非牛顿流体拉膜过程中膜厚及自由面的分析
发布时间：2022-01-04 09:06
采用一种特殊夹具装置将基板与旋转流变仪相连,利用旋转流变仪对提拉速度以及浸渍时间进行调控,实现提拉镀膜实验的自动控制;利用高速摄像机对整个提拉镀膜过程进行拍摄记录,并采用流体力学软件对提拉镀膜过程进行数值模拟,从而研究提拉速度对提拉过程中基板的受力、液膜厚度以及自由面形态的影响。结果表明:随着提拉速度的增大,基板竖直方向受力及液膜厚度均逐渐增大,而自由面逐渐降低且动态弯月面区曲率显著减小;相同实验条件下采用数值模拟和分析基板受力的方法求得的膜厚与高速摄像机测得膜厚有很好的一致性,表明两种方法均具有可行性;通过对实验所得数据点进行曲线拟合,发现膜厚与提拉速度的0.68次方成正比。
【文章来源】：浙江理工大学学报(自然科学版). 2020,43(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同提拉速度下基板上的膜厚情况
采用Carreau-Yasuda模型对提拉过程中基板附近以及槽中的硅油进行数值模拟。硅油在不同提拉速度下的流场分布情况如图8所示。从图8中可以看出,随着提拉速度的增大,膜厚逐渐增大,自由面明显降低,液槽中流动液体区域明显增多,内部流动逐渐变剧烈。体系液体的量恒定,故自由面的降低是由于基板上残留液体的量随着提拉速度的增大而逐渐增多导致。在动态弯月面附近存在停滞区,该区域流体流速为零[11]。通过观察图8(a)—(c)发现,随着提拉速度的增大,停滞区逐渐减小,且逐渐远离基板。停滞区的大小能够反映基板上液膜区与槽中液体相接处的流动情况,也能间接反映膜厚的大小[19-20]。停滞区越大,证明液体流动越平缓,膜厚越小。提拉速度对硅油自由面形状的影响如图9所示(取模型基板最高点处为坐标原点位置)。从图9中可以看出,随着提拉速度的增大,自由面逐渐降低,动态弯月面区曲率明显减小。动态弯月面区的曲率与膜厚存在一定关系,曲率越小,镀膜厚度越大[19]。由图7和图9均可发现,随着提拉速度的增加,自由面上动态弯月面区曲率逐渐降低而膜厚不断增大。
本文采用空白转子作为夹具,将基板与旋转流变仪(Physica MCR 301,Anton Paar,Austria)相连接,从而在旋转流变仪上进行提拉镀膜测试。选用硅油作为测试流体,其密度、表面张力以及流变性能分别通过密度计(DMA 4500 M,Anton Paar,Austria)、表面张力仪(K100Mk2,Metrohm)和旋转流变仪测得。采用高速摄像机(SpeedSense M,DANTEC,America)记录了整个提拉过程。整个实验过程均在25 ℃、常压下进行,所用实验装置模型如图1所示。基板选用长为100.0 mm,宽为50.0 mm,厚为1.3 mm的不锈钢板。采用原子力显微镜(AFM,NT-MDT Prima)对不锈钢板粗糙度进行测试。其中液槽为直径100.0 mm,深度150.0 mm的不锈钢圆筒。实验开始前,先将一定量的硅油加入到液槽中,并进行超声处理以除去硅油中的气泡。随后,将基板通过空白转子与旋转流变仪相连接,并对力进行校零,除去基板以及空白转子的重力干扰,从而减小实验过程中的测试误差。打开高速摄像机拍摄程序。然后通过旋转流变仪已设定程序将基板浸入到液槽中,浸入深度85.0 mm,浸渍时间选择3 min[14]。最后在不同提拉速度下分别进行提拉镀膜实验。提拉速度分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm/s,最大提拉高度均为100.0 mm。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浸渍涂覆过程中液膜流动的数值模拟[J]. 陈蒙蒙,张先明,陈文兴,冯连芳. 浙江理工大学学报. 2016(01)
[2]浸渍法在制备薄膜中的应用[J]. 敖登格日乐. 内蒙古石油化工. 2013(21)
[3]Sb掺杂对ATO薄膜光电性能的影响[J]. 季燕青,高延敏,李思莹,代仕梅. 武汉科技大学学报. 2013(02)
[4]薄膜涂覆过程中缺陷的形成及其防治措施的研究进展[J]. 刘赵淼,金艳梅,刘华敏. 安全与环境学报. 2008(03)
本文编号：3568066
【文章来源】：浙江理工大学学报(自然科学版). 2020,43(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同提拉速度下基板上的膜厚情况
采用Carreau-Yasuda模型对提拉过程中基板附近以及槽中的硅油进行数值模拟。硅油在不同提拉速度下的流场分布情况如图8所示。从图8中可以看出,随着提拉速度的增大,膜厚逐渐增大,自由面明显降低,液槽中流动液体区域明显增多,内部流动逐渐变剧烈。体系液体的量恒定,故自由面的降低是由于基板上残留液体的量随着提拉速度的增大而逐渐增多导致。在动态弯月面附近存在停滞区,该区域流体流速为零[11]。通过观察图8(a)—(c)发现,随着提拉速度的增大,停滞区逐渐减小,且逐渐远离基板。停滞区的大小能够反映基板上液膜区与槽中液体相接处的流动情况,也能间接反映膜厚的大小[19-20]。停滞区越大,证明液体流动越平缓,膜厚越小。提拉速度对硅油自由面形状的影响如图9所示(取模型基板最高点处为坐标原点位置)。从图9中可以看出,随着提拉速度的增大,自由面逐渐降低,动态弯月面区曲率明显减小。动态弯月面区的曲率与膜厚存在一定关系,曲率越小,镀膜厚度越大[19]。由图7和图9均可发现,随着提拉速度的增加,自由面上动态弯月面区曲率逐渐降低而膜厚不断增大。
本文采用空白转子作为夹具,将基板与旋转流变仪(Physica MCR 301,Anton Paar,Austria)相连接,从而在旋转流变仪上进行提拉镀膜测试。选用硅油作为测试流体,其密度、表面张力以及流变性能分别通过密度计(DMA 4500 M,Anton Paar,Austria)、表面张力仪(K100Mk2,Metrohm)和旋转流变仪测得。采用高速摄像机(SpeedSense M,DANTEC,America)记录了整个提拉过程。整个实验过程均在25 ℃、常压下进行,所用实验装置模型如图1所示。基板选用长为100.0 mm,宽为50.0 mm,厚为1.3 mm的不锈钢板。采用原子力显微镜(AFM,NT-MDT Prima)对不锈钢板粗糙度进行测试。其中液槽为直径100.0 mm,深度150.0 mm的不锈钢圆筒。实验开始前,先将一定量的硅油加入到液槽中,并进行超声处理以除去硅油中的气泡。随后,将基板通过空白转子与旋转流变仪相连接,并对力进行校零,除去基板以及空白转子的重力干扰,从而减小实验过程中的测试误差。打开高速摄像机拍摄程序。然后通过旋转流变仪已设定程序将基板浸入到液槽中,浸入深度85.0 mm,浸渍时间选择3 min[14]。最后在不同提拉速度下分别进行提拉镀膜实验。提拉速度分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm/s,最大提拉高度均为100.0 mm。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浸渍涂覆过程中液膜流动的数值模拟[J]. 陈蒙蒙,张先明,陈文兴,冯连芳. 浙江理工大学学报. 2016(01)
[2]浸渍法在制备薄膜中的应用[J]. 敖登格日乐. 内蒙古石油化工. 2013(21)
[3]Sb掺杂对ATO薄膜光电性能的影响[J]. 季燕青,高延敏,李思莹,代仕梅. 武汉科技大学学报. 2013(02)
[4]薄膜涂覆过程中缺陷的形成及其防治措施的研究进展[J]. 刘赵淼,金艳梅,刘华敏. 安全与环境学报. 2008(03)
本文编号：3568066
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