一种薄膜蒸镀过程中温度场的计算方法技术

本发明专利技术涉及薄膜蒸镀温度场计算领域，尤其涉及一种薄膜蒸镀过程中温度场的计算方法，包括：通过几何模型对薄膜进行网格划分，并获得薄膜的节点坐标，根据薄膜的节点坐标，并利用有限差分数值得到中心网格节点温度与周边网格节点温度之间的关系，根据热负载边界以及对流换热边界获得薄膜边界节点的温度方程，对计算矩阵进行迭代，直至得到标准计算时刻的温度场。本发明专利技术扩展了真空蒸镀中小面积蒸镀源模型，使其能够运用于轮毂传输蒸镀薄膜的实际应用场景中，推导了薄膜在运动过程中，薄膜上各点所承载的蒸镀热负载随时间的演化，解决了薄膜在蒸镀运动过程中热负载加载问题。膜在蒸镀运动过程中热负载加载问题。膜在蒸镀运动过程中热负载加载问题。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜蒸镀过程中温度场的计算方法


[0001]本专利技术涉及薄膜蒸镀温度场计算领域，尤其涉及一种薄膜蒸镀过程中温度场的计算方法。

技术介绍

[0002]金属化膜最为金属化膜电容器的主要结构之一，主要采用真空蒸镀技术将金属如Zn、Al或Zn与Al复合蒸镀在聚合薄膜形成金属化膜。在蒸镀过程中，蒸镀层携带的能量将沉积在薄膜上导致聚合薄膜温度的升高，过高的温升将直接影响金属化膜的性能甚至导致金属化膜失效，因此对薄膜蒸镀过程中的温度场分布随时间演化的分析十分重要。
[0003]对金属化膜在蒸镀过程中的温度场分析可以采用有限法进行模拟计算，由于蒸镀过程中单位时间沉积在不同薄膜位置上的金属层厚度不同，且薄膜在蒸镀过程中其位置随时间变化，所以对薄膜边界所承载的热负载是位置和时间的变化函数，在ANSYS中进行边界条件加载需要采用命令流的方式实现，这导致模拟计算中需要编写大量的代码，人机交互性差，使用起来不够方便；其次金属层沉积在薄膜上的能量与金属层初始温度以及薄膜的温度差相关，而薄膜的温度在蒸镀过程中动态变化，所以在对薄膜边界热负荷加载中需要获得薄膜的温度，这需要不断将ANSYS分布计算的结果导出，并根据上一步的计算结果计算下一次的热负荷加载数据，再进行下一次的计算，需要采用循环计算的方式不断调用ANSYS，导致模拟计算实现起来非常复杂并且计算效率低下。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术存在的不足，提供如下技术方案：
[0005]一种薄膜蒸镀过程中温度场的计算方法，其特征在于，包括：<br/>[0006]S1：建立蒸镀过程中薄膜运动时，随时间变化的薄膜热负载模型。
[0007]S2：通过几何模型对薄膜进行网格划分，并获得薄膜的节点坐标。
[0008]S3：根据薄膜的节点坐标，并利用有限差分数值得到中心网格节点温度与周边网格节点温度之间的关系，根据热负载边界以及对流换热边界获得薄膜边界节点的温度方程。
[0009]S4：根据薄膜网格划分的节点数目构建计算矩阵，并根据计算矩阵获得薄膜各节点的温度。
[0010]S5：对计算矩阵进行迭代，直至得到标准计算时刻的温度场。
[0011]作为上述技术方案的改进，所述步骤S1包括：
[0012]S11：从真空蒸镀中小面积蒸镀源模型中，获取单位时间的蒸镀层厚度。
[0013]S12：沿蒸空蒸镀轮毂建立一维坐标系，其中，坐标系原点为轮毂的最低点。
[0014]S13：根据一维坐标系，得到轮毂上任意点在单位时间上的蒸镀层厚度。
[0015]S14：根据蒸镀层厚度建立薄膜运动过程中随时间变化的薄膜热负载模型。
[0016]作为上述技术方案的改进，所述薄膜热负载模型如下：
[0017][0018]其中，q表示热负载，C为蒸镀金属的比热容，蒸发源单位时间所消耗的蒸镀材料的质量为m，ρ为蒸镀材料的密度，以轮毂最低点O点作为坐标系的原点，R为轮毂的半径为，H表示蒸发源至O点的垂直距离，ΔT为蒸镀金属沉积在薄膜上前后的温度差，L
m
为蒸镀金属的相变潜热，过蒸发舟位置O
′
点作轮毂的切线设相切点为A点，S
A
为A点到沿着轮毂到达O点的距离，v为薄膜的传送速度，x为距离初始点在A点的距离。
[0019]作为上述技术方案的改进，所述步骤S2包括：
[0020]S21：建立几何模型，并采用有限元单元格对几何模型进行网格划分，获得网格节点的坐标。
[0021]作为上述技术方案的改进，所述步骤S5包括：
[0022]S51：根据计算所得到的薄膜上各点的温度，对温度矩阵进行扩展。
[0023]S52：根据计算所得到的薄膜上的热负载边界节点温度对热负荷矩阵进行重新加载，并计算所有节点的温度。
[0024]S53：循环执行步骤S51与S52，直至得到标准计算时刻的温度场。
[0025]作为上述技术方案的改进，所述步骤S4中薄膜各节点的温度计算依赖于以下公式：
[0026][0027]其中，其中网格的长宽均匀Δs，Δt为迭代计算的时间间隔，为t时刻网格点(i，j)的温度，为t+Δt时刻网格点(i，j)的温度，k为材料的导热系数，ρ为材料的密度，C为材料的比热容，h
i，j
为节点(i，j)处的对流换热系数，T
f
为冷却液的温度
[0028]本专利技术的有益效果：
[0029]1、扩展了真空蒸镀中小面积蒸镀源模型，使其能够运用于轮毂传输蒸镀薄膜的实际应用场景中，推导了薄膜在运动过程中，薄膜上各点所承载的蒸镀热负载随时间的演化，解决了薄膜在蒸镀运动过程中热负载加载问题。
[0030]2、建立了薄膜在对流换热和热负载条件下的热传导计算模型，利用了温度扩展矩阵，对流换热矩阵以及热负载矩阵，提高了程序计算效率，提高了热负载计算的真实性，优化了对薄膜温度场随时间演化的求解。
附图说明
[0031]图1为本专利技术蒸镀源与蒸镀轮毂空间位置示意图；
[0032]图2为本专利技术薄膜空间计算域网格单元划分示意图；
[0033]图3为本专利技术薄膜网格节点位置分布示意图；
[0034]图4为本专利技术在t＝0.04(s)时刻薄膜热负荷边界各网格点承载的热负荷；
[0035]图5为本专利技术在t＝0.0262(s)时刻薄膜的温度场分布；
[0036]图6为本专利技术在t＝0.0523(s)时刻薄膜的温度场分布。
具体实施方式
[0037]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0038]现有技术中采用采用有限法进行模拟计算，以这种方式对金属化膜在蒸镀过程中的温度场分析，由于蒸镀过程中单位时间沉积在不同薄膜位置上的金属层厚度不同，且薄膜在蒸镀过程中其位置随时间变化，所以对薄膜边界所承载的热负载是位置和时间的变化函数，在ANSYS中进行边界条件加载需要采用命令流的方式实现，这导致模拟计算中需要编写大量的代码，人机交互性差，使用起来不够方便；其次金属层沉积在薄膜上的能量与金属层初始温度以及薄膜的温度差相关，而薄膜的温度在蒸镀过程中动态变化，所以在对薄膜边界热负荷加载中需要获得薄膜的温度，这需要不断将ANSYS分布计算的结果导出，并根据上一步的计算结果计算下一次的热负荷加载数据，再进行下一次的计算，需要采用循环计算的方式不断调用ANSYS，导致模拟计算实现起来非常复杂并且计算效率低下
[0039]为了解决这一问题，提供一种薄膜蒸镀过程中温度场的计算方法，包括：
[0040]S1：建立蒸镀过程中薄膜运动时，随时间变化的薄膜热负载模型。
[0041]如图1所示，以轮毂最低点O点作为坐标系的原点，过蒸发舟位置O
′
点作轮毂的切线设相切点为A点，A点到沿着轮毂到达O点的距离S...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜蒸镀过程中温度场的计算方法，其特征在于，包括：S1：建立蒸镀过程中薄膜运动时，随时间变化的薄膜热负载模型；S2：通过几何模型对薄膜进行网格划分，并获得薄膜的节点坐标；S3：根据薄膜的节点坐标，并利用有限差分数值得到中心网格节点温度与周边网格节点温度之间的关系，根据热负载边界以及对流换热边界获得薄膜边界节点的温度方程；S4：根据薄膜网格划分的节点数目构建计算矩阵，并根据计算矩阵获得薄膜各节点的温度；S5：对计算矩阵进行迭代，直至得到标准计算时刻的温度场。2.根据权利要求1所述的一种薄膜蒸镀过程中温度场的计算方法，其特征在于：所述步骤S1包括：S11：从真空蒸镀中小面积蒸镀源模型中，获取单位时间的蒸镀层厚度；S12：沿蒸空蒸镀轮毂建立一维坐标系，其中，坐标系原点为轮毂的最低点；S13：根据一维坐标系，得到轮毂上任意点在单位时间上的蒸镀层厚度；S14：根据蒸镀层厚度建立薄膜运动过程中随时间变化的薄膜热负载模型。3.根据权利要求2所述的一种薄膜蒸镀过程中温度场的计算方法，其特征在于：所述薄膜热负载模型如下：其中，q表示热负载，C为蒸镀金属的比热容，蒸发源单位时间所消耗的蒸镀材料的质量为m，ρ为蒸镀材料的密度，以轮毂最低点O点作为坐标系的原点，R为轮毂的半径为，H表示蒸发源至O点的垂直距离，ΔT为蒸镀金属沉积在薄膜上前后的温度差，L
m
为蒸镀金属的相变潜热，过蒸发舟位置O
...

【专利技术属性】
技术研发人员：仰振东，王金兵，汤泽波，樊申松，曹慧，周峰，
申请(专利权)人：安徽赛福电子有限公司，
类型：发明
国别省市：