專利名稱：一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到無機(jī)薄膜制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種新型超聲噴霧熱解薄膜制備裝置。
背景技術(shù)：
無機(jī)薄膜在太陽能光電光熱利用、節(jié)能鍍膜玻璃、光電子通訊等領(lǐng)域具有重要的 應(yīng)用。無機(jī)薄膜的制備方法主要包括磁控濺射法、真空蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法、溶膠_凝 膠法、以及噴霧熱解法等。前三種鍍膜方式具有膜層均勻致密、容易控制膜厚、膜層附著力 強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但存在制備成本高昂、設(shè)備復(fù)雜等不足之處；盡管溶膠_凝膠法具有制備成本低 廉的優(yōu)點(diǎn)，但薄膜均勻性不理想，且不便于連續(xù)化生產(chǎn)。為此，噴霧熱解法受到人們廣泛的 關(guān)注。 —般來說，噴霧熱解系統(tǒng)的霧化方式分為壓縮空氣霧化和超聲霧化兩種。壓縮空 氣霧化方式通常需要很高的空氣壓力，噴嘴的形狀和噴嘴調(diào)節(jié)螺絲在高壓氣流下容易松 動，使流量和噴射距離等不穩(wěn)定，所制備薄膜的性能均勻性和重復(fù)性差。對于超聲霧化方 式，載氣流量可遠(yuǎn)小于壓縮空氣霧化方式，使超聲噴霧氣流對襯底溫度的影響大大減小，使 沉積工藝的控制相對容易。目前的超聲噴霧熱解裝置大多是在超聲起霧后，通過載氣輸送 霧氣至噴嘴，然后沉積成膜。這種方式存在超聲頻率高、機(jī)構(gòu)復(fù)雜、氣霧不穩(wěn)定、成膜均勻性 較差等問題。中國發(fā)明專利200710033036. X公開了一種一體化超聲霧化噴嘴，克服了傳統(tǒng) 超聲噴霧裝置的缺點(diǎn)，其工作原理是由換能器產(chǎn)生的超聲波通過變幅桿傳送至噴嘴頭，從 而使經(jīng)噴嘴流出的溶膠在噴嘴端面均勻霧化，然后沉積成膜；與傳統(tǒng)的超聲噴霧方式相比， 其霧化效果更加均勻，且超聲頻率低、機(jī)構(gòu)簡單。但是，這種一體化超聲霧化噴嘴只能在低 溫下(低于130°C )工作，盡管這種噴嘴具有內(nèi)冷卻的功能，但目前大多應(yīng)用于低溫成膜過 程，不能滿足高溫成膜的需要。 此外，現(xiàn)有的超聲噴霧熱解裝置大多采用多個噴嘴實(shí)現(xiàn)大面積成膜的功能，存在 交疊處成膜較厚，成膜均勻性不容易控制的問題。 另外，目前高溫制膜過程中存在基片溫度均勻性差，造成成膜不均勻且基片容易 開裂等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一體化超聲噴霧熱解大面積寬 溫區(qū)鍍膜裝置，整個裝置機(jī)構(gòu)簡潔，超聲頻率低，氣霧穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)大面積均勻鍍膜，基片溫 度在室溫-450°C范圍內(nèi)可調(diào)，可用于鍍制各種無機(jī)薄膜。 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取了以下的技術(shù)方案一體化超聲噴霧熱解大面積寬 溫區(qū)鍍膜裝置，包括機(jī)架、儲氣罐，設(shè)置在機(jī)架上的輸液泵，在所述機(jī)架上方設(shè)有三維運(yùn)動 機(jī)構(gòu)，以及用于控制該三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)做三維運(yùn)動的控制模塊；在機(jī)架內(nèi)、三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)下方 設(shè)有可控溫的加熱平臺；在所述加熱平臺和三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)之間設(shè)有可高溫鍍膜的一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)， 一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)朝向所述加熱平臺，所述輸液泵與一體化超聲
霧化噴嘴系統(tǒng)連通，該一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)還與所述三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)滑動連接。 —體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)包括有過渡板，設(shè)置在機(jī)架上的超聲波發(fā)生器；所述過
渡板通過L型連接件滑動連接到三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)上，在過渡板下側(cè)上設(shè)有一體化超聲霧化噴
嘴，該一體化超聲霧化噴嘴的供液管通過過渡板上的供液管過渡接頭引出連接到所述輸液
泵， 一體化超聲霧化噴嘴的信號線通過過渡板上信號線引出孔引出，并與超聲波發(fā)生器連
接；在所述過渡板上設(shè)有外冷卻噴頭，該外冷卻噴頭通過相連接的外冷卻氣管從過渡板上
的外冷過渡接頭引出連接到儲氣罐；在一體化超聲霧化噴嘴上還設(shè)有與儲氣罐連接的內(nèi)冷
卻進(jìn)氣管及由過渡板上的內(nèi)冷出氣過渡接頭引出的內(nèi)冷卻出氣管。 所述一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)還包括有設(shè)置在過渡板下方的一體化超聲霧化噴嘴載氣噴頭，該一體化超聲霧化噴嘴載氣噴頭與一體化超聲霧化噴嘴載氣管連接， 一體化超聲霧化噴嘴載氣管通過過渡板上的載氣過渡接頭引出，并與所述儲氣瓶連接。 一體化超聲霧化噴嘴的載氣是空氣或者是氮?dú)?、氬氣等惰性氣體，載氣噴頭噴出的氣流帶動氣霧射向基片，在基片表面沉積成膜；噴涂的面積取決于噴霧氣流的形狀、以及噴嘴與基片的距離，噴嘴與基片的距離越小，噴涂面積越小，通常將噴嘴與基片的距離控制在10cm-50cm之間。 所述三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括直線模組、X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌、X軸電機(jī)、Y軸滾珠絲杠導(dǎo)軌、Y軸電機(jī)、Z軸滾珠絲杠導(dǎo)軌、Z軸電機(jī)和支架連接件；由所述Y軸電機(jī)帶動的Y軸滾珠絲杠導(dǎo)軌和直線模組通過支架連接件相互豎直平行的設(shè)置于機(jī)架上，在Y軸滾珠絲杠導(dǎo)軌和直線模組之間軸向連接有由X軸電機(jī)帶動的X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌，該X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌的一端與Y軸滾珠絲杠導(dǎo)軌上的滑塊剛性連接，另一端與直線模組的直線軸承連接；由Z軸電機(jī)帶動的Z軸滾珠絲杠導(dǎo)軌與X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌豎直剛性連接；所述控制模塊為PLC控制器，其設(shè)置在機(jī)架的底端，該控制模塊還連接到可用于預(yù)先設(shè)定一體化超聲霧化噴嘴掃描軌跡的觸摸屏；所述一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)與所述Z軸滾珠絲杠導(dǎo)軌上的滑塊連接?？深A(yù)先在觸摸屏上設(shè)置一體化超聲霧化噴嘴的掃描軌跡(例如齒波、方波)，并設(shè)置一體化超聲霧化噴嘴在X軸和Y軸方向的掃描行程、掃描速度和掃描段數(shù)。例如可使一體化超聲霧化噴嘴沿齒波軌跡進(jìn)行掃描，通過調(diào)節(jié)一體化超聲霧化噴嘴在X軸和Y軸方向的掃描行程、掃描速率和掃描段數(shù)，可獲得厚度可調(diào)的均勻的大面積薄膜；對于相同面積的薄膜，一體化超聲霧化噴嘴在X軸和Y軸方向的單次掃描行程比越大，薄膜的均勻性越好，所需的掃描段數(shù)越多。此外，可通過設(shè)定一體化超聲霧化噴嘴在Z軸方向上位置，來調(diào)節(jié)一體化超聲霧化噴嘴與基片之間的距離。 在所述機(jī)架的下方設(shè)有工作臺，所述加熱平臺設(shè)置于工作臺上；在所述三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)與工作臺之間設(shè)置有隔離罩，該隔離罩沿過渡板邊緣固定，隔離罩、過渡板與機(jī)架的四周圍板、工作臺之間形成沉積室。為了使三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)避免受到高溫及腐蝕性氣體的損壞，在加熱平臺與三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)之間設(shè)置了隔離罩，隔離罩將沉積室和三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)隔離，隔離罩由柔性復(fù)合材料制成。 在所述沉積室的上方設(shè)有環(huán)形的排氣管路，在排氣管路上對稱地開設(shè)孔徑可調(diào)的進(jìn)風(fēng)口 ，排氣管路的排氣口由沉積室后方引出，并與設(shè)置在機(jī)架上的軸流風(fēng)機(jī)連接。通過對稱開設(shè)進(jìn)風(fēng)口，可保證抽氣氣流的均勻性；通過調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口孔徑的大小可調(diào)節(jié)抽氣量，以保證一體化超聲霧化噴嘴噴出的氣霧不受抽氣氣流的影響，確保均勻成膜。由排氣口排出的廢氣經(jīng)過尾氣處理裝置凈化后排出。 所述加熱平臺包括載片平臺、勻熱板、分組加熱器、加熱控制器，所述分組加熱器從中部至邊緣分為用于分別加熱與控制的加熱內(nèi)圈、加熱中圈、加熱外圈，并分別對上述加熱區(qū)域設(shè)置內(nèi)圈熱電偶，中圈熱電偶，外圈熱電偶對特定區(qū)域進(jìn)行實(shí)時采樣測溫，同時把溫度信息反饋到溫度控制器，加熱控制器通過運(yùn)算判斷輸出控制分組加熱器的斷開與關(guān)閉，從而達(dá)到控制整體加熱器溫度均勻的目的，所述的勻熱板覆蓋在分組加熱器的上方，使得分組加熱器輻射出的紅外加熱光線更加均勻，然后在整體的分組加熱器上表面外包載片平臺，載片平臺用來承載基片。 在所述加熱平臺旁側(cè)設(shè)有隔熱翻板運(yùn)動機(jī)構(gòu)，該隔熱翻板運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括有三相電機(jī)、與三相電機(jī)連接的等效凸輪機(jī)構(gòu)，該等效凸輪機(jī)構(gòu)的端部上設(shè)有可被驅(qū)動打開或合攏的隔熱翻板，該隔熱翻板覆蓋于加熱平臺的上方。隔熱翻板可起到對加熱平臺的保溫作用，當(dāng)溫度達(dá)到后再打開隔熱翻板。 在所述一體化超聲霧化噴嘴的旁側(cè)安置有與噴射射流形狀相近的保護(hù)罩。
在所述一體化超聲霧化噴嘴的?？刻?、工作臺上設(shè)有噴嘴清洗區(qū)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用一體化超聲霧化噴嘴，克服了傳統(tǒng)超聲噴霧方式超聲頻率高、氣霧不均勻、機(jī)構(gòu)復(fù)雜的問題；利用外設(shè)冷卻氣體噴嘴，克服了一體化超聲霧化噴嘴通常在低溫環(huán)境下使用的問題，實(shí)現(xiàn)高溫成膜；利用隔離罩和過渡板，將三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)與沉積室分開，克服了三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)容易被腐蝕性氣體侵蝕、且在高溫下易變形的問題；加熱平臺通過分組加熱克服了大面積成膜，基片溫度不均勻的問題，通過設(shè)置隔熱翻板保證基片溫度可達(dá)到450°C ;抽氣系統(tǒng)設(shè)置環(huán)形的排氣管路，均勻分布的進(jìn)氣口保證抽氣氣流不影響噴霧形狀，使成膜均勻。


圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為一體化超聲霧化噴嘴和過渡板結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為分組加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為隔熱翻板運(yùn)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖； 圖6為排氣管路的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為加熱平臺側(cè)面剖視圖； 附圖標(biāo)記說明1-機(jī)架，2-三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)，3-排氣管路，4-隔離罩，5-軸流風(fēng)機(jī)，6_加熱平臺，7_勻熱板，S-分組加熱器，9-隔熱翻板運(yùn)動機(jī)構(gòu)，10-控制模塊，ll-L型連接件，12-觸摸屏，13-輸液泵，14-超聲波發(fā)生器，15-過渡板，16-保護(hù)罩，17-噴嘴清洗區(qū)，18-工作臺，19-圍板，20-腳輪，21-儲氣罐，22-供液管過渡接頭，23-外冷卻氣管，24-信號線引出孔，25-載片平臺，26-載氣過渡接頭，27-內(nèi)冷進(jìn)氣過渡接頭，28-內(nèi)冷出氣過渡接頭，29-外冷過渡接頭，30- —體化超聲霧化噴嘴載氣噴頭，31- —體化超聲霧化噴嘴，32- —體化超聲霧化噴嘴載氣管，33-外冷卻噴頭，34-內(nèi)冷卻進(jìn)氣管，35-內(nèi)冷卻出氣管，36-供液管，37-信號線，38-加熱控制器，39-Y軸滾珠絲杠導(dǎo)軌，40-X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌，41-Z軸滾
6珠絲杠導(dǎo)軌，42-直線模組，43-支架連接件，441-X軸電機(jī)，442-Y軸電機(jī)，443-Z軸電機(jī)， 45-加熱外圈，46-加熱中圈，47-加熱內(nèi)圈，48-外圈熱電偶，49-內(nèi)圈熱電偶，50-中圈熱電 偶，51-隔熱翻板，52-等效凸輪機(jī)構(gòu)，53-三相電機(jī)，54-進(jìn)風(fēng)口 ， 55-排氣口 ， 60-沉積室。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例一 請參閱圖1所示，一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置，包括機(jī)架1、儲氣 罐21，設(shè)置在機(jī)架1上的輸液泵13，在機(jī)架1上方設(shè)有三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2，以及用于控制該三 維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2做三維運(yùn)動的控制模塊10 ;在機(jī)架1內(nèi)、三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2下方設(shè)有可控溫的 加熱平臺6 ;在加熱平臺6和三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2之間設(shè)有可高溫鍍膜的一體化超聲霧化噴嘴 系統(tǒng)，一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)朝向所述加熱平臺，輸液泵13與一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng) 連通，該一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)還與三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2滑動連接。該裝置已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)所 說的大面積寬溫區(qū)鍍膜。 該裝置還可以進(jìn)行如下的改進(jìn)請參閱圖2所示，一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)包括 有過渡板15，設(shè)置在機(jī)架1上的超聲波發(fā)生器14 ;過渡板15通過L型連接件11滑動連接到 三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2上，在過渡板15下側(cè)上設(shè)有一體化超聲霧化噴嘴31，該一體化超聲霧化噴 嘴31的供液管36通過過渡板15上的供液管過渡接頭22弓I出連接到所述輸液泵13， 一體化 超聲霧化噴嘴31的信號線37通過過渡板1 5上的信號線引出孔24引出，并與超聲波發(fā)生 器14連接；在過渡板15上設(shè)有外冷卻噴頭33，該外冷卻噴頭33通過相連接的外冷卻氣管 23從過渡板15上的外冷過渡接頭29引出連接到儲氣罐21 ;在一體化超聲霧化噴嘴31上 還設(shè)有與儲氣罐21連接的內(nèi)冷卻進(jìn)氣管34及由過渡板15上的內(nèi)冷出氣過渡接頭28引出 的內(nèi)冷卻出氣管35，內(nèi)冷卻進(jìn)氣管34通過過渡板15上的內(nèi)冷進(jìn)氣過渡接頭27連接到儲氣 罐21 ;—體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)還包括有設(shè)置在過渡板1 5下方的一體化超聲霧化噴嘴載 氣噴頭30，該一體化超聲霧化噴嘴載氣噴頭30與一體化超聲霧化噴嘴載氣管32連接， 一體 化超聲霧化噴嘴載氣管32通過過渡板15上的載氣過渡接頭26引出，并與儲氣瓶21連接。 噴嘴的載氣是空氣或者是氮?dú)?、氬氣等惰性氣體，載氣噴頭噴出的氣流帶動氣霧射向基片， 在基片表面沉積成膜；噴涂的面積取決于噴霧氣流的形狀、以及噴嘴與基片的距離，噴嘴與 基片的距離越小，噴涂面積越大，通常將噴嘴與基片的距離控制在10cm-50cm之間。這種一 體化超聲霧化噴嘴由于具有內(nèi)置的壓電陶瓷換能器，只能在低溫下(低于130°C )工作；如 需強(qiáng)化冷卻效果，還可在冷卻氣體進(jìn)入噴嘴前先通過制冷系統(tǒng)降溫；冷卻氣管采用可承壓 的塑料管或者金屬管；通過冷卻氣體噴嘴的設(shè)置， 一體化超聲霧化噴嘴可在基片溫度高達(dá) 45(TC情況使用。為一體化超聲霧化噴嘴供應(yīng)液體原料的輸液泵13可采用可穩(wěn)定輸送微量 液體的微量注射泵、或者微量齒輪泵。 —體化超聲霧化噴嘴31和超聲波發(fā)生器14可由市場購買，其特點(diǎn)是設(shè)有內(nèi)置的 壓電陶瓷換能器，由換能器產(chǎn)生的超聲波通過變幅桿傳送至噴嘴頭，從而使流經(jīng)變幅桿內(nèi) 部孔道并由噴嘴流出的溶液在噴嘴端面均勻霧化；也就是說，由輸液泵13輸出的溶液通過 進(jìn)液管36進(jìn)入一體化超聲霧化噴嘴31變幅桿的內(nèi)部孔道，最后在噴嘴端面流出并均勻霧 化。一體化超聲霧化噴嘴所產(chǎn)生的氣霧霧滴的大小由超聲波頻率、液體的密度粘度決定，其中超聲波頻率起主要作用， 一般情況下頻率越高，霧滴粒徑就越小，例如對于60KHz的一體 化超聲霧化噴嘴，霧滴直徑在10-100 iim之間；可根據(jù)需要選用25、35、48，60，120KHz的一 體化超聲霧化噴嘴。 一體化超聲霧化噴嘴的流量范圍主要取決于是噴嘴孔徑，可選用的噴 嘴孔徑在0. 38mm-6. 35mm之間，最大流量在2. 4ml/min-360ml/min之間，可根據(jù)需要選擇。 超聲功率通常設(shè)置在起始霧化功率以上0. 5-1. 5W的范圍內(nèi)； 該裝置還可以進(jìn)行如下的改進(jìn)請參閱圖3所示，三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2包括直線模組 42、 X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌40、 X軸電機(jī)441 、 Y軸滾珠絲杠導(dǎo)軌39、 Y軸電機(jī)442、 Z軸滾珠絲杠 導(dǎo)軌41、Z軸電機(jī)443和支架連接件43 ;由Y軸電機(jī)442帶動的Y軸滾珠絲杠導(dǎo)軌39和直 線模組42通過支架連接件43相互豎直平行的設(shè)置于機(jī)架1上，組成橋式Y(jié)軸，在Y軸滾珠 絲杠導(dǎo)軌39和直線模組42之間軸向連接有由X軸電機(jī)441帶動的X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌40作 為X軸，該X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌40的一端與Y軸滾珠絲杠導(dǎo)軌39上的滑塊剛性連接，另一端 與直線模組42的直線軸承連接，且采用可自動補(bǔ)償安裝偏差的連接方式，以確保掃描運(yùn)動 平穩(wěn)；由Z軸電機(jī)443帶動的Z軸滾珠絲杠導(dǎo)軌41與X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌40豎直剛性連接作 為Z軸；控制模塊10為PLC控制器，其設(shè)置在機(jī)架1的底端，該控制模塊10還連接到可用 于預(yù)先設(shè)定一體化超聲霧化噴嘴掃描軌跡的觸摸屏12 ;所述一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)(具 體為過渡板15)與Z軸滾珠絲杠導(dǎo)軌41上的滑塊連接。 為了及時地排除薄膜沉積過程中產(chǎn)生的廢氣，可將上述一體化超聲噴霧熱解大面 積寬溫區(qū)鍍膜裝置放在落地式通風(fēng)柜中使用。此外，在機(jī)架1底部設(shè)有腳輪20，可自由移 動，并可調(diào)節(jié)水平。 —體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置可按照如下的步驟進(jìn)行鍍膜 (1)關(guān)閉隔熱翻板運(yùn)動機(jī)構(gòu)9，啟動一體化超聲霧化噴嘴的內(nèi)冷卻進(jìn)氣管34、外冷
卻噴頭33 ; (2)將待處理基片放在加熱平臺6上，啟動加熱平臺6的加熱程序，使加熱平臺6 溫度達(dá)到設(shè)定溫度； (3)設(shè)定三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2的掃描參數(shù)，包括一體化超聲霧化噴嘴31的起始位置，掃 描波形，噴嘴31在三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2的X軸和Y軸方向的掃描行程、掃描速度和掃描段數(shù)，噴 嘴離開基片的高度； (4)開啟一體化超聲霧化噴嘴載氣噴頭30，將載氣調(diào)到合適的壓力待用，一般在 0. 1-0. 2Mpa之間；啟動輸液泵13，并調(diào)節(jié)液體流量至所需值；啟動超聲波發(fā)生器14，調(diào)節(jié)超
聲功率至所需值；
(5)開始抽氣； (6)啟動三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2， 一體化超聲霧化噴嘴31根據(jù)設(shè)定的運(yùn)動軌跡進(jìn)行掃描 噴涂； (7)掃描結(jié)束后，一體化超聲霧化噴嘴31自動回到加熱平臺6以外的停留位置；
(8)關(guān)閉超聲波發(fā)生器14，停止輸液泵13，關(guān)閉一體化超聲霧化噴嘴載氣噴頭
30 ; (9)加熱平臺6停止工作或者合攏隔熱罩51，加熱平臺6按照所設(shè)定的升溫_保 溫程序完成材料的熱處理過程； (10)外冷卻噴頭33繼續(xù)開啟，至加熱平臺6溫度降低至IO(TC以下時停止；
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(n)繼續(xù)抽氣，直至加熱平臺6溫度低于IO(TC時，取出鍍膜的樣片。
本發(fā)明提出的一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置可用于噴霧各種無機(jī) 非金屬薄膜(如氧化物、硫化物等)，金屬薄膜(如銀、鉬等)。只要根據(jù)實(shí)際需要配制不同 濃度的前驅(qū)體溶液，就可以通過噴霧熱分解過程獲得所需的薄膜。本實(shí)施例以Ti02薄膜的 制備進(jìn)行具體說明 (1)配制0. 5mo1/1的鈦酸丁酯的乙醇溶液，用注射器抽取80ml鈦酸丁酯溶液，并 安裝到微量輸液泵13上，接通微量輸液泵13的電源；(2)采用市售的一體化超聲霧化噴嘴 31，超聲頻率為60KHz ;啟動一體化超聲霧化噴嘴的內(nèi)冷卻進(jìn)氣管34、外冷卻噴頭33 ; (3) 將面積為300mmX300mm的鋼化玻璃基片放在加熱平臺6上，啟動加熱平臺6的加熱程序， 使加熱平臺6溫度達(dá)到200°C; (4)驅(qū)動一體化超聲霧化噴嘴31至掃描起始位置，設(shè)定三維 運(yùn)動機(jī)構(gòu)2的掃描參數(shù)設(shè)定掃描波形為齒波，設(shè)定噴嘴31在三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2的X軸和Y 軸方向的掃描行程分別為350mm和4mm，設(shè)定噴嘴31在X軸和Y軸方向的掃描合速為90mm/ s，設(shè)定噴嘴31在X軸和Y軸方向的掃描段數(shù)分別為100段，噴嘴31離開基片的高度設(shè)定 為20mm ; (5)將載氣調(diào)到合適的壓力待用， 一般在0. 1_0. 2Mpa之間；啟動微量輸液泵13，并 調(diào)節(jié)液體流量至120 ml/h ;啟動超聲波發(fā)生器14，調(diào)節(jié)超聲功率至2W ; (6)啟動軸流風(fēng)機(jī) 5 ; (7)打開隔熱翻版51，啟動三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2，一體化超聲霧化噴嘴31根據(jù)設(shè)定的運(yùn)動軌 跡進(jìn)行掃描噴涂；(8)掃描結(jié)束后，一體化超聲霧化噴嘴31自動回到加熱平臺6以外的停 留位置；(9)關(guān)閉超聲波發(fā)生器14，停止微量注射泵13，關(guān)閉載氣噴頭30;(10)加熱平臺6 停止加熱；(11)繼續(xù)開啟外冷卻噴頭33冷卻，直至加熱平臺6溫度降低至IO(TC以下時停 止；(12)繼續(xù)抽氣，直至加熱平臺6溫度低于IO(TC時，取出鍍膜的樣片。
可得到成膜均勻的面積為300mmX300mm的Ti (0H)X薄膜，經(jīng)過45(TC熱處理后可 得到1102薄膜。
實(shí)施例二 請參閱圖1所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一鍍膜裝置結(jié)構(gòu)和組裝方式基本相同，不同 的是為了使三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2避免受到高溫及腐蝕性氣體的損壞，本實(shí)施例在機(jī)架1下方的 工作臺18與三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)2之間設(shè)置了隔離罩4，該隔離罩4沿過渡板1 5邊緣固定，隔離 罩4、過渡板15與機(jī)架四周圍板19、工作臺18組成沉積室60，隔離罩4將沉積室60和三維 運(yùn)動機(jī)構(gòu)2隔離開，隔離罩4由柔性復(fù)合材料制成。在超聲霧化噴嘴31的旁側(cè)安置有與噴 射射流形狀相近的保護(hù)罩16，保護(hù)罩能防止噴霧射流受到抽氣氣流的擾動，以達(dá)到較好的 噴射效果。 該裝置還可以進(jìn)行如下的改進(jìn)請參閱圖7所示，其包括載片平臺25、勻熱板7、分 組加熱器8、加熱控制器38，請參閱圖4所示，由于加熱平臺的中心與邊緣的散熱條件不一 致，采用分組加熱器8由中部至邊緣分三組分別加熱，因此將分組加熱器8從中部至邊緣分 為用于分別加熱與控制的加熱內(nèi)圈47、加熱中圈46、加熱外圈45的三個環(huán)狀加熱區(qū)域，與 三個環(huán)狀加熱區(qū)域還分別對應(yīng)有內(nèi)圈熱電偶49、中圈熱電偶50、外圈熱電偶48對特定位置 進(jìn)行實(shí)時采樣測溫，同時把溫度信息反饋到加熱控制器38，加熱控制器38通過運(yùn)算判斷輸 出控制分組加熱器8的斷開與關(guān)閉，從而達(dá)到控制整體加熱器溫度均勻的目的，勻熱板7覆 蓋在分組加熱器8的上方，使得分組加熱器8輻射出的紅外加熱光線更加均勻，同時保證加 熱平臺的溫度均勻性在士3(TC以內(nèi)，然后在整體的分組加熱器8上表面外包載片平臺25，載片平臺25使用來承載基片，載片平臺25的材料可選用石英、耐高溫陶瓷，石英和耐高溫 陶瓷載片平臺的熱變形參數(shù)低，能保證加熱平臺的平整度。 該裝置還可以進(jìn)行如下的改進(jìn)請參閱圖5所示，為了減少加熱平臺6表面熱量的 散發(fā)，縮短基片加熱時間，在加熱平臺6旁側(cè)設(shè)有隔熱翻板運(yùn)動機(jī)構(gòu)9，該隔熱翻板運(yùn)動機(jī) 構(gòu)9包括有三相電機(jī)53、與三相電機(jī)53連接的等效凸輪機(jī)構(gòu)52，該等效凸輪機(jī)構(gòu)52的端部 上設(shè)有隔熱翻板51，該隔熱翻板51覆蓋于加熱平臺6的上方，熱翻板運(yùn)動機(jī)構(gòu)9由三相電 機(jī)53通過等效凸輪機(jī)構(gòu)52帶動隔熱翻板51打開或者合攏，隔熱翻板的打開和合攏可通過 自動或手動控制方式實(shí)現(xiàn)，主要用于減少加熱平臺表面熱量的散發(fā)，可縮短基片加熱時間， 隔熱翻板的材料可以是石英玻璃，隔熱翻板的設(shè)置可更好地保證基片溫度達(dá)到450°C以上， 滿足高溫成膜的需要。 該裝置還可以進(jìn)行如下的改進(jìn)請參閱圖6所示，為了及時地排除薄膜沉積過程 中產(chǎn)生的廢氣，在沉積室60的上方設(shè)有環(huán)形的排氣管路3，在排氣管路3上對稱地開設(shè)孔徑 可調(diào)的進(jìn)風(fēng)口 54，排氣管路3的排氣口 55由沉積室60后方引出，并與設(shè)置在機(jī)架1上的軸 流風(fēng)機(jī)5連接。 該裝置還可以進(jìn)行如下的改進(jìn)在一體化超聲霧化噴嘴31的?？刻帯⒐ぷ髋_18上 設(shè)有噴嘴清洗區(qū)17，可收集清洗廢液，方便噴嘴的清洗以及調(diào)試。 本實(shí)施例以Ti02薄膜的制備進(jìn)行具體說明本實(shí)施例和實(shí)施例一的鍍膜制備步驟 基本相同，不同的是本實(shí)施例中加熱平臺的溫度設(shè)置為45(TC，而實(shí)施例一中加熱平臺的加 熱溫度是200。C。 上列詳細(xì)說明是針對本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā) 明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
權(quán)利要求
一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置，包括機(jī)架(1)、儲氣罐(21)，設(shè)置在機(jī)架(1)上的輸液泵(13)，其特征在于在所述機(jī)架(1)上方設(shè)有三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)(2)，以及用于控制該三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)(2)做三維運(yùn)動的控制模塊(10)；在機(jī)架(1)內(nèi)、三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)(2)下方設(shè)有可控溫的加熱平臺(6)；在所述加熱平臺(6)和三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)(2)之間設(shè)有可高溫鍍膜的一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)，一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)朝向所述加熱平臺(6)，所述輸液泵(13)與一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)連通，該一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)還與所述三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)(2)滑動連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置，其特征在于一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)包括有過渡板(15)，設(shè)置在機(jī)架(1)上的超聲波發(fā)生器(14);所述過渡板(15)通過L型連接件(11)滑動連接到三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)(2)上，在過渡板(15)下側(cè) 上設(shè)有一體化超聲霧化噴嘴(31)，該一體化超聲霧化噴嘴(31)的供液管(36)通過過渡板 (15)上的供液管過渡接頭(22)引出連接到所述輸液泵(13)，一體化超聲霧化噴嘴(31)的 信號線(37)通過過渡板(15)上信號線引出孔(24)引出，并與超聲波發(fā)生器(14)連接； 在所述過渡板(15)上設(shè)有外冷卻噴頭(33)，該外冷卻噴頭(33)通過相連接的外冷卻氣管 (23)從過渡板(15)上的外冷過渡接頭(29)引出連接到儲氣罐(21);在一體化超聲霧化噴 嘴(31)上還設(shè)有與儲氣罐(21)連接的內(nèi)冷卻進(jìn)氣管(34)及由過渡板(15)上的內(nèi)冷出氣 過渡接頭(28)引出的內(nèi)冷卻出氣管(35)。
3. 如權(quán)利要求2所述的一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置，其特征在于所 述一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)還包括有設(shè)置在過渡板(15)下方的一體化超聲霧化噴嘴載氣 噴頭(30)，該一體化超聲霧化噴嘴載氣噴頭(30)與一體化超聲霧化噴嘴載氣管(32)連接， 一體化超聲霧化噴嘴載氣管(32)通過過渡板(15)上的載氣過渡接頭(26)引出，并與所述 儲氣瓶(21)連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置，其特征在于所 述三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)(2)包括直線模組(42) 、 X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌(40) 、 X軸電機(jī)(441) 、 Y軸滾 珠絲杠導(dǎo)軌(39) 、 Y軸電機(jī)(442) 、 Z軸滾珠絲杠導(dǎo)軌(41) 、 Z軸電機(jī)(443)和支架連接件 (43);由所述Y軸電機(jī)(442)帶動的Y軸滾珠絲杠導(dǎo)軌(39)和直線模組(42)通過支架連接 件(43)相互豎直平行的設(shè)置于機(jī)架(1)上，在Y軸滾珠絲杠導(dǎo)軌(39)和直線模組(42)之 間軸向連接有由X軸電機(jī)(441)帶動的X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌(40)，該X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌(40) 的一端與Y軸滾珠絲杠導(dǎo)軌(39)上的滑塊剛性連接，另一端與直線模組(42)的直線軸承 連接；由Z軸電機(jī)(443)帶動的Z軸滾珠絲杠導(dǎo)軌(41)與X軸滾珠絲杠導(dǎo)軌(40)豎直剛 性連接；所述控制模塊(10)為PLC控制器，其設(shè)置在機(jī)架(1)的底端，該控制模塊(10)還 連接到可用于預(yù)先設(shè)定一體化超聲霧化噴嘴掃描軌跡的觸摸屏(12);所述一體化超聲霧 化噴嘴系統(tǒng)與所述Z軸滾珠絲杠導(dǎo)軌(41)上的滑塊連接。
5. 如權(quán)利要求1所述的一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置，其特征在于在 所述機(jī)架(1)的下方設(shè)有工作臺(18)，所述加熱平臺(6)設(shè)置于工作臺(18)上；在所述三 維運(yùn)動機(jī)構(gòu)(2)與工作臺(18)之間設(shè)置有隔離罩(4)，該隔離罩(4)沿過渡板(15)邊緣 固定，隔離罩(4)、過渡板(15)與機(jī)架(1)的四周圍板(19)、工作臺(18)之間形成沉積室 (60)。
6. 如權(quán)利要求5述的一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置，其特征在于在所述沉積室(60)的上方設(shè)有環(huán)形的排氣管路(3)，在排氣管路(3)上對稱地開設(shè)孔徑可調(diào)的進(jìn)風(fēng)口 (54)，排氣管路(3)的排氣口 (55)由沉積室(60)后方引出，并與設(shè)置在機(jī)架(1)上的軸流風(fēng)機(jī)(5)連接。
7. 如權(quán)利要求1所述的一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置，其特征在于所述加熱平臺(6)包括載片平臺(25)、勻熱板(7)、分組加熱器(8)、加熱控制器(38)，所述分組加熱器(8)從中部至邊緣分為用于分別加熱與控制的加熱內(nèi)圈(47)、加熱中圈(46)、加熱外圈(45)，并分別對上述加熱區(qū)域設(shè)置內(nèi)圈熱電偶(49)，中圈熱電偶(50)，外圈熱電偶(48)對特定區(qū)域進(jìn)行實(shí)時采樣測溫，同時把溫度信息反饋到溫度控制器(38)的，加熱控制器(38)通過運(yùn)算判斷輸出控制分組加熱器(8)的斷開與關(guān)閉，所述勻熱板(7)覆蓋在分組加熱器(8)的上方，在勻熱板(7)上外包載片平臺(25)。
8. 如權(quán)利要求1述的一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置，其特征在于在所述加熱平臺(6)旁側(cè)設(shè)有隔熱翻板運(yùn)動機(jī)構(gòu)(9)，該隔熱翻板運(yùn)動機(jī)構(gòu)(9)包括有三相電機(jī)(53)、與三相電機(jī)(53)連接的等效凸輪機(jī)構(gòu)(52)，該等效凸輪機(jī)構(gòu)(52)的端部上設(shè)有可被驅(qū)動打開或合攏的隔熱翻板(51)，該隔熱翻板(51)覆蓋于加熱平臺(6)的上方。
9. 如權(quán)利要求1述的一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置，其特征在于在所述一體化超聲霧化噴嘴(31)的旁側(cè)安置有與噴射射流形狀相近的保護(hù)罩(16)。
10. 如權(quán)利要求5述的一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置，其特征在于在所述一體化超聲霧化噴嘴(31)的?？刻?、工作臺(18)上設(shè)有噴嘴清洗區(qū)(17)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一體化超聲噴霧熱解大面積寬溫區(qū)鍍膜裝置，包括機(jī)架、儲氣罐，設(shè)置在機(jī)架上的輸液泵，在所述機(jī)架上方設(shè)有三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)，以及用于控制該三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)做三維運(yùn)動的控制模塊；在機(jī)架內(nèi)、三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)下方設(shè)有可控溫的加熱平臺；在所述加熱平臺和三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)之間設(shè)有可高溫鍍膜的一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)，一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)朝向所述加熱平臺，所述輸液泵與一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)連通，該一體化超聲霧化噴嘴系統(tǒng)還與所述三維運(yùn)動機(jī)構(gòu)滑動連接。本發(fā)明利用一體化超聲霧化噴嘴，克服了傳統(tǒng)超聲噴霧方式超聲頻率高、氣霧不均勻、機(jī)構(gòu)復(fù)雜的問題；利用外設(shè)冷卻氣體噴嘴，克服了一體化超聲霧化噴嘴通常在低溫環(huán)境下使用的問題，實(shí)現(xiàn)高溫成膜。
文檔編號C03C17/00GK101759372SQ200910214490
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者徐剛, 徐雪青, 王平倬, 羅立明, 黃華凜 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所