磁控溅射镀膜机结构设计及动态特性分析

发布时间：2018-03-13 12:26

  本文选题：真空镀膜机　切入点：有限元　出处：《北方工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着人们生活水平的提高,对物品表面的美观性提出了越来越高的要求,鉴于此,真空镀膜已经被广泛的应用于各种塑料、陶瓷、玻璃、蜡、木材等制品的表面金属化,所以真空镀膜技术在未来会有更加广阔的发展前景会开拓出更加广阔的市场。当今世界各国对环境问题的关注度越来越高,对自然环境的保护十分重视,出台了很多严厉的环境保护的法令。过往的电镀技术的污染比较严重,因此真空镀膜技术这种环保高效的镀膜方法就很有必要。在工业应用方面,现今微电子使用的材料大部分是极纯的硅等晶体半导体。纳米电子器件有可能是以有机或无机复合晶体薄膜为主要原理,对于纯度有更高的要求,在结构上要求更加的完善。但是传统的薄膜制备方法在制造环境、制造工艺上很难达到要求,因此真空制备的清洁环境及工艺将在加工组装纳米电子器件方面发挥更大的作用。在中国提出了自己的"中国制造2025"的大背景下,表面和薄膜科学技术、微电子器件、纳米技术会发展的更加迅速,真空镀膜技术的地位会越发的重要传统的真空镀膜机对于环境污染很大,,耗电量高,对于操作人员的身体危害很大,本文所研究的真空镀膜机很好的改进了这些缺点。论文详细的介绍了真空镀膜机结构特点、结构设计、静应力分析、以及热-结构耦合分析和模态分析。主要内容如下:1、介绍了真空镀膜机真空室的结构,并且详细阐述了真空镀膜机的工作原理,为大家深入的了解真空镀膜机的结构提供了途径。利用Solidworks软件建立了真空镀膜机各个零件的三维参数化模型,之后通过添加约束对真空镀膜机进行了虚拟装配,并进行了简化。本课题在前人的基础上进一步设计了真空镀膜机的双层水冷系统,使真空镀膜机在工作中大大的提高了工作效率,而且减少了焊接的工作量,减少了用电量,进而减少了污染而且提高了真空镀膜机的经济性能。之后根据实际工作需要进行真空泵机组的选型对真空电机进行了选型。2、通过应用ANSYS Workbench软件对镀膜机进行有限元分析,得到了单元和节点的应力应变云图和位移图,可以得到以下结论。真空镀膜机阀体的侧面有明显的变化情况,有明显的向内凹的趋势,是真空室的应变最大处,真空室的变形量的最大值为3.4897mm,等效应力最大值为187MPa,等效应变最大值为0.001 0m/m,而且在主要的零件加工部分是真空室,通过分析发现真空挡板阀体的变形量大于真空设计手册的最大允许位移值0.5mm,因此需要对高真空气动挡板阀进行结构改进,改进方法有两种,分别为添加筋板以及增加壁厚的改进方法,通过这两种改进方法是真空镀膜机高真空气动挡板阀的最大位移量减小到0.36mm。符合真空镀膜机工作的要求。综合考虑采用施加筋板的改进方法,因为增加壁厚的改进方法会增加阀体的制造成本以及制造难度。同时会增大焊接量,加剧污染。在真空室部分通过分析可以发现在法兰与桶壁的连接处有变形,大小为0.1 mm变形量很小,对工件加工质量的影响微乎其微。通过静应力分析真空室是符合工作要求的。3、真空镀膜机的热-结构分析是在理论分析的基础上进行的热-结构耦合分析,主要得到了真空镀膜机的温度场和应力场。和单纯独立的分析温度场和静应力场不同的是,热-结构耦合分析把前两者综合起来看,是在真空镀膜机同时施加温度和应力情况下的变化情况。这也符合实际工作中的情况,在实际工作中不可能只有单独的场存在,都是多物理场作用下的结果。经过本章的分析可以看出在力场和温度场的双重作用下,真空镀膜机的形变量有进一步的增大然后对结构进行了改进,通过热结构耦合分析发现真空室的炉顶法兰以及桶体的位移量是很大的,需要对其进行改进以增强刚度。在真空室炉顶法兰的部分,根据真空设计手册的要求采用添加筋板的改进方法,使真空室的位移量进一步减小到0.4mm左右,达到了工作要求。对于真空室的桶体由于增加了流道的设计,一举两得的解决了刚性不足的问题。之后通过稳态热分析发现真空室桶体以及源接口法兰的部分温度非常高会对于操作人员的安全构成威胁,进而对真空室的冷却系统进行了设计,通过真空室的冷却系统设计是真空镀膜机工作时的温度达到了加工要求,进一步提高了真空镀膜机的工作效率。4、本文采用有限元法,应用有限元分析软件ANSYS对真空镀膜机进行了模态分析,真空镀膜机在工作过程中的振动主要来自于真空步进电机的工作振动,并且得出了前六阶的模态固有频率和振型,由分析结果可知,真空镀膜机的振动形式以板的弯曲为主,在阀体的两个侧面预留口之间的连接部分,在主阀体上面的俩个口之间的连接部分的位移比较大,这说明在这些部分刚性比较弱,在今后的设计中可以通过加强壁厚来增强刚性。在真空室体方面,真空室的炉顶的振动位移比较大同时在法兰与桶壁的连接处也存在着一定的位移,这可以通过加筋板来增强刚性进而减小变形。通过分析可知,真空镀膜机的第一阶振动频率很高,而真空步进电机的振动频率很低二者远远达不到共振的条件。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB43;TH122

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨端光,任志昂;学生实验真空镀膜机的设计与制作[J];实验室研究与探索;2003年05期

2 王德生,徐志强,马铁明;浅谈真空镀膜机的维修与保养[J];真空;1982年02期

3 张世贤;;高真空镀膜机镀膜室内部结构的改进[J];电子管技术;1985年01期

4 潘刚;;上海开发成功国产玻璃真空镀膜机[J];建材工业信息;1993年11期

5 干蜀毅，，彭良清，陈立仁，周永安，程义然，金立山;卷绕式真空镀膜机几种膜长计数装置的结构与特点[J];真空;1994年02期

6 马孜;肖琦;姚德武;赵汝进;何长涛;;一种实用化的光控自动真空镀膜机[J];光学仪器;2006年04期

7 郭凯敏;;真空镀膜机的原理及维护[J];阴山学刊(自然科学版);2007年04期

8 丁雪成;吴丽颖;冯震宇;张鸿年;;基于可靠性分析的真空镀膜机控制系统研究[J];北京联合大学学报(自然科学版);2009年04期

9 孙永发;;箱式真空镀膜机[J];现代兵器;1981年02期

10 谷素英 ,鲁德敏;双室真空镀膜机的研制[J];真空;1982年01期

相关会议论文 前4条

1 蔡旭阳;姜友松;宋亦周;;采用一种高效率离子辅助蒸镀技术实现新世代真空镀膜机[A];2013年广东省真空学会学术年会论文集[C];2013年

2 刘浩;佘建忠;;国产电容薄膜真空镀膜机电气系统改造与调试[A];第八届全国绝缘材料与绝缘技术学术会议论文集[C];2002年

3 马孜;肖琦;姚德武;赵汝进;何长涛;;一种实用化的光控自动真空镀膜机[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

4 朱启良;汪亮明;白玉兰;王锦辉;过骐千;;离子束复合真空镀膜机的研制和应用[A];第四届全国表面工程学术交流大会论文集[C];2001年

相关重要报纸文章 前1条

1 春影;锌铝复合膜卷绕真空镀膜机通过鉴定[N];中国化工报;2002年

相关硕士学位论文 前5条

1 周林;真空镀膜机控制系统研究[D];哈尔滨理工大学;2017年

2 刘润一;磁控溅射镀膜机结构设计及动态特性分析[D];北方工业大学;2017年

3 蒋群;智能双室真空镀膜机的控制系统设计[D];安徽理工大学;2010年

4 张世弘;真空镀膜机卷绕张力控制系统的研究与设计[D];武汉科技大学;2015年

5 崔旺;JGP系列真空镀膜机关键部件参数化设计系统研究[D];东北大学;2010年

本文编号：1606406