浅谈在真空镀膜环境应用的快门式观察窗

浅谈在真空镀膜环境应用的快门式观察窗
真空镀膜行业是高端科枝工业产业的重要组成部分，近几年来镀膜技术及薄膜产品在工业上应用非常广泛，尤其是在电子材料与元器件工业领域中占有极其重要的地位。

观察窗应用于真空镀膜设备，观察真空容器内部生产工艺情况。

快门式观察窗为可拆连接，结构紧凑，为了防止镀膜过程中某些金属元素或腐蚀性物质直接镀到玻璃片上而设计的结构。

传统带挡板观察窗，为了满足挡板的旋转空间，整体尺寸较大，大于通径，按ISO100法兰通径尺寸，长度在140mm左右。

由于结构的问题，中心位置装有转轴，视角受到阻挡。

而这种快门式观察窗，厚度约为36mm，较薄，不占空间，观察视角广，没有阻挡视角，优于传统带挡板观察窗。

1 设计优点
主要构成的零件包括：1.把手、2.压盖、3.滚珠轴承、4.底座、5.转轴O形密封圈、6.转轴、7.小齿轮、8.O形密封圈、9.内快门片、10.拉伸弹簧、11.玻璃压盖、12.玻璃片、13.O形密封圈、14.挡圈、15.外快门片、16.调节环、17.钢珠、18.挡盖。

设计优点在于整体结构紧凑，空间小，安装简单，使用钢珠做滑动部件，摩擦力小，滑动可靠。

采用氟橡胶做密封材料，密封性能良好，使用寿命长，适用于中高真空
环境。

2 结构设计、工作原理及材料
图2所示，为快门式观察窗初始闭合状态，内快门片9靠外快门片15上的小挡圈顶住限位，外快门片15靠内快门片9上的支点和拉伸弹簧10拉力限位，使内、快门片闭合。

把手1与转轴6顶部采用紧配合方式相连，通过滚珠轴承3定位转轴6中心，转动时摩擦力小。

转轴6上开两个矩形密封槽，与真空容器相通处双层隔开，小齿轮7与转轴6通过平键相连，压盖2压住滚珠轴承3，螺钉锁紧，形成一组双层动密封，双层保护，密封更可靠。

O形密封圈13与玻璃片12相连，使真空容器通过玻璃片12与外界大气隔开，形成一个静密封面。

摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象，在本机构中，内、外快门片只起到遮挡的作用，为了减
小干摩擦，在外快门片15与底座4相连端面之间，增加耐磨的挡圈14，连接端面留有一定的间隙，更好地减小外快门片15与底座4长期摩擦，导致底座4过早失效。

内、外快门片和挡圈通过轴销螺栓连穿其旋转孔，固定于底座4的内螺纹孔中，形成一组转动副。

为使各个接触面有良好接触和弹性，设计拉伸弹簧10拉住内、外快门片上的小圆柱，靠弹簧拉力，使接触面更可靠。

内快门片9上的小圆柱放入调节环滑槽内，微调调节环上的小齿和小齿轮7使之有效啮合装配。

调节环16外圈小槽内放入钢珠17，盖上挡盖18，调节环转动时，靠钢珠和挡盖接触，滚动摩擦力小。

调节环为局部有小齿，有较地降低加工成本，避免不必要的浪费。

当旋转把手1时，小齿轮7同步转动，同时带动调节16环绕底座4中心旋转，内、外快门片以轴销螺栓为转动轴心，内快门片9上的支点顶住外快门片15内侧边缘，调节环16上的滑槽拉住内快门片9上的小圆柱，慢慢向外推开内、外快门片旋动。

当继续旋转把手1至内快门片S1移动到S2（即ω2旋转16°）时，快门式观察窗属于完全张开状态（如图3和图4所示）。

松开把手1，拉伸弹簧的拉力作用及外快门片15上的小挡圈限位，使内、外快门片复位，回归初始闭合状态。

轻松实现快门片张开闭合的动作。

底座及内部部件选择牌号为1Cr18Ni9Ti的不锈钢（适用的真空度10-8～10-3Pa）。

真空材料选型上有一定的要求，任何固体在大气环境下都能溶解、吸附一些气体。

当材料置于真空中时，就会因解溶、解吸而出气，对一般真空设备来说，材料的出气是真空系统中最主要的气源。

材料的机械强度和刚度要求能承压大气压力。

不锈钢具有优良的抗腐蚀性、耐热性，耐磨性，放气率低，焊接性能好，其导电率及导热率较低，并具有较高的强度，这些性能使得奥式体型不锈钢成为目前高真空系统中应用的主要
材料。

密封材料选择氟橡胶密封圈。

氟橡胶是一种耐高温（使用温度范围为-40℃～250℃）、耐各种介质的密封材料。

氟橡胶十分致密，加入炭黑之后，出气率更小（2.7×10-4Pa·L·S-1cm-2），在高温真空中出气率很低（出气率是影响真空系统性能的一个重要参数），具有高弹性，密封可靠，有较好的机械性能（永久变形≤15%，硬度75HS，扯断力≥70～120/105Pa）。

密封槽形式选择矩形槽。

橡胶压缩率通常为15%～30%，由于安装在密封槽里的橡胶圈受压前后，形状发生变化而体积不变，因此，密封槽要有容纳密封
圈变形的空间。

在动密封条件下，密封圈内径比旋转轴直径小3%～5%，外侧压缩率为5%～8%为宜。

观察窗玻璃材料选择透明石英玻璃。

根据真空镀膜环境要求，透明石英玻璃安全使用温度高、抗压强度高、耐腐蚀性能好，可加工，平面平整光滑美观。

3 结语
本快门式观察窗设计整体结构紧凑，占用空间小，视角广，快门片张开闭合有弹性，采用钢珠滚动，滑动灵活，安装维护方便简单，旋转把手可轻松打开快门片。

可自动复位，更有效地防止在镀膜过程中，某些物质直接镀在观察窗玻璃片上，不易去除，影响再次使用，并且解决了观察窗占用空间位置及遮挡物影响视角等问题。

参考文献
[1] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2007.
[2] 达道安.真空设计手册[M].北京：国际工业出版社，2004.
[3] 徐成海.真空工程技术[M].北京：化学工业出版社2006.。