[發明專利]用于太陽熱能和其它應用的管內及管外表面的涂覆方法

無效

• 申請號: 200980128062.8
• 申請日: 2009-05-13
• 公開（公告）號: CN102112648A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: W·J·伯德曼;T·B·卡瑟利;D·尤帕德雅亞;K·布安那帕利;R·拉馬穆提
• 申請（專利權）人: 分之一技術公司
• 主分類號: C23C16/00
• 分類號: C23C16/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳哲鋒

技術領域

本發明敘述一種使用高沉積率的空心陰極技術來同時和均勻地涂覆兩內表面和一外表面的方法。此外，該技術啟示一種新的方法，其可用兩種不同類型的涂料同時地涂覆空心部件的內和外表面。

背景技術

在真空腔體內用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)的方法來涂覆工件外表面是眾所周知的。利用PECVD技術來涂覆空心工件的內表面較為少見，但授予Boardman等人的美國專利7,300,684對此作了敘述，其采用高沉積率的PECVD技術。Boardman等人的專利在此引入作為參考。該方法包括使用管件本身作為真空腔體，將供氣與一個開口耦合以及將真空泵與另一開口耦合，并采用偏壓系統，該偏壓系統與附著于管件的負極連接以及與設置在管件端部的返回陽極(return?anode(s))連接?？梢砸霟N前體并使用偏壓系統來產生高密度空心陰極等離子體以及將烴離子吸引到表面以形成類金剛石碳(DLC)膜。

在許多情況下，空心工件的內表面和外表面都需要涂覆。此前，這需要以不同的加工法來分別涂覆每一表面。授予Jung等人的美國專利6,129,856敘述了一種內表面的涂覆方法，由于整個部份皆包含在真空腔體中，該方法可能導致管件的外表面無意中被涂覆。雖然Jung等人的方法與其它方案相比具有優勢，但外部涂層的厚度可能不均勻，而且可能小于內部涂層的厚度，由于氣流被導向通過空心體里面，所以大部份氣體會消耗于管件內。此外，高離子密度的空心陰極等離子體在離開鄰接內部涂層的空心陰極源后會迅速地衰變。

發明內容

根據本發明的一種方法可以涂覆工件的外表面，以使涂層具有要求的(目標)涂覆特性。在若干應用中，可以同時涂覆許多工件的外表面，諸如在活塞環或類似工件的涂覆應用中。作為第一步，可提供具有多維內表面的腔體。該多維內表面具有相對于所述腔體的軸線的特定幾何形狀。例如，該腔體可為圓筒形。每一工件定位于所述腔體之內，以致于所述多維內表面和所述工件的外表面之間的間距沿著所述腔體的軸線方向大體保持固定。在所述工件為圓筒形時，可將工件同軸地定位在圓筒形腔體內。制定條件以在所述腔體的內表面和所述工件的外表面之間的間距內維持空心陰極效應，從而限定空心陰極效應區。所述腔體的內表面和所述工件的外表面被加偏壓以作為陰極，但無需處于相同的偏壓下，而陽極則設置在所述空心陰極效應區的相對端。

正如本文所限定，當至少兩陰極表面彼此相對地定位并與相隔的陽極電協作時，會發生“空心陰極效應”，以便實現電子的“振蕩運動”來提高等離子體內的電離率。腔體內壁和工件外表面之間的間距可以選擇，以便控制等離子體密度以及等離子體聚焦。如果該間距低于預期范圍，強等離子體與待涂覆表面將會太接近，造成強烈的離子轟擊和加熱，以致涂層的質量將受到不利的影響。另一方面，如果間距超過目標范圍，需要很高的偏壓來實現空心陰極效應，從而造成熱峰值，其可導致劣質的涂層。在一個實施例中，要求的涂層為類金剛石涂層(DLC)。另一個考慮為空心陰極效應區的長度和橫跨空心陰極效應區的距離的縱橫比。因為其中一個陽極與距離最遠的工件部份之間的長度增加(通常為至工件中心的距離)，電子所必須移動的距離會增大。通過將該縱橫比保持于給定界限之內，諸如保持低于50∶1的縱橫比時，可以促進涂層厚度的均勻性。

具體而言，如果用該方法同時涂覆很多工件的話，可以沿著與所述腔體同軸的桿來支承這些工件。另一方面，該方法還可用于同時涂覆工件(諸如管件)的內表面和外表面。因此，空心陰極效應可在管內形成，并且可在管件和腔體壁之間的間隔內形成。施加于管件內部的涂層與施加于外部的涂層相對于涂覆特性(例如，厚度)或涂覆材料而可以相同或不相同。

一種根據本發明的系統可以包括起腔體作用的大直徑管件。小直徑部件則可同軸地設置在該大直徑管件內，以致于可在小直徑部件和大直徑管件之間限定空心陰極效應區。陽極設置在該空心陰極效應區的相對側，而偏壓系統則連接成向所述陽極加偏壓以及將所述大直徑管件和所述小直徑部件制定成陰極。供氣源連接成在壓力下將反應性氣體流供入所述空心陰極效應區，其與所述偏壓系統合作以便形成空心陰極效應。

附圖說明

圖1所示為根據本發明的一個應用而連接的同心工件的截面圖。

圖2所示為用于實施本發明的系統的側表示圖。

具體實施方式