戴永鎮(zhèn)

（廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司，福建 廈門 361021）

鎢加熱子廣泛用于電真空及電子元器件的蒸鍍，它是表面金屬蒸鍍用的電阻加熱體，在通電加熱后，起到高溫加熱元件的作用。蒸鍍是真空鍍膜技術中的一種，是把待鍍膜的鍍件置于真空鍍膜機內，通過加熱使鍍材汽化或升華，以原子、分子或原子團離開鎢加熱子表面，凝聚在具有一定溫度的鍍件表面，并冷凝成薄膜的過程[1]。蒸鍍是使用較早、用途較廣泛的氣相沉積技術，具有成膜方法簡單、薄膜純度和致密性高、膜結構和性能獨特等優(yōu)點[2]。蒸鍍使用鎢加熱子時，可能會因為鎢加熱子選用不當、鍍材使用不當、真空鍍膜機使用不當，而出現(xiàn)一些蒸鍍異常，本文針對鎢加熱子的使用用途及常見使用異常進行了概述。

1 鎢加熱子及用途概述

1.1 鎢加熱子的材質

鎢加熱子，材質一般由純鎢絲或摻雜鎢絲加工而成，鎢絲的純度達到99.95%及以上。

1.2 鎢加熱子的形狀

鎢加熱子，形狀一般有雙駝峰型、單駝峰型、漏斗形、線圈型、直條型、門型、彎鉤型等，可參見下圖圖1所示。鎢加熱子，有由單股鎢絲繞制而成，也有由多股鎢絲繞制而成。由單股鎢絲繞制而成時，絲徑一般是φ0.2mm~2.0mm；由多股鎢絲繞制而成時，絲徑一般是φ0.2mm~1.3mm，最常用的股數(shù)是2股、3股、4股，在多股鎢絲絞合時，使用的每股鎢絲直徑一般是一樣的。當由多股鎢絲絞合而成時，需要控制絞合鎢絲的旋向和螺距。

圖1 鎢加熱子的形狀示意圖

1.3 鎢加熱子的加工工藝

鎢加熱子加工工藝：拉拔鎢絲---絞合鎢絲---成型（繞制或壓制）---表面處理（電解拋光或堿洗或清水洗）。其中，拉拔鎢絲工序：可根據(jù)客戶對鎢絲加工性能要求、使用性能要求進行工藝設計；絞合鎢絲工序：可根據(jù)客戶對鎢絲直徑、股數(shù)、螺距、旋向等要求，進行工藝設計；成型工序：可根據(jù)客戶對鎢加熱子的形狀、尺寸要求進行工藝設計，一般結合選用的成型設備、成型動作程序、成型工裝模具等共同完成；表面處理工序：可根據(jù)客戶對鎢加熱子表面質量要求、表面顏色要求等進行工藝設計。

1.4 鎢加熱子的表面控制

鎢加熱子，表面具有金屬光澤，呈銀白色或灰白色，無可見污物，表面應無明顯毛刺、表面開裂及氧化現(xiàn)象。鎢加熱子上的各根鎢絲應無斷裂，無明顯螺距松散及不均現(xiàn)象，允許有輕微的機械損傷。鎢加熱子的表面質量，一般用目測或手觸每支加熱子進行檢驗，有疑議時，可采用用10~40倍的放大鏡輔以檢查判定。

1.5 鎢加熱子的尺寸控制

鎢加熱子，外形及尺寸偏差應符合相應的圖紙規(guī)定，若圖紙中未規(guī)定尺寸偏差要求，則尺寸偏差可對照下表表1進行設計及判定。對于鎢加熱子的尺寸，一般使用精度不低于0.02mm的游標卡尺進行檢驗。對于圖紙中未定義關鍵尺寸、重要尺寸、次要尺寸及尺寸公差的，可根據(jù)使用用途定義關鍵尺寸、重要尺寸、次要尺寸，確定合理的尺寸公差，并依據(jù)國標GB2828抽驗檢測規(guī)則對尺寸進行抽樣檢測及判定。

表1 鎢加熱子尺寸偏差對照表

1.6 鎢加熱子的使用用途

鎢加熱子，應用在真空鍍膜機上，在較高真空度下進行鍍膜，屬于加熱電阻。鎢加熱子作為加熱電阻，加熱時通常采用低電壓（＜10 V）、大電流（幾百A）的加熱方式。鎢加熱子在真空鍍膜機內的放置，一般是裝配在能插或能掛的架子上；鍍材，一般是掛放在鎢加熱子上；鍍件，一般是掛放在或靜止或轉動或既能自轉又能公轉的掛具上，具體視不同鍍膜機型號而有所差異。因為鎢加熱子具有熔點高、導電性好等特點，所以真空鍍膜機通電后，放置在鍍膜機里面的鎢加熱子會發(fā)熱，放置在鎢加熱子上的鍍材，則會因為熔點較低，而會被蒸發(fā)出來，從而鍍在真空鍍膜機里的工件上。一般常用的鍍材有鋁、鐵、銅、鎳、鉻等。鎢加熱子蒸鍍，一般應用在制鏡、塑料、顯像管、有機物及各種裝飾品等行業(yè)。

1.7 鎢加熱子的真空蒸鍍原理

把鎢加熱子、鍍材、工件放置在真空鍍膜機內，通過通電加熱，鎢加熱子作為電阻發(fā)熱，使熔點較低的鍍材蒸發(fā)或升華，氣化為具有一定能量的粒子。氣態(tài)粒子以基本無碰撞的直線運動飛速傳送至工件，到達工件表面的粒子一部分吸附在工件上并發(fā)生表面擴散，沉積原子之間產生二維碰撞，形成簇團，有的可能在表面短時停留后又蒸發(fā)；另一部分被反射。粒子簇團不斷地與擴散粒子相碰撞，或吸附單粒子，或放出單粒子。此過程反復進行，當聚集的粒子數(shù)超過某一臨界值時就變?yōu)榉€(wěn)定的核，再繼續(xù)吸附擴散粒子而逐步長大，最終通過相鄰穩(wěn)定核的接觸、合并，形成連續(xù)薄膜[2]。

1.8 鎢加熱子的真空蒸鍍工藝流程

真空蒸鍍工藝一般包括工件表面清潔、鍍膜前準備、蒸鍍、取件、鍍后處理、檢測、成品等步驟[3]。

2 鎢加熱子蒸鍍異常概述

通過對鎢加熱子蒸鍍使用情況進行信息收集，統(tǒng)計分析，使用異常情況主要有使用壽命短（使用斷裂、使用變形、使用時結鍍材）、鍍件發(fā)黑發(fā)黃、鎢加熱子形狀尺寸不合格（平行度、旋向、圈徑、引腳長、螺距、散股等）、鎢加熱子表面機械損傷、鎢加熱子表面氧化等。其中，使用斷裂、使用變形、使用時結鍍材、鍍件發(fā)黑發(fā)黃，較為常見?，F(xiàn)對這些常見異常逐一進行原因分析及提供改善對策。其中，原因分析及改善對策是結合個人多年工作經驗及技術診斷分析而得出，所列原因為常見的原因，不排除有其它個別原因造成的情況。

2.1 鎢加熱子使用斷裂的原因分析及對策

（1）設定的使用電壓偏高，導致鎢加熱子加熱時熔斷。---對策：設定合適的電壓。

（2）因鎢加熱子的絲材直徑過大，或展長過長等，總體電阻偏小，導致鎢加熱子加熱時熔斷。---對策：設計及使用合適尺寸的鎢加熱子。

（3）鍍材純度不足，雜質元素與鎢加熱子發(fā)生化學反應，導致鎢加熱子加熱時熔斷。---對策：設計及使用特定純度要求的鍍材。

（4）設定的蒸鍍時間過長，出現(xiàn)加熱過度，從而導致鎢加熱子絲徑減損快而易于熔斷。----對策：設定合適的蒸鍍時間。

（5）鍍材在鎢加熱子上放置不均勻，造成部分鍍材使用時不斷結留在鎢加熱子上，造成后續(xù)電流不均，而出現(xiàn)在電流大的位置上熔斷。---對策：使用前，注意均勻放置鍍材在鎢加熱子上。

（6）鎢加熱子的尺寸，不利于裝配在真空鍍膜機內的掛具上，因鎢材屬于脆硬材料，裝配時，拉斷；或者裝配時因尺寸不合適而變形，蒸鍍使用時，拉斷。----對策：設計合適尺寸的掛具及與之相配套的鎢加熱子尺寸，同時裝配時，注意按標準操作步驟進行裝配。

2.2 鎢加熱子使用變形的原因分析及對策

（1）鎢加熱子，加工過程中加熱不到位，存在較大應力，在蒸鍍使用時，應力釋放而造成變形。---對策：要求鎢加熱子加工時注意應力控制或加工后做應力消減處理，如做退火定型處理。

（2）鎢加熱子，使用的鎢絲材原料，抗拉強度偏大，造成加工成鎢加熱子后，仍存在較大應力，在蒸鍍使用時，應力釋放而產生變形。----對策：要求鎢加熱子加工用原料做抗拉強度管控，或加工成鎢加熱子后做應力消減處理。

（3）鎢加熱子，使用的鎢絲材高溫性能差，在蒸鍍使用時，不耐高溫，受熱而發(fā)生變形。---對策：要求選用合適的鎢材，控制高溫性能。

（4）鎢加熱子的尺寸，不利于裝配在真空鍍膜機內的掛具上，裝配時已有變形，蒸鍍使用時變形加劇及突顯。----對策：設計合適尺寸的掛具及與之相配套的鎢加熱子尺寸，同時裝配時，注意按標準操作步驟進行裝配。

2.3 鎢加熱子使用時結鍍材的原因分析及對策

（1）鍍材放置量過多，蒸鍍時揮發(fā)不完全，結留在鎢加熱子表面上。----對策：設計及使用合適數(shù)量的鍍材。

（2）鍍材在鎢加熱子上不均勻放置，造成部分鍍材使用時不斷結留在鎢加熱子上。----對策：使用前，注意均勻放置鍍材在鎢加熱子上。

（3）因鎢加熱子的絲材直徑過小，或展長過短等，總體電阻偏大，導致鎢加熱子加熱時受熱不足，鍍材蒸鍍時，揮發(fā)不完全，結留在鎢加熱子表面上。---對策：設計及使用合適尺寸的鎢加熱子。

（4）設定的使用電壓偏低，導致鎢加熱子加熱時受熱不足，鍍材蒸鍍時，揮發(fā)不完全，結留在鎢加熱子表面上。---對策：設定合適的電壓。

2.4 鎢加熱子使用時鍍件發(fā)黑發(fā)黃的原因分析及對策

（1）鎢加熱子化學成分純度不足或鍍材純度不足，蒸鍍使用時，雜質元素鍍在鍍件上，導致鍍件發(fā)黑發(fā)黃。----對策：對鎢加熱子的化學成分純度、鍍材的純度進行管控。

（2）鎢加熱子表面未清洗干凈，表面有雜質附著，蒸鍍使用時，雜質元素鍍在鍍件上，導致鍍件發(fā)黑發(fā)黃。----對策：對鎢加熱子的表面潔凈程度進行管控。

（3）真空鍍膜機內抽真空不足，里面含有較多氧分子，造成蒸鍍使用時，在鍍膜機內發(fā)生氧化反應，影響膜層的純度，導致鍍件發(fā)黑發(fā)黃。----對策：對真空鍍膜機抽真空參數(shù)及達到的真空度進行管控。

（4）真空鍍膜機內干凈程度不足，比如內壁、工件放置架等表面存在油污、銹跡、殘余鍍料等，這些雜質在真空中易蒸發(fā)，雜質元素破壞了真空度，并在鍍膜機內發(fā)生氧化反應，影響膜層的純度，導致鍍件發(fā)黑發(fā)黃。----對策：對真空鍍膜機內壁、工件放置架進行定期清洗、維保，確保真空鍍膜機內部的干凈。

3 結語

綜上所述，鎢加熱子是真空鍍膜中的加熱電阻，是蒸鍍的重要組成部分，蒸鍍使用異常，有部分的原因是鎢加熱子本身異常引起的，有部分的原因是鍍材異常引起的，還有部分的原因是真空鍍膜機使用異常引起的。為了更好地完成真空鍍膜，鍍出滿足要求的鍍件，需要對鎢加熱子蒸鍍異常進行診斷及分析，將相關的理論和實踐進行有效結合，以此來促進鎢加熱子真空鍍膜技術的發(fā)展。