[发明专利]一种纤维磁控溅射连续镀金属导电功能薄膜的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及到纤维真空镀膜技术领域和等离子体放电领域，提供一种利用等离子体磁控溅射技术生产高性能导电纤维的装置和工艺方法，在普通非导电纤维表面镀金属膜层，在纤维表面形成结合良好的金属膜层，从而使纤维具有良好的导电性能。 

背景技术

柔性电子器件是将电子功能单元沉积在柔性基板上形成电路的技术。与传统的电子器件相比较，柔性电子器件具有便携性、透明、轻质、伸展/弯曲，以及易于快速大面积打印等特点,产生了许多新的应用：如柔性显示器、薄膜太阳能电池、大面积传感器和驱动器等。 

但是传统硅基电子器件基材一般性都是脆性材料。这就需要选择具有柔韧性能良好、易于伸展/弯曲、轻质、且具有高的拉伸/弯曲强度的材料作为柔性器件的基材。 

高性能化学纤维具有高强度、便携性、透明、轻质、易于伸展/弯曲，以及易于快速大面积编织等等特点，是重要的柔性器件基材选择之一。 

但是化学纤维均为不导电材料，其电阻率均在10¹⁰Ω·cm以上。 

在纤维表面镀制金属涂层可以增加化纤的导电功能，如镀银导电纤维。目前导电纤维的制备方法主要有化学镀、电镀和真空镀三种。其中①化学镀：采用化学品中的还原剂，使金属离子还原沉积在基布表面形成金属膜。其最大缺点是化学镀生产过程中会产生含重金属离子的污水，对环境污染严重。②电镀：利用电流使溶液中的金属离子还原，在被镀纤维基材表面形成金属膜。此工艺特点成膜效率高，但膜层致密性差，且不均匀。③真空镀：在真空状态下将金属以原子或分子状态在纺织材料表面上沉积堆砌成纳米结构金属膜，实现纺织材料表面功能化。它包括：真空蒸镀、真空电弧离子镀和真空等离子体磁控溅射等3种方法。 

与化学镀和电镀相比较，真空等离子体磁控溅射镀膜是一种在真空状态下干法镀膜工艺，整个工艺过程无废液排放等，属于环保型绿色工艺，真空溅射镀膜设备和装置易于实现自动控制和大规模工业生产，其镀膜设备、工艺、方法和技术已经在半导体工业，微电子工业，太阳能发电等领域得到广泛应用。但是利用磁控溅射技术在柔性长丝纤维表面连续镀金属导电功能薄膜还未见相关公开的技术和报道。与传统的磁控溅射技术相比较，在长丝纤维表面镀金属导电功能薄膜需要在高真空状态下，纤维要连续卷绕通过磁控溅射等离子体区域，同时为了提高长丝镀膜的均匀性和生产效率，在真空室内长丝要实现连续缠绕和走丝运动，在磁控溅射靶面前端形成多根长丝平行排列，并能连续运动的机构和装置。化纤表面油膜会降低金属镀层与纤维的结合力，在导电功能薄膜沉积前需要进行纤维表面除油处理，在导电功能薄膜沉积过程中需要等离子体辅助金属粒子沉积在纤维表面增强结合力。 

发明内容：

针对现有技术的缺点和不足之处，本发明提供一种采用等离子体磁控溅射技术，通过真空镀的方法对长丝纤维进行连续镀金属导电功能薄膜的装置和方法。 

一种纤维磁控溅射连续镀金属导电功能薄膜的装置，其特征在于： 

在磁控溅射镀膜真空腔室内设有卷绕装置：包括磁控溅射靶、放卷装置、导向装置A、导向装置B、导向装置C、导向装置D、收卷装置和等离子体预清洗装置、等离子体辅助镀膜装置、张力控制器、同轴固定法兰、从动齿轮、主动齿轮、屏蔽板、纤维变位装置；真空室外部设有驱动系统：包括伺服电机、磁粉离合器；放卷装置、导向装置A、导向装置B、导向装置C、导向装置D、收卷装置安装于5个旋转杆上面，旋转杆安装在6个均布从动齿轮中的5个齿轮上，其中放卷装置与导向装置A安装在同一选装转杆上，导向装置A在放卷装置上方；导向装置B、导向装置C、导向装置D、收卷装置分别位于一个旋转杆上面，导向装置C、导向装置D所在的齿轮之间空出1个齿轮；6个从动齿轮通过同一个主动传动齿轮带动；同轴固定法兰固定于真空室上方， 分别与放卷装置、导向装置A、导向装置B、导向装置C、导向装置D、收卷装置的旋转杆连接，连接处装有耐磨铜套；磁粉离合器安装在电机和主动传动齿轮的传动轴之间；放卷装置和导向装置B之间安装有张力控制器，通过张力控制器所检测的张力大小值反馈来调节磁粉离合器，从而调节主动传动齿轮的转速；纤维变位装置安装在在导向装置D和收卷装置之间，对收卷的纤维进行上下往复变位；，纤维变位装置由步进电机、滑动丝杠和纤维变位杆组成，在100mm范围内往复运动，控制纤维丝线在收卷装置上均匀缠绕，在卷绕装置周围设有等离子体预清洗装置、等离子体辅助镀膜装置、矩形磁控溅射靶。