[發(fā)明專利]三柵極式離子滲鍍?cè)O(shè)備及工藝

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 02110301.1
• 申請(qǐng)日: 2002-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN1388269A
• 公開（公告）日: 2003-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 容幸福;徐重;蘇永安;秦林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/42
• 分類號(hào): C23C14/42
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司
• 代理人: 龐建英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明三柵極式離子滲鍍?cè)O(shè)備及工藝屬于表面冶金范疇。具體來講是一種利用三柵極濺射轟擊加熱PLUME效應(yīng)、“燒孔效應(yīng)”，在導(dǎo)體、非導(dǎo)體工件基材表面形成鍍層、擴(kuò)散層和擴(kuò)散層與鍍層復(fù)合層的設(shè)備和工藝。

背景技術(shù)

現(xiàn)代(第二代)表面工程技術(shù)重要特征之一，是綜合運(yùn)用兩種或多種表面工程技術(shù)而形成新型復(fù)合滲表面工程技術(shù)。雙層輝光離子滲金屬技術(shù)就屬于現(xiàn)代(第二代)表面工程技術(shù)之一。雙層輝光離子滲金屬技術(shù)設(shè)備(附圖1)是由滲金屬爐罩1、源極2、工件極3、真空系統(tǒng)4、工作氣體5、工件極直流電源6、源極直流電源7和爐底板8組成。目前雙層輝光離子滲金屬技術(shù)在金屬材料表面的金屬元素的單元滲、多元滲等方面均能滿足工藝和技術(shù)要求。但對(duì)于一些金屬元素與非金屬元素(如碳或硫等)的多元復(fù)合共滲(如一些強(qiáng)碳化物的元素與非金屬元素碳)或?qū)щ姷姆墙饘?如碳元素)單元滲的研究還在進(jìn)行之中。再者，其工作電壓設(shè)置只有三種模式，即：V_S＞V_W，V_S＜V_W，V_S＝V_W；且V_S≠0，V_W≠0其中V_S為源極工作電壓，V_W為工件極工作電壓。由此可見，源極2、工件極3的工作電壓V_S、V_W不能有一個(gè)等于零，這就使得源極2和工件極3的材料必須為導(dǎo)電固體物質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明三柵極式離子滲鍍?cè)O(shè)備及工藝的主要目的在于克服上述雙層輝光離子滲金屬技術(shù)的限制，在雙層輝光離子滲金屬技術(shù)原有設(shè)備裝置的基礎(chǔ)上，為解決源極和工件極的電壓可以是零，電壓設(shè)置模式多樣化，源極和工件極的材料可以是導(dǎo)電的金屬固體材料，也可以為導(dǎo)電或不導(dǎo)電的非金屬固體材料，而提供一種利用三柵極式系統(tǒng)濺射轟擊加熱的PLUME效應(yīng)、“燒孔效應(yīng)”，進(jìn)行金屬元素與非金屬元素(均來自三柵極式中提供滲鍍?cè)貥O的固體材料，如碳或硫等)的單元或多元復(fù)合共滲鍍，在導(dǎo)體、非導(dǎo)體基材表面形成鍍層、擴(kuò)散層和擴(kuò)散層與鍍層復(fù)合層的設(shè)備和工藝。

本發(fā)明三柵極式離子滲鍍?cè)O(shè)備，其特征在于：由爐罩(15)、S極(16)、P極(17)、W極(18)、真空系統(tǒng)(19)、工作氣體(20)、W極直流電源(21)、S極直流電源(22)、P極直流電源(23)、爐底板24組成，本發(fā)明設(shè)備配置三套高壓直流電源W極直流電源(21)、S極直流電源(22)、P極直流電源(23)，功率均為5～10千瓦，電壓可調(diào)范圍均為0～1500V，三套直流電源的陰極分別接在三柵極中的S極(16)、P極(17)和W極(18)上，陽極接在爐罩(15)和爐底板(24)，真空系統(tǒng)(19)的真空極限要求達(dá)到5×10^-4Pa。

本發(fā)明三柵極式離子滲鍍?cè)O(shè)備工作時(shí)，首先抽真空到5×10^-4Pa～5×10^-1Pa，充入工作氣體20(如Ar氣)，到工作氣壓5Pa～60Pa，而后在三柵極上分別加上工作電壓，在三柵極的PLUME效應(yīng)、“燒孔效應(yīng)”作用下，將固體材料制成的S極16和P極17中欲滲鍍?cè)匾噪x子、原子、粒子團(tuán)的形式濺射出來，并向W極18工作表面運(yùn)動(dòng)，吸附于工件表面，由工件表面的溫度高低情況，實(shí)現(xiàn)工件表面鍍層、擴(kuò)散層和擴(kuò)散層與鍍層復(fù)合層。

本發(fā)明用于提供滲鍍?cè)氐腟極16可以的導(dǎo)電的固體物質(zhì)，也可以是非導(dǎo)電的固體物質(zhì)。用于提供滲鍍?cè)氐腜極17必須是導(dǎo)電固體物質(zhì)。W極18可以是導(dǎo)電的固體物質(zhì)，也可以是非導(dǎo)電的固體物質(zhì)。

在本發(fā)明設(shè)備(附圖3)中，S極16、P極17、W極18可以在爐內(nèi)同軸豎直放置，也可以同軸水平或其它方向放置。P極17的孔或縫可以是一個(gè)，也可以成排、成面的多個(gè)組成。S極16、P極17、W極18在工作時(shí)可以是固定不動(dòng)的，也可以在輔助旋轉(zhuǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明設(shè)備中三柵極工作電壓設(shè)置模式有19種，即有：

???當(dāng)V_S≠0，V_P≠0，V_W≠0時(shí)：