[发明专利]一种管内化学气相沉积制备薄膜的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于特殊薄膜制备技术领域，具体涉及一种管内化学气相沉积制备薄膜的方法及装置。

背景技术

在实际工业应用中有大量管状工件的内表面需要改性处理，例如：油田上的抽油泵泵筒、输油管道、化工管道、汽车气缸套，以及军事领域特别是海军舰艇上配置的舰炮炮管以及鱼雷发射管等。这些在恶劣环境下工作的管状工件内壁亟待强化处理。比如，石油工业中，输油管道的腐蚀失效已经成为制约其发展的主要问题之一。目前工业上对管件内表面改性的常用方法主要还是工业电镀。但是，电镀方法形成的膜与管状工件基底结合不牢，处理过程中的废液还会对环境造成污染，是较为棘手的问题。因此，工业领域已经开始尝试采用各种不同的手段来代替电镀方法。

李德杰等人发明了一种管内磁控溅射镀膜技术。赵彦辉等人发明了一种长管内壁镀膜的电弧离子镀膜装置。但目前的物理气相沉积装置较为复杂，薄膜成分、结构受到限制，效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种管内化学气相沉积制备薄膜的装置。该装置结构简单，成本低，适合各类耐温性较好的管状工件实现管内镀膜，可以实现多根管状工件同步镀膜，效率高，适合大规模推广应用，也可实现长管状工件的连续化学沉积。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种管内化学气相沉积制备薄膜的装置，其特征在于，包括反应室，所述反应室上开有供管状工件穿过的进料口和出料口，所述进料口和出料口分别布设在反应室两侧，所述反应室上且位于出料口上方设置有保护气入口，所述反应室上且位于进料口下方设置有保护气出口，所述反应室内部设置有用于对位于反应室内的管状工件进行加热的加热单元。

上述的一种管内化学气相沉积制备薄膜的装置，还包括用于带动管状工件水平运行的传送器。

上述的一种管内化学气相沉积制备薄膜的装置，所述管状工件穿出出料口的一端设置有用于对管状工件内部抽真空的真空泵，管状工件的另一端设置有用于测量管状工件内压力的压力表。

上述的一种管内化学气相沉积制备薄膜的装置，所述反应室外部且位于出料口处设置有用于对管状工件进行冷却的冷却装置。

上述的一种管内化学气相沉积制备薄膜的装置，所述冷却装置为缠绕于管状工件外壁的冷却盘管。

上述的一种管内化学气相沉积制备薄膜的装置，所述加热单元为设置于反应室内壁的加热棒。

上述的一种管内化学气相沉积制备薄膜的装置，所述加热单元包括与位于反应室内的管状工件两端接触连接且对位于反应室内的管状工件通电加热的电极对和与电极对相连通的电源。

上述的一种管内化学气相沉积制备薄膜的装置，所述管状工件的数量为多个。

另外，本发明还提供了一种利用上述装置进行管内化学气相沉积制备薄膜的方法，其特征在于，该方法为：将管状工件穿过反应室，通过保护气入口向反应室内通入保护气体；然后开启加热单元对位于反应室内的管状工件进行加热，待温度达到沉积温度，向管状工件内通入反应气体进行化学气相沉积，冷却后得到附着于管状工件内壁的化学气相沉积薄膜。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的装置结构简单，成本低，适合各类耐温性较好的管状工件实现管内镀膜。

2、本发明的装置可以实现多根管状工件同步镀膜，效率高，适合大规模推广应用。

3、本发明的方法能够以管状工件为模板制备沉积物材质的管状工件，如碳化硅管以及管状薄膜，如管状石墨烯薄膜。

4、采用本发明的装置可实现长管状工件的连续化学沉积。

5、采用本发明的装置沉积薄膜，薄膜组分、结构、厚度可控，效率高，必将推动管状工件改性增效技术领域的进步。同时能够方便快速的制备高质量薄膜和管状工件，有利于推进先进材料的技术和产业发展。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1装置的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为本发明实施例2装置的结构示意图。

图4为本发明实施例3装置的结构示意图。

图5为本发明实施例4装置的结构示意图。

图6为本发明实施例5装置的结构示意图。

附图标记说明:

1—反应室；             1-1—进料口；          1-2—出料口；

2—加热单元；           2-1—电极对；          2-2—电源；