测出一对共轭量，所以，可以“空”，不能“无” 。因此，在 真空中 ，粒子 不停地以 虚粒子 、虚反 粒子对 的形式 凭空产 生，而又互相湮灭 ，在这 个过程 中，总的 能量保 持不变 。 2.真空存 在极性 ,因此说真空 是不对 称的。 但这种不 对称是 相对局 部的， 在相对 整体上 又是对称的，如此的循环嵌套构成了线.真空的 每个局部具备了真空的全 体性质 。大和 小是相对 而言的 。时间 也是相 对于空 间而言 的，时间不能脱离了 具体的空间而单独的存在。 应用 在高真空 和微重 力环境中 进行生 命和生 物科学 实验， 不会有 有机物 污染，发 生混入 或测定 错误，细 菌等实 验用的 微生物 不会到 处扩散 ，十分安全。太空制 药是真空和微重力环境利用的重 要方面。

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