1应用背景

1.1真空镀膜技术

在真空中制备膜层，包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或化合物膜。虽然化学汽相沉积也采用减压、低压或等离子体等真空手段，但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。真空镀膜有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。

真空镀膜技术初现于20世纪30年代，四五十年代开始出现工业应用，工业化大规模生产开始于20世纪80年代，在电子、宇航、包装、装潢、烫金印刷等工业中取得广泛的应用。真空镀膜是指在真空环境下，将某种金属或金属化合物以气相的形式沉积到材料表面（通常是非金属材料），属于物理气相沉积工艺。因为镀层常为金属薄膜，故也称真空金属化。广义的真空镀膜还包括在金属或非金属材料表面真空蒸镀聚合物等非金属功能性薄膜。在所有被镀材料中，以塑料最为常见，其次，为纸张镀膜。相对于金属、陶瓷、木材等材料，塑料具有来源充足、性能易于调控、加工方便等优势，因此种类繁多的塑料或其他高分子材料作为工程装饰性结构材料，大量应用于汽车、家电、日用包装、工艺装饰等工业领域。但塑料材料大多存在表面硬度不高、外观不够华丽、耐磨性低等缺陷，如在塑料表面蒸镀一层极薄的金属薄膜，即可赋予塑料亮丽的金属外观，合适的金属源还可大大增加材料表面耐磨性能，大大拓宽了塑料的装饰性和应用范围。

真空镀膜的功能是多方面的，这也决定了其应用场合非常丰富。总体来说，真空镀膜的主要功能包括赋予被镀件表面高度金属光泽和镜面效果，在薄膜材料上使膜层具有出色的阻隔性能，提供优异的电磁屏蔽和导电效果。

1.2 真空镀膜技术在光学领域的应用

目前的光学薄膜均是采用真空镀膜的方式形成。主要的光学薄膜器件包括反射膜、减反射膜、偏振膜、干涉滤光片和分光镜等等。它们在国民经济和国防建设中得到了广泛的应用，获得了科学技术工作者的日益重视。例如采用减反射膜后可使复杂的光学镜头的光通量损失成十倍地减小；采用高反射比的反射镜可使激光器的输出功率成倍提高；利用光学薄膜可提高硅光电池的效率和稳定性。

最简单的光学薄膜模型是表面光滑、各向同性的均匀介质薄层。在这种情况下，可以用光的干涉理论来研究光学薄膜的光学性质。当一束单色平面波入射到光学薄膜上时，在它的两个表面上发生多次反射和折射，反射光和折射光的方向由反射定律和折射定律给出，反射光和折射光的振幅大小则由菲涅耳公式确定（见光在分界面上的折射和反射）。

人们熟悉的光学仪器有望远镜、显微镜、照相机、测距仪，以及日常生活用品中的镜子、眼镜、放大镜等，它们都离不开镀膜技术，镀制的薄膜有反射膜、增透膜和吸收膜等几种。

1.3大型真空镀膜设备的发展应用

随着科技的不断发展，在对空和对地目标观测方面，随着望远镜观测距离的不断增大和分辨率的不断提高，作为物镜的反射镜的尺寸越来越大，表面精度越来越高。这样就要求镀制反射镜的反射膜的镀膜设备的尺寸越来越大，精度要求越来越高。本课题所研发的大型和超大型真空镀膜设备产品，就是用于大型反射望远镜反射镜面及其它大型光学元件表面镀膜和对零件表面进行材料改性试验的设备。其镀制的光学元件基本应用于航空、航天、遥感、探测、监控等特殊领域。在国际市场，这些大型磁控溅射真空镀膜设备只有美国、日本、德国和法国等少数国家的专业公司能够研制，并且也主要是根据项目需求专项研制，这些设备（包括技术）一般不向我国出售，设备的制造技术、工艺技术严格保密，对我国几乎都是封锁的。

在大型真空镀膜设备方面，目前国外共有直径2.2m以上的大型光学镀膜设备数十台，服务的大型观测望远镜的代表有：从地面观测天空：美国University of Hawaii 2.2m天文望远镜、美国 SOFIA 2.5m天文望远镜、美国MMT 6.5m天文望远镜、欧洲空间局（ESA）VLT  4 座8m天文望远镜等；从天空观测地面：2007年欧洲空间局（ESA）Herschel Space Telescope的2.2m天文望远镜、2009年欧洲空间局（ESA）Herschel Space Telescope的3.5m天文望远镜。另外太空望远镜方面除了已经接近退役的哈勃望远镜，美国国家航空航天局（NASA）计划在2015年发射主镜直径6m的JWST (James Webb Space Telescope)太空观测天文望远镜。为保证以上这些大型天文望远镜的正常运行，定期都必须由大型光学真空镀膜设备为其主反射镜镀制高反射薄膜。

从大型光学真空镀膜设备的技术发展趋势来看，国外在大型真空镀膜制造方面，远远走在了我国的前面。国外最大尺寸的光学真空镀膜设备，其真空室直径已经达到了9m。高反射薄膜的成膜系统已经由简单的电阻蒸发发展到先进的磁控溅射方式，真空系统由有油系统发展到无油系统，被镀镜片从原有的特种光学玻璃发展到轻量化的碳化硅（SiC）材料。设备的控制系统也从原有的简单程序控制变为现在的计算机自动控制。

2.项目介绍

2.1项目发展必要性

本项目研究课题为大型和超大型真空镀膜设备研制。该课题研制产品为国家基础科研重点项目“镀制大尺寸光学反射镜”提供保障性关键设备——大型和超大型光学真空镀膜设备。并探索制订国产高分辨率大型光学元件磁控溅射真空镀膜设备制造的工艺标准，制订和完善设备加工工艺，解决高精度大尺寸真空室体和工件转动机构等关键部件的加工制造难题。本产品也可用于使用大型和超大型光学望远镜的天文观测台/站，气象观测台（站）等科研单位。该项目的研发，不仅能使四川省的重大技术准备在国内有了新的亮点，并参与在该类装备的国内外产业竞争，同时也能带动四川省航空航天装备的发展，对装备产业或区域经济发展起到有力拉动作用。

2.1.1项目建设是产业发展和国家经济发展的需要

大型光学真空光学设备主要应用于大型的专用光学元件，其光学元件基本应用于特殊的领域，为航空、航天、遥感、探测、监控用，并且许多是军事领域和重要科研项目领域。产品的工程配套比如：高分辨率对地观测和对空观测。本产品也可用于各使用大型光学望远镜的天文观测台/站，气象观测台（站）、卫星遥控遥测、GPS卫星定位等领域。而随着国民经济的迅速发展，国内对电真空镀膜设备、真空获得设备和真空应用设备的需求量愈来愈大，本项目的建设将为新技术发展和国民经济建设作出更大贡献。

2.1.2项目建设是培养自主研发能力的需要

在国际市场，这些大型光学真空设备均由美国、日本、德国和法国等少数国家的专业公司研制。这些设备一般是不向中国这样的国家出售的，设备的制造技术也是严格保密的。此类设备国外对我国都是禁运的，即使通过转手买到一些老旧的二手货，其价格也是非常的昂贵，过程也是很困难，并且只能采购到一些小尺寸设备，完全不能适用于大型光学元件的需求。本项目实施，是自主创新成果工程化，在设计定型的同时，具有中试规模，并通过提升精密机械加工水平来确保精密零件的制造，从而对军品的优质与可靠性增长提供切实保障，是培养自主研发能力和知识产权的重要契机和平台。

2.1.3项目建设是提升企业核心竞争力的需要

公司经过多年的研究和对真空镀膜设备、真空获得设备和真空应用生产技术攻关，形成了一整套生产技术和设备制造技术以及后制品加工专用成套技术，公司主要产品技术指标及性能属国内领先，部分产品达到国际同类产品水平，多次获得省、部级“科技进步奖”、“国防科技进步奖”、“国家质量金奖、银奖”等荣誉称号。本公司的真空镀膜设备、真空获得设备和真空应用技术、设备及产品研发均处于国内领先、国际先进的水平。项目建设将有利于快速推动产品实现产业化，打破国外在行业内的垄断，推动军品民用化，提升企业行内核心竞争力。

2.2国内外技术发展现状

2.2.1国际技术发展现状

大型光学真空设备主要应用于镀制大型的专用光学元件，其光学元件应用于特殊的领域，许多是军事领域。在国际市场，这些大型光学真空设备均由美国、日本、德国和法国专业的机构自行研制，这些设备是不向外出售，设备的制造技术也是严格保密的，所以此类设备国外对我国一般是禁运的（包括设备上所配的大抽速真空泵目前也是需要许可证才能引进的），如果能买到，其价格也是非常的昂贵。同时由于此类光学元件使用的特殊性，其需求也很少，所以相应的真空设备其市场需求量也很低。

国内外产品及技术差距主要体现在以下方面：

1、设备的自动化程度低，光学膜镀层控制精度低，达不到自动控制的要求。

2、设备的可靠性较差, 电气控制以手动、半自动为主, 全自动控制设备极其少见，而且主要是研究类设备，还不能用于批量生产。

3、设备的研制落后于镀膜工艺技术的发展和市场的需求，只能满足一些较低档膜系的需要，成品率低。

4、在自动控制技术方面，镀膜机部件的标准化差，设备研制厂家与用户之间缺乏以设备作为工艺技术研究的沟通平台，无法实现特殊功能性薄膜的研制和生产。

5、在真空获得设备方面，基础研究和设备的技术水平上同国外著名真空获得设备生产商都有一定的差距，其中在真空获得设备的理论及实用技术的基础研究上，还较薄弱；设备可靠性还不高；在高端真空获得设备方面，品种也较少。

2.2.2国内技术发展现状

1978年，我国开始研究小型卷绕镀膜机，目前技术研发已达到国际90年代初水平，但尚需提高自动化水平、稳定可靠性、扩大品种。真空设备研制技术是一门综合性技术、涉及机械、真空、真空测量、自动控制、监控、冷冻技术，如此复杂的设备，国外只有德国、日本、意大利、英国几个工业比较发达的国家能制造，国内虽然有类似的设备，但属低档次的设备。

从1995年起，国内又研制出幅宽为650mm、1100mm、1300mm的大型卷绕镀膜机，主要用在CPP、OPP、PET塑料膜、纸及锦纶、涤纶布等化纤组织上连续镀单面金属膜，可用于包装装饰等领域，也可用在塑料膜上单面镀金属，可供电子元器件使用，该设备综合性技术性比较强，为保证质量，部分关键件从国外引进，主要技术指标达到国际90年代中期水平。

真空镀膜设备、真空获得设备和真空应用设备等国产设备部分已达到国际先进水平。在光学镀膜机方面，已开发研制了系列产品：在ZZ700-1/G、ZZS700-2/G、ZZ1100-1/G、ZZS700-1/G基础上又将推出新的机型ZZ700-3/G。

原同康大国际有限公司合作生产的ZZS700-4/G型箱式镀膜机，具有国际九十年代水平，这类设备主要技术性能基本达到瑞士BALZERS公司同类产品水平，而价格仅为该公司的1/3，市场潜力很大。目前已对国内市场销售量比较大的ZZ700-1/G、ZZS700-2/G型箱式镀膜机做改进完善工作，以保证这类镀膜机的市场占有率，现正在改进推出ZZS1100-2/G型适应大规模生产的镀膜机，以满足用户需求。ZZS1500-1/G型箱式镀膜机，是目前国内最大的箱式光学镀膜机，主要为满足大型集团企业生产的需要。

2.2.3技术发展趋势

科技发展愈来愈快，信息高速公路，数字地球等新概念的提出，影响和带动了全球高科技的发展，目前，生命科学、环保科技、材料科学和纳米科技使高科技重点研究的领域，纳米科技又以纳米电子学为有限研究领域。

目前计算机和信息技术的基础使超大规模继承电路，但下个世纪的基本元件将是纳米电子集成电路。它是微电子器件的下一代，现有微电子器件的主要材料是极纯的硅、锗等晶体半导体。纳米电子器件有可能是以有机或无机复合晶体薄膜为原理，要求纯度更高，结构更完善。真空植被的清洁环境，有希望加工组装出纳米电子器件所要求的结构。总之，表面和薄膜科学，微电子器件及纳米技术等迅速发展，将使一起开发和检测方法体系研究成为真空设备镀膜、获得及应用技术中的发展重点；而电子束蒸发源将是真空镀膜技术中的一种重要的加热方法和发展方向。

2.3 项目技术的创新突破点、关键技术难题

1、采用高性能低温泵、分子泵无油真空系统设计（采用自制分子泵），为设备提供洁净的真空环境，保证稳定的工作真空度。

2、大型工件驱动系统设计，在额定总承载条件下主驱动旋转速度连续可调。

3、大面积工件烘烤系统的设计，包括加热器的选择，加热器在真空室体内的分布，温度控制点的选择以及加热器控制程序的编制。

4、膜厚控制采用石英晶体监控方法，结合先进的膜厚控制程序，采用补偿微量误差来提高膜厚控制精度。

5、配置高性磁控溅射源，通过程序控制保证长时间工作中稳定的蒸发速率。

6、利用系统集成，采用先进控制部件如PLC、高性能IPC、智能I/O模块、智能人机界面等，提高系统控制精度和运行可靠性。

3  产业政策、规划及关联度分析

3.1国家及省发展规划

3.1.1项目建设符合国家发展政策

国家工业和信息化部成立军民结合司负责推动军民结合产业化。2012年，在西安召开的《全国军民结合产业基地发展研讨会》中确定了国家在“十二.五”期间的军民结合产业化发展重点，国家在航空、核能、信息等战略性新兴产业鼓励加强军民结合项目的开发，并采取更为开放的政策措施，推动其全方位、多层次、宽领域地参与国际合作。

3.1.2项目建设符合四川发展规划

2010年，四川省出台完整政策体系加快推进军民结合产业发展，《四川省加快军民结合产业发展工作实施意见》提出的整体目标是：加强军民结合和军地经济融合，发展壮大军民结合支柱产业；加快培育一批主业突出、核心竞争力强、国内外市场份额大，销售收入分别达到100亿元、50亿元、30亿元、10亿元以上的军民结合型企业，逐步在四川形成军民结合，优势互补，共同发展格局。为落实该目标，四川首次提出民用航空、民用航天、核能和核技术应用、光电信息、汽摩配套、特色化工“6大军民结合支柱产业”概念。

综上所述，本项目符合国家相关产业政策和行业发展规划，是军民结合产业发展重点方向和扶持产品，是国家亟待发展的具备自主知识产权，高性能、高品质、低成本，能够为国民经济和社会发展做出重要贡献的行业。

3.2产业关联度分析

本项目行业上游主要为普通钢材，优质钢材，有色金属，铸铁等原材料，年需用的材料2000吨左右。本项目的下游产业主要航空、航天、遥感、探测、监控用光学元件领域。

项目行业上、下游产业图

3.3产业链上下游配套情况

3.3.1上游产业

项目产品所需用的材料主要为普通钢材，优质钢材，有色金属，铸铁，年需用的材料2000吨左右，易于购得，市场供应充足。目前，项目建设单位已与供应商建立了长久、稳定的供货关系和合同，该项原材料在市场上短期内供应充足，从长期来看价格和供货量也将处于稳定中持续增长的态势。

3.3.2下游产业

本项目建设兼顾了国防需要和民用需要。下游产业不仅为航空、航天、遥感、探测、监控用，产品的工程配套，也可用于各使用大型光学望远镜的天文观测台/站，对大型天文望远镜反射镜的需要。市场需求巨大。

本项目建成后，可以打破国外对高端大型真空设备技术限制与产品对中国实行的禁运，且项目的规模生产是突出国产化，进口替代，建立我国高技术武器装备核心电子元器件、关键光学元件自主配套工艺装备的供给能力，在产品达标方面可以实施国军标级和准宇航级，甚至可以向宇航级发展。

因此，本项目产品在国内不存在竞争问题，因为是首家生产，属独自开发的产品，为国内首创，居于国内领先水平，并随着产品应用领域的拓宽，产品销售前景将进一步被看好，对于本行业企业而言，这些快速发展的下游市场需求将带来稳步增长的市场空间。

4市场分析

4.1市场现状及前景分析

4.1.1市场需求分析

本项目生产的真空镀膜设备、真空获得设备和真空应用设备在国内需求领域主要在以下方面：

1、国防需求

（1）光学元件真空镀膜设备制造的工艺标准，制订和完善设备加工艺、工装，解决高精度大尺寸真空室体和工件转动机构等关键部件的加工制造，确保军用产品的制造质量等级和工程需求配套的保障能力。

（2）产品配套的工程型号与用户单位

为航空、航天、遥感、探测、监控用，产品的工程配套，主要用户单位有：中国科学院长春精密光学机械与物理研究所，中国科学院成都光电技术研究所，航天五院等用户单位。

2、民用需求

本产品也可用于各使用大型光学望远镜的天文观测台/站，对大型天文望远镜反射镜的定期真空镀膜需要。

目前真空镀膜设备国内年消费量在60台左右，真空获得设备在接近1500台，真空应用设备约25台，但主要通过从国外进口的方式，本项目的实施将满足随着国民经济发展，国内对真空光学设备的愈来愈大的需求空间，市场前景广阔。

4.1.2市场供应分析

在国际市场，大型光学真空设备均由美国、日本、德国和法国等少数国家的专业公司研制，这些设备一般是不向中国这样的国家出售的，设备的制造技术也是严格保密的。此类设备国外对我国都是禁运的，即使通过转手买到一些老旧的二手货，其价格也是非常的昂贵，过程也是很困难，并且只能采购到一些小尺寸设备，完全不能适用于大型光学元件的需求。

本项目建成后，可以打破国外对高端大型真空镀膜设备技术限制与产品对中国实行的禁运，本项目产品在国内不存在竞争问题，因为是首家生产，属独自开发的产品，为国内首创，居于国内领先水平。在今后几年，由于本项目的实施，项目产品的性能、精密度、寿命、功率和物理特性在先进工艺的基础上，还会继续升级发展，产品竞争能力将一直处于强劲的势头之中。

4.1.3 市场需求分析

预计在未来五年内，随着国民经济发展和航空、航天、遥感、探测、监控用，产品的工程配套领域的扩大，预计真空镀膜设备国内年消费量将突破100台，真空获得设备将接近2000台，真空应用设备市场增长至约60台。

从近十年的大型真空光学设备制造情况来看，国内能制造完成2.2m以上大型真空光学设备的只有成都南光机器有限公司。公司可向市场提供2.2m、2.5m、3.2m三种规格的系列大型真空光学设备，国内其他厂家未见再推出此类设备，且随着产品应用领域的不断扩大，项目市场前景广阔，发展潜力较大。

5 结语

该项目的实施将有助于填补我国在大型真空镀膜设备研制上的又一项空白；使我国具备不依赖进口设备，自行研制解决对空对地观测用大型光学元件镀膜的能力。

大型光学真空设备主要应用于大型的专用光学元件，其光学元件基本应用于特殊的领域，为航空、航天、遥感、探测、监控用，并且许多是军事领域和重要科研项目领域。产品的工程配套比如：高分辨率对地观测和对空观测。本产品也可用于各使用大型光学望远镜的天文观测台/站，气象观测台（站）、卫星遥控遥测、GPS卫星定位等领域。而随着国民经济的迅速发展，国内对电真空镀膜设备、真空获得设备和真空应用设备的需求量愈来愈大，项目的建设将为新技术发展和国民经济建设作出更大贡献。