摘 要：本文介紹了透明激光全息介質(zhì)鍍膜生產(chǎn)過(guò)程，JHD-1100S-2高真空連續(xù)卷繞式硫化鋅鍍膜設(shè)備的特點(diǎn)、構(gòu)成與性能，并對(duì)設(shè)備在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題。進(jìn)行了計(jì)論分析和介紹。

關(guān)鍵詞：激光全息；硫化鋅；蒸鍍?cè)O(shè)備研制

中圖分類號(hào)：TSB5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

激光全息防偽材料目前在我國(guó)主要以激光全息鍍鋁膜、激光全息透明膜為主。激光全息透明膜的共同特點(diǎn)將聚酯薄膜上的鋁層或其它金屬層做成網(wǎng)點(diǎn)狀并控制的密度，在再現(xiàn)光線下使有金屬的網(wǎng)點(diǎn)處有光反射，在非金屬網(wǎng)點(diǎn)處形成光的透射，并調(diào)整透射與反射之比，使薄膜覆蓋的印刷圖文可以透過(guò)全息薄膜觀察到，且不影響全息圖文的顯示。透視型全息薄膜因生產(chǎn)工藝不同可以分為二種類型：一是金屬網(wǎng)點(diǎn)類，它是依靠金屬網(wǎng)點(diǎn)儲(chǔ)存全息圖像，通過(guò)透明網(wǎng)墻顯示被覆蓋的圖文，典型例子是我國(guó)第一代居民身份證的護(hù)卡全息透明膜。二是非金屬真空鍍膜，將承載模壓全息圖透明樹脂薄膜的浮雕面連續(xù)蒸鍍高折射率的介質(zhì)保護(hù)層，并使全息圖的再現(xiàn)角正好等于兩種介質(zhì)構(gòu)成的反射角。由于塑料膜、鐳射信息層和介質(zhì)膜都是透明的，所以這是一種真正意義上的“透明”的全息膜，典型例子是我國(guó)出國(guó)護(hù)照在個(gè)人信息頁(yè)的防偽全息透明轉(zhuǎn)移膜和汽車駕駛證透明全息護(hù)卡膜。

光學(xué)介質(zhì)層在透視全息膜的作用首先是阻隔作用，其次是起調(diào)節(jié)全息圖案亮度與清晰度的作用。為了保證非金屬氧化物在塑料薄膜表面蒸鍍形成阻隔優(yōu)良的鍍膜，鐳射信息層與蒸鍍?cè)系南嗳菪允侵陵P(guān)重要。我們知道，在可見光波段內(nèi)呈透明的光學(xué)材料有幾十種如二氧化錫、三氧化二銦、氧化鎘、氧化鋅、硫化鋅、硫化鎘等，但從透明度、涂層制備工藝簡(jiǎn)單程度、經(jīng)濟(jì)效率考慮，最終選用高折射率和寬波通道的硫化鋅化合物半導(dǎo)體材料作為我們激光全息透明介質(zhì)的光學(xué)膜層。當(dāng)硫化鋅（ZnS）被蒸鍍到被模壓柔性聚酯膜鐳射信息面上時(shí)，從某一選定的角度下進(jìn)行觀察，可以清楚的看到不同顏色激光全息圖文。

真空應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展為制備硫化鋅（（ZnS）薄膜提供了保證，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中分別采用射頻濺射擊、電子束蒸發(fā)、電阻加熱蒸發(fā)制備硫化鋅（ZnS）薄膜，而且采用上述不同方法制備硫化鋅（ZnS）薄膜結(jié)構(gòu)也不盡相同，功效也不大一樣。JHD-1100SC-2型設(shè)備是為在高真空狀態(tài)下連續(xù)快速沉積硫化鋅薄膜而研制的，也是為制作透明激光全息介質(zhì)膜而特別研制的專用設(shè)備。

下面介紹激光全息透明介質(zhì)膜的生產(chǎn)流程，蒸鍍?cè)O(shè)備的原理、特點(diǎn)、性能及工作過(guò)程，并在設(shè)計(jì)、調(diào)試、生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題進(jìn)行討論分析。

1激光全息透明介質(zhì)鍍膜的生產(chǎn)

激光全息透明介質(zhì)膜的制作技術(shù)，是先進(jìn)行全息照相，然后制作全息母版。母版表面充滿了凹凸不平的干涉條紋，其精度可達(dá)每毫米千余條。這些浮雕狀的條紋載錄了被拍物體的光強(qiáng)與位相信息，實(shí)現(xiàn)了全息記錄。然后用真空鍍膜和化學(xué)電鍍的方法，在母版表面電鍍一層很薄的金屬膜，再電鍍上適當(dāng)厚度的鎳或其他金屬，做成一塊機(jī)械性能良好的模壓金屬板。將此版裝在壓印機(jī)上，熱壓聚酯類塑料薄膜的熱塑性涂層，把浮雕型全息圖壓印在薄膜的涂層上，最后在薄膜上真空蒸鍍一層透明的介質(zhì)鍍層，以提高全息涂層的反射率，即成為透激光全息透明介質(zhì)膜。生產(chǎn)工藝流程見圖一：

2 蒸鍍硫化鋅設(shè)備的特點(diǎn)

蒸鍍硫化鋅透明介質(zhì)層工作原理：將塊狀硫化鋅置于真空室內(nèi)，在一定的真空度下，通過(guò)對(duì)鉬舟加熱使其連續(xù)蒸發(fā)為硫化鋅蒸氣分子，這些氣化硫化鋅分子飛射到被冷卻的溫度較低的已模壓鐳射全息涂層表面，凝固后形成致密的透明介質(zhì)層，

設(shè)備的主要特點(diǎn)：（1）本設(shè)備配備有一套快速可靠的組合式高真空抽氣系統(tǒng)，具有抽氣速度快，排氣量大，真空度高等優(yōu)良性能。（2）本設(shè)備配備了能低度溫冷卻基體材料的鍍復(fù)主輥，以充分冷卻被鍍的基體材料，防止鍍制產(chǎn)品過(guò)熱起皺或粘連等現(xiàn)象。（3）本設(shè)備配備了既可安裝大功率導(dǎo)電氮化硼坩堝的金屬鋁鍍，也可安裝用于加熱硫化鋅鉬舟裝置。（4）本設(shè)備在基體材料的收卷部位，配備了可根據(jù)卷繞輥直徑的變化而自動(dòng)調(diào)整位置來(lái)保持等距間隙的卷繞跟蹤裝置，此裝置可使被收卷基材不易起皺。（5）本設(shè)備在真空工作室配備有低溫冷凍盤管和深冷裝置。以提高設(shè)備的真空抽氣能力。

3 設(shè)備性能參數(shù)

（1）極限壓力：

上室≤1.3x10-1 Pa；下室≤5x10-3 Pa；

（2）恢復(fù)真空抽氣時(shí)間 8min達(dá)下室 7.0x10-2 Pa

（3）基材寬度：1100mm

（4）最大卷徑：Φ700mm

（5）卷繞速度： 0-400m/min

（6）跑偏量：≤±2mm

（7）蒸發(fā)量： 鋁絲（Φ1.5）0-3m/min

硫化鋅（每米幅度） 100-250g/min

4 設(shè)備的構(gòu)成及功能

該設(shè)備主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：（一）真空抽氣系統(tǒng)。（二）真空工作室。（三）傳動(dòng)卷繞系統(tǒng)及移動(dòng)車。（四）硫化鋅、鋁絲蒸系統(tǒng)。（五）硫化鋅蒸發(fā)與鋁蒸發(fā)系統(tǒng)兩用平臺(tái)。（六）水冷卻系統(tǒng)。設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖（圖2）如下：

4.1真空抽氣系統(tǒng)

真空抽氣系統(tǒng)是二組相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系的抽氣組組合而成的一套可同時(shí)對(duì)上、下二室進(jìn)行快速排氣的裝置，上室抽氣機(jī)采用油增壓泵做為排氣主泵以保證在達(dá)到10-1 Pa的工作壓強(qiáng)下有較大的抽氣速率；下室抽氣組采用二臺(tái)油擴(kuò)散泵做為排氣主泵，保證金屬鋁蒸鍍所需的10-2 Pa的真空狀態(tài)。真空主要有二臺(tái)K-900B油擴(kuò)散泵、一臺(tái)Z-630油增壓泵、二臺(tái)ZJ-1200羅茨泵、四臺(tái)H-150滑閥式真空泵組成。其中二臺(tái)K-900B油擴(kuò)散泵、一臺(tái)Z-630擴(kuò)散噴射泵作為上下真空室的主泵，二臺(tái)ZJ-1200羅茨泵分別作為兩套主泵的前級(jí)泵，四臺(tái)H-150臺(tái)滑閥式真空泵分別作為兩主泵的機(jī)械泵。整個(gè)真空抽氣系統(tǒng)的閥門均為電磁換向氣動(dòng)控制閥門，系統(tǒng)的油加熱主泵的預(yù)熱、工作抽氣、換工件停車以及冷泵等工作過(guò)程均采用PLC程序控制器進(jìn)行自動(dòng)控制，系統(tǒng)簡(jiǎn)易流程如圖（圖3）

4.2真空工作室

真空工作室是整臺(tái)真空鍍膜設(shè)備的中心部件，其內(nèi)部空間用于在真空狀態(tài)中卷繞種鍍制產(chǎn)品。真空室的結(jié)構(gòu)為一臥式圓柱形筒子體，真空室中間隔板與鍍復(fù)主輥和防護(hù)隔板緊密配合把它隔離為上、下兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的工作室。上室為基體材料的卷繞工作室，下室為蒸發(fā)鍍膜工作室。

4.3卷繞系統(tǒng)

它是由基體材料卷繞裝置和動(dòng)力小車組成。基體材料卷繞裝置劃分為放卷輥系、低溫鍍復(fù)主輥和收卷輥系共3個(gè)區(qū)域?；w材料的收卷轉(zhuǎn)軸、放卷轉(zhuǎn)軸均采用變頻調(diào)速電機(jī)作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，并且采用矢量變頻控制器控制基體材料的收卷、放卷張力；低溫鍍復(fù)主輥及副輥?zhàn)鳛榫砝@工作速度的控制單元，也采用變頻調(diào)速電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。

動(dòng)力小車是用于安裝固定和運(yùn)送基體材料卷繞裝的動(dòng)力系統(tǒng)，它可以將基體材料卷繞裝置送入或移出真空工作室，以便于分別進(jìn)行鍍鋁操作和進(jìn)行裝卸收、放卷軸的操作。動(dòng)力學(xué)小車由電機(jī)驅(qū)動(dòng)在導(dǎo)軌上運(yùn)行。

4.4硫化鋅、鋁蒸發(fā)系統(tǒng)

蒸發(fā)系統(tǒng)由蒸鍍裝置和運(yùn)載小車等組成。蒸鍍裝置包括12組水冷蒸發(fā)電極以及安裝上面的12只導(dǎo)電氮化硼坩堝或12只鉬舟組成，鍍鋁時(shí)用氮化硼，蒸鍍硫化鋅安裝鉬舟。

蒸鍍裝置的運(yùn)載小車用于將整個(gè)蒸鍍裝置送入或移出真空工作室，以便于進(jìn)行更換坩堝或鉬舟等操作，以及對(duì)蒸鍍裝置作清潔處理。

4.5水路系統(tǒng)組件

水路系統(tǒng)供設(shè)備真空抽氣系統(tǒng)和卷繞裝置冷卻供水之用，水路系統(tǒng)組件內(nèi)裝有冷卻水流量報(bào)警器，作為冷卻水流量提供不足時(shí)報(bào)警之用。

5 蒸鍍硫化鋅工藝技術(shù)關(guān)鍵及解決辦法

5.1因基材表面有鐳射信息涂層，蒸發(fā)材料本身易吸濕，真空狀態(tài)下基材和蒸發(fā)材料的放氣量都比較大，為保證工作狀態(tài)真空度的穩(wěn)定性，配備了超低溫冷凝捕集裝置，主要捕集基材涂層釋放的水分；

5.2設(shè)備要求即能鍍鋁又能鍍硫化鋅膜，在鍍硫化鋅時(shí)，在每對(duì)電極上配以鉬舟的壓塊，就穩(wěn)定可靠地對(duì)硫化鋅加熱，在 1.0—4.0 Pa 的粗真空狀態(tài)下，就可滿足硫化鋅的蒸鍍要求。

5.3塊狀鋅化鋅的規(guī)格為長(zhǎng)x寬x厚=80x30x20mm長(zhǎng)方形塊狀硫化鋅，在厚度方向上下兩塊疊加，這樣保證了硫化鋅材料的連續(xù)蒸發(fā)的量，連續(xù)鍍膜長(zhǎng)度達(dá)到16000米；真空蒸鍍硫化鋅時(shí)，用鉬舟作蒸發(fā)源，底下墊上相應(yīng)數(shù)量的Φ8石英玻璃管，用于襯托鉬舟，支承硫化鋅的重量。

5.4鍍制硫化鋅膜要求均勻性要求，鉬舟布局采用在膜寬方向上交錯(cuò)直線分布設(shè)計(jì)，做到蒸發(fā)源在鍍膜輥軸線方向上全幅寬覆蓋，實(shí)現(xiàn)膜層的均勻一致性要求。

5.5鍍鋁膜的工作卷繞速度在60-400米/分，鍍硫化鋅膜時(shí)工作卷繞速度在50-350米/分，低溫鍍復(fù)主輥內(nèi)部采用夾層多路水循環(huán)冷卻結(jié)構(gòu)。滾筒的表面均經(jīng)過(guò)精磨合之能與基體材料保持良好的接觸，以充分冷卻被鍍的基體材料。工作溫度保持在零下15℃到零下25℃，保證鍍膜速度較慢時(shí)對(duì)薄膜的受熱起保護(hù)作用。

5.6硫化鋅蒸鍍膜層附著強(qiáng)度要求高（相對(duì)鍍鋁要求更高），在基材的全息信息面在蒸鍍前進(jìn)行電暈處理，要求表面張力在52達(dá)因以上。

5.7基體材料的收卷轉(zhuǎn)軸、放卷轉(zhuǎn)軸均采用變頻調(diào)速電機(jī)作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，并且采用矢量變頻控制器控制基體材料的收卷、放卷張力。收卷、放卷變頻調(diào)整電機(jī)和配有一套全自動(dòng)張力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，從而確保了工作時(shí)收卷張力和放卷張力的穩(wěn)定。

5.8為保證鍍膜前、收卷后薄膜平面的平整度，對(duì)薄膜在鍍膜收卷前分別用橡膠弧形輥進(jìn)行展平，保證收卷后薄膜的展平效果。

結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近三年來(lái)的反復(fù)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，現(xiàn)已大批量用于實(shí)際生產(chǎn)。該設(shè)備生產(chǎn)加工的硫化鋅透明介質(zhì)膜，已成功應(yīng)用于高檔的煙、酒包裝和中國(guó)護(hù)照、中國(guó)警察證等透明全息介質(zhì)防偽專用膜的公共安全領(lǐng)域；該設(shè)備運(yùn)行良好，一次性連續(xù)蒸鍍硫化鋅達(dá)16000米以上，拓展了真空連續(xù)鍍膜設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域；設(shè)備的整機(jī)性能在蒸鍍硫化鋅技術(shù)方面達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，在國(guó)內(nèi)包裝、防偽全息領(lǐng)域有很好的市場(chǎng)前景。

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