真空卷绕蒸发镀膜机上实现镀透明氧化铝膜

在真空卷绕蒸发镀膜机上实现透明氧化铝（Al?O?）薄膜的沉积，需要解决高温蒸发、氧化反应控制、卷绕均匀性等核心问题。以下是具体实施方案及关键技术要点：

1. 工艺方案设计

(1) 蒸发源选择

最终选择：
采用电子束蒸发+等离子体辅助反应沉积（PAR），在蒸发铝的同时通入氧气，通过等离子体激发（RF 13.56MHz）促进氧化铝生成。

(2) 镀膜系统配置

2. 关键工艺参数优化

(1) 蒸发控制

铝蒸发速率：0.5-2 nm/s（通过电子束电流6-10kV/100-300mA调节）

氧分压：2×10?2 - 5×10?2 Pa（过高导致速率下降，过低则氧化不充分）

基材温度：80-150℃（柔性聚合物基材需<120℃）

(2) 等离子体辅助

(3) 卷绕系统参数

卷速：0.1-1 m/min（对应膜厚50-500nm）

张力控制：10-20N（避免基材变形）

冷却辊温度：15-25℃（防止热累积）

3. 膜层性能调控

(1) 光学性能优化

折射率控制：1.62-1.67（通过氧铝比调节）

方法：在线光学监控（550nm处透射率>85%）

消光系数：<0.001（避免金属铝残留）

(2) 机械性能增强

硬度：>8 GPa（通过离子束辅助沉积实现）

附着力：通过Ar等离子体预处理（50W, 60s）使PET基材表面能>50mN/m

(3) 阻隔性能提升

水汽透过率（WVTR）：<10?3 g/m2/day（需膜厚>100nm且无针孔）

检测方法：钙测试法（85℃/85%RH）

4. 典型应用案例

(1) 柔性电子封装

需求：在PET基材（厚度125μm）上镀300nm Al?O?阻隔层

工艺：

电子束蒸发铝（速率1.2nm/s）

氧气流量20sccm，RF功率200W

卷速0.3m/min，张力15N

结果：

可见光透射率88%

WVTR 5×10?? g/m2/day

(2) 光伏背板

挑战：避免卷绕过程中的膜层裂纹

解决方案：

采用分段沉积（每循环镀50nm，间隔冷却10s）

添加SiO?过渡层（厚度10nm）降低内应力

5. 常见问题与对策

6. 技术升级方向

(1) 多蒸发源协同

Al+Mg共蒸发：制备Mg掺杂Al?O?，提升介电性能

动态挡板技术：实现横向膜厚梯度（用于光学滤波片）

(2) 智能化控制

机器学习优化：

输入：蒸发速率、氧分压、透射率实时数据

输出：自动调节RF功率的PID参数

数字孪生系统：ANSYS模拟卷绕过程中的热-力耦合效应

(3) 环保工艺

铝回收系统：冷凝板收集未沉积铝，回收率>90%

低能耗设计：采用脉冲等离子体（占空比30%）降低40%能耗

结论：

在真空卷绕蒸发镀膜机上实现高质量透明氧化铝膜需重点控制氧化反应充分性与卷绕动态稳定性。通过电子束蒸发结合等离子体辅助，可在柔性基材上获得兼具高透光率和优异阻隔性能的薄膜。未来发展方向包括：
① 大面积均匀性提升（幅宽>2m）；
② 超薄连续沉积（<10nm无针孔）；
③ 与其它功能膜层（如SiO?、ITO）的在线复合沉积。