雙向?qū)恿鞣磻鹘Y(jié)構(gòu)設(shè)計與膜層均勻性探討

【中玻網(wǎng)】在線APCVD鍍膜技術(shù)是一項成套的系統(tǒng)工程，如研制開發(fā)的在線Low-E鍍膜玻璃、在線Sun-E鍍膜玻璃、光催化自潔凈鍍膜玻璃和在線TCO鍍膜玻璃等，都涉及到電子、化工、材料、自動控制、流體力學、結(jié)構(gòu)力學、機械制造等學科知識，同時需要這些學科知識的相互配合才能完成生產(chǎn)玻璃產(chǎn)品的技術(shù)。其中，反應器是在線鍍膜化學反應的關(guān)鍵器具，對先驅(qū)氣體原料的均勻分布、傳輸、溫度控制、化學反應、薄膜的均勻性有非常大影響，直接影響鍍膜玻璃的質(zhì)量，本文就雙向?qū)恿鞣磻鹘Y(jié)構(gòu)設(shè)計進行探討。

　　雙向?qū)恿鞣磻鞯慕Y(jié)構(gòu)：如圖1所示，其結(jié)構(gòu)是單進雙出，采用1個進氣腔與2個排氣腔相結(jié)合的構(gòu)造設(shè)計，以此引導混合氣體的雙向流動，迅速排出廢氣，避免滯留氣體對玻璃帶產(chǎn)生污染。

圖1    雙向?qū)恿鞣磻魇疽鈭D

　　反應器結(jié)構(gòu)設(shè)計提高膜層均勻性：（1）等寬流道的進氣腔，如圖2、3所示，第1片導流片是直條型，通過與之對應的流體動力學電腦模擬計算的出口速度散點，小流速Vmin=0.1 m/s，大流速Vmax=0.37m/s，振幅A=0.27 m/s，平均速度V1=0.235 m/s，速度波動指數(shù)=振幅/平均速度=114.9%。在此速度波動指數(shù)下，經(jīng)實際鍍膜試驗膜厚在玻璃帶寬度方向呈周期性變化，均勻性達不到要求。

圖2    等寬流道的進氣腔示意圖

圖3    等寬流道的進氣腔出口速度散點圖

　�。�2）不等寬流道的進氣腔，將第1片導流片設(shè)計為正弦周期性形狀，可以獲得不等寬流道的進氣腔（圖4）。從等寬流道的進氣腔出口速度散點圖（圖5）可以看出，氣體在對應進料噴嘴的位置的出口速度分布小，并呈現(xiàn)一定的周期性變化。因此我們將流道的寬度設(shè)計成按照周期函數(shù)變化的不等寬結(jié)構(gòu)。具體如圖4所示，通過在第1片導流片的與進料噴嘴對應的位置增加氣體通過面積，以便增加進氣腔出口處相應位置的氣體的動能。這種不等寬結(jié)構(gòu)所對應的流體動力學電腦模擬計算的出口速度散點如圖5所示。

圖4    不等寬流道的進氣腔示意圖

圖5    不等寬流道的進氣腔出口速度散點圖

　　從圖5可以看出，小流速Vmin＝0.288 m/s，大流速Vmax＝0.320 m/s，振幅A＝0.033 m/s，平均速度V1＝0.305 m/s，速度波動指數(shù)＝振幅/平均速度＝10.08%。在此速度波動指數(shù)下，經(jīng)實際二氧化鈦鍍膜試驗，在玻璃帶寬度方向測得1組薄膜厚度（Å）為：434.02，427.61，418.03，397.17394.96，此膜厚的均勻性達到±5%，膜厚已經(jīng)沒有明顯的周期性變化，色差小于2.5CIELAB，薄膜均勻性達到技術(shù)要求，而且也不存在明顯的暗道。由此可見，不等寬流道的氣體均布效果要優(yōu)于等寬的直線性流道，相應的鍍膜均勻性也得到了顯著提高。

　　（3）進氣腔、排氣腔的出氣口的園角設(shè)計，對出氣口進行導圓處理后將有利于氣體流場的均勻，提高沉積厚度和微觀結(jié)構(gòu)的均勻性和穩(wěn)定性。導圓半徑越大越有利于流場的均勻。

　�。�4）反應區(qū)氣體流動的雷諾數(shù)，經(jīng)過計算，我公司雙向?qū)恿鞣磻獏^(qū)的雷諾數(shù)遠遠小于層流狀態(tài)的臨界值2320，此時流場處于穩(wěn)定的層流狀態(tài)，有利于膜層的均勻效率高生長。

　　玻璃企業(yè)在線化學氣相沉積鍍膜技術(shù)與工藝、沉積設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計和沉積材料的研制開發(fā)和實施中，反應器裝置是其中重要的設(shè)備之一，它的優(yōu)化設(shè)計對于在線鍍膜玻璃的均勻性與連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本有重要促進作用，尤其合理設(shè)計反應器導流片的形狀尺寸（如不等寬流道）與分布位置，以及對出氣口進行導圓處理等關(guān)鍵部件的制作至關(guān)重要。因此，鍍膜反應器調(diào)整反應區(qū)的雷諾數(shù)使流場處于穩(wěn)定的層流狀態(tài)、薄膜均勻性，對制造優(yōu)異鍍膜玻璃產(chǎn)品具有十分重要的意義。