卷对卷磁控溅射镀膜装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种卷对卷磁控溅射镀膜装置，包括靶系统：用于在基底上镀制所需求的膜层；真空系统：用于提供真空环境；走带系统：对带材进行收放卷，包括多道连续走带；控制系统：控制走带系统进行收放卷，靶系统在处于真空环境内的多道走带基底上镀制所需求的膜层。通过采用中频溅射结合磁控阴极的结构，使磁控阴极磁场变大、溅射速率变快，能够有效地提高磁控溅射镀膜速度，且系统发射低，可以实现去除对带材降温的水冷板，以及支撑水冷板的支架，一方面能够除水冷板导致的带材卷边的情况发生，另一方面，避免了镀制过程中存在的电弧放电、打火问题，有助于提高带材的生产速度和生产质量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
卷对卷磁控溅射镀膜装置


[0001]本专利技术涉及超导带材加工装置
，具体地，涉及一种卷对卷磁控溅射镀膜装置。

技术介绍

[0002]随着1986年IBM苏黎世实验室的研究人员G.Bednorz和K.A.M
ü
ller在实验上发现了高温超导体，引发了研究热潮并迅速将材料的临界温度突破了液氮温区。经过三十多年的发展，高温超导线材和带材的发展也日趋成熟。期间人们先后发展了以BSCCO为代表的第一代高温超导商业化线材和带材(1G
‑
HTS)包括Bi
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2212
[4]和Bi
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2223和以REBCO为代表的第二代高温超导商业化带材(2G
‑
HTS)。相比于第一代高温超导带材，第二代高温超导带材具有众多的优势，例如大的电流密度，外磁场下更高的性能和更低的原材料成本。
[0003]目前世界各国相继开展了大量的高温超导强电应用研究和工程示范项目。主要的应用领域包括电力领域与磁体领域。电力领域包括超导电缆、超导限流器、超导风机、超导变压器、超导储能等。磁体领域包括高场磁体、核磁共振、超导感应加热、超导磁悬浮、加速器、核聚变等。
[0004]由于晶界的弱连接，二代高温超导带材很难采用一代高温超导带材的粉末包套工艺制备。高性能的REBCO膜层非常依赖双轴织构的微观组织，只有在双轴织构化的基底上通过外延生长克服了晶界的弱连接，才能够制备高质量的REBCO膜层。因此目前二代高温超导带材普遍采用在柔性基底上的薄膜沉积工艺，这也使得REBCO带材被称为涂层导体。一个典型的涂层导体包括金属基带、隔离缓冲层、超导层和保护层。第二代高温超导带材整个技术路线主要由氧化物隔离缓冲层的双轴织构建立、超导层外延生长工艺和加强处理来决定的。
[0005]为了避免超导层与金属基带之间的相互扩散，并提供REBCO双轴织构所需的模板，需要再超导层与金属基带之间加入过渡层。过渡层一般由单层和多层氧化物组成。通常用磁控溅射来镀制缓冲层，这里指的缓冲层包括了IBAD
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MgO工序前的Al2O3、Y2O3等，也包括了IBAD
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MgO工序后的MgO、LaMnO3等。其中部分材料镀制时需要加热，部分材料镀制时不需要加热。
[0006]缓冲层的镀制对于超导带材成品率至关重要，原因在于镀制过程中出现的各种各样的问题，造成的缺陷会继承反应到超导层，最终成为超导层的缺陷。实际的超导应用中，大部分应用对超导接头敏感，因此需要超导带材单根具有一定的长度。超导层缺陷产生的部位一般需要用剪刀将缺陷剪掉，如果剪出的带材较短，则无法售卖，只能报废。目前市场需求，平均米数在于单根百米以上，超导带材目前单价400
‑
500元/米。超导带材低点很多，会产生大量的经济损失。
[0007]现有技术的中镀制设备的镀制效率低、成品率低，存在待改进之处。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种卷对卷磁控溅射镀膜装置。
[0009]根据本专利技术提供的一种卷对卷磁控溅射镀膜装置,包括靶系统：用于在基底上镀制所需求的膜层；真空系统：用于提供真空环境；走带系统：对带材进行收放卷，包括多道连续走带；控制系统：控制走带系统进行收放卷，靶系统在处于真空环境内的多道走带基底上镀制所需求的膜层。
[0010]优选地，所述靶系统包括磁控阴极，所述磁控阴极位于带材镀膜区域的下方；所述磁控阴极包括溅射源、磁体以及铜背板，所述铜背板的上方设置有靶材，所述磁体设置在铜背板的下方。
[0011]优选地，所述溅射源采用中频溅射、射频溅射、直流脉冲溅射或直流溅射。
[0012]优选地，所述铜背板的厚度尺寸小于3mm；所述靶材的厚度尺寸小于6cm；所述磁体产生的磁场强度满足：所述磁体表面的磁场强度大于500GS，所述靶材表面的磁场强度大于300GS。
[0013]优选地，所述磁控阴极的上侧四周设置有压条，所述压条的材质与镀膜物质的材质相同。
[0014]优选地，还包括工艺气路，所述工艺气路设置在真空腔壁上；或，所述工艺气路设置在靶材与带材之间，在不遮挡镀膜区域下，通过管道释放气体。
[0015]优选地，所述走带系统包括卷对卷往复结构，所述卷对卷往复结构包括两组呈相对设置的带轮组，所述带材依次往复绕过两个带轮组的带轮；所述卷对卷往复结构允许在高度方向上下调节。
[0016]优选地，任一所述带轮组的任一个带轮均为独立转动设置，且任一带轮均为单边带轮，任一带轮均为陶瓷材质。
[0017]优选地，所述走带系统还包括辅助动力导轮和辅助电机系统，所述辅助动力导轮设置在带轮组的中间道，且所述辅助电机系统驱动辅助动力导轮。
[0018]优选地，所述走带系统还包括独立收放卷系统、编码计数器系统以及张力检测系统；所述独立收放卷系统包括通过轴和联轴器依次连接的电机、减速机、磁粉离合器、磁流体密封件以及带材盘，带材绕设带材盘；所述编码计数器系统包括通过轴和联轴器依次连接的编码器、磁流体密封件以及导轮，所述带材绕过导轮；所述张力检测系统包括通过轴连接的传感器和导轮，所述带材绕过导轮。
[0019]优选地，带材被张紧在导轮上，且导轮沿带材宽度方向的中部呈弧形凸起。
[0020]优选地，所述控制系统通过多个分段PID控制独立收放卷系统的收放卷，所述控制系统控制公里级带材的走带速度小于3％。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0022]1、本专利技术通过采用中频溅射结合磁控阴极的结构，使磁控阴极磁场变大、溅射速率变快，能够有效地提高磁控溅射镀膜速度，且系统发射低，可以实现去除对带材降温的水冷板，以及支撑水冷板的支架，一方面能够除水冷板导致的带材卷边的情况发生，另一方面，避免了镀制过程中存在的电弧放电、打火问题，有助于提高带材的生产速度和生产质量。
[0023]2、本专利技术通过卷对卷往复结构，实现了同时对多道带材进行作业，有助于提高设
备的镀膜效率。
[0024]3、本专利技术通过分段PID控制带材的走带速度，保证公里级带材的走带速度小于3％，使单根带材走带过程中，所有段落速度波动稳定，带材织构度稳定，制备的超导带材电流不会有大幅度波动，提高生产质量。
[0025]4、本专利技术通过采用单边陶瓷带轮，有助于减少带轮上黏连颗粒的情况产生，有助于减少带材加工过程中，镀膜被压碎的情况产生，有助于提高生产质量。
[0026]5、本专利技术通过采用包括多个独立带轮的带轮组，使带材在运动过程中不会由于摩擦力的累加出现卡顿情况导致镀膜不稳定，有助于提高生产质量。
[0027]6、本专利技术通过采用具有弧形凸起的导轮，使带材张紧时在导轮上自锁定，减少带材卷边的情况产生，有助于提高生产质量。
附图说明
[0028]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卷对卷磁控溅射镀膜装置，其特征在于，包括：靶系统：用于在基底上镀制所需求的膜层；真空系统：用于提供真空环境；走带系统：对带材进行收放卷，包括多道连续走带；控制系统：控制走带系统进行收放卷，靶系统在处于真空环境内的多道走带基底上镀制所需求的膜层。2.如权利要求1所述的卷对卷磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述靶系统包括磁控阴极，所述磁控阴极位于带材镀膜区域的下方；所述磁控阴极包括溅射源、磁体以及铜背板，所述铜背板的上方设置有靶材，所述磁体设置在铜背板的下方。3.如权利要求2所述的卷对卷磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述溅射源采用中频溅射、射频溅射、直流脉冲溅射或直流溅射。4.如权利要求2所述的卷对卷磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述铜背板的厚度尺寸小于3mm；所述靶材的厚度尺寸小于6cm；所述磁体产生的磁场强度满足：所述磁体表面的磁场强度大于500GS，所述靶材表面的磁场强度大于300GS。5.如权利要求2所述的卷对卷磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述磁控阴极的上侧四周设置有压条，所述压条的材质与镀膜物质的材质相同。6.如权利要求1所述的卷对卷磁控溅射镀膜装置，其特征在于，还包括工艺气路，所述工艺气路设置在真空腔壁上；或，所述工艺气路设置在靶材与带材之间，在不遮挡镀膜区域下，通过管道释放气体。7.如权利要求1所述的卷对卷磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述走带系...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱佳敏，高中赫，陈思侃，曹森，袁海波，陈黔，林晓辉，柏培，吴超，陆亚明，李怀珍，程浩宇，
申请(专利权)人：上海超导科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：