[發明專利]一種多結構耦合磁場適應型旋轉弧離子鍍裝置

有效

• 申請號: 201210444627.7
• 申請日: 2012-11-08
• 公開（公告）號: CN102936718A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 郎文昌;王向紅;李明霞
• 申請（專利權）人: 溫州職業技術學院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明涉及薄膜與涂層制備技術領域，具體地說是一種多結構耦合磁場適應型旋轉弧離子鍍裝置。

背景技術

表面防護涂層技術是提高工模具及機械部件質量和使用壽命的重要途徑，作為材料表面防護技術之一的離子鍍膜技術，由于由于結構簡單、離化率高、入射粒子能量高，可以輕松得到其他方法難以獲得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂層、復合涂層，應用在工具、模具上面，可以使壽命成倍提高，較好地實現了低成本、高收益的效果；此外，離子鍍涂層技術具有低溫、高能兩個特點，幾乎可以在任何基材上成膜，應用范圍十分廣闊，展示出很大的經濟效益和工業應用前景。電弧離子鍍所用的弧源結構是冷陰極弧源，電弧的行為被陰極表面許多快速游動，高度明亮的陰極斑點所控制，陰極斑點的運動對電弧等離子體的物理特性以及隨后的鍍膜特性有很大的影響。而離子鍍弧源是電弧等離子體放電的源頭，是離子鍍技術的核心部件。為了更好的提高沉積薄膜的質量和有效的利用靶材，提高放電穩定性，必須對弧斑的運動進行合理的控制，而弧斑的有效控制必須有合理的機械結構與磁場結構配合。

同時，由于電弧離子鍍陰極斑點的尺寸很小，功率密度非常高（10¹⁶W/m²），如果陰極斑點在一個位置停留時間過長，必然造成液態溶池面積擴大，引發強烈的大顆粒噴射。大顆粒的存在，嚴重影響了涂層和薄膜的性能和壽命，成為工模具鍍的阻礙，也成為阻礙電弧離子鍍技術更深入廣泛應用的瓶頸問題。因此，解決大顆粒問題更為積極的辦法是考慮從源頭解決問題的措施，改善弧斑的放電形式﹑提高弧斑的運動速率﹑降低放電功率在陰極斑點處的集中﹑使放電功率分布在整個靶面上，從而減少大顆粒的發射。同時，為了更好的提高鍍層的質量和有效的利用靶材，提高放電穩定性，必須對弧斑的運動以及等離子體的傳輸進行合理的控制。

目前的電弧離子鍍技術主要是在靶材附近施加磁場來控制弧斑的運動，來提高放電穩定性和靶材刻蝕率。由于電弧離子鍍主要靠靶面上的陰極斑點的放電來沉積所需薄膜的，因此是一種點狀源，這些傳統的單純在靶面附近施加磁場的方法雖然可以有效地控制弧斑在靶面的運動，但是并沒有解決等離子在傳輸空間分布的不均勻性，同時，隨著磁場強度的增加，造成了部分離子隨著靶材周圍磁場的分布運動而流失，造成了基體處離子密度的下降。而且長時間的刻蝕容易在靶面上形成刻蝕軌道，造成靶材刻蝕的不均勻。

由于真空電弧等離子體的物理特性，外加電磁場是改善弧斑放電、控制弧斑運動以及改善等離子體的傳輸特性的有效方法。離子鍍弧源是電弧等離子體放電的源頭，是離子鍍技術的核心部件，國內外在離子鍍弧源的設計上都離不開磁場的設計。合理的磁場可以有效的改善弧斑的放電，同時保證等離子體的有效傳輸，而單獨的一種磁場結構往往難以構建合適的空間磁場位形，既保證靶面所需磁場狀態，又保證等離子體傳輸空間的磁場分布，因此高效優質的離子鍍源裝置必須要有合理緊湊的結構滿足設置多種耦合磁場發生裝置的需要。

中國發明專利（專利號ZL200810010762.4）提出了一種利用旋轉磁場控制弧斑運動的電弧離子鍍裝置，但是該發明沒有對具體的弧源結構進行創新設計，弧源頭及圍繞于靶材之外的法蘭套結構不合理，占用空間體積過大，不利于整體結構分布，整體結構不緊湊，磁場漏磁嚴重，不利于鍍膜整機設計安排；最主要的是該發明只利用旋轉橫向磁場約束弧斑放電，對等離子體的傳輸和弧斑放電不利，大大降低了弧光等離子體的傳輸效率，大部分的等離子體約束在靶面附近，造成了沉積不均勻性和速率降低，同時單獨強度過大的橫向磁場減弱了弧斑放電的穩定性。因此，正如前述，需要有合理緊湊的弧源結構滿足設置多種耦合磁場發生裝置的需要，既保證靶面所需磁場狀態、改善弧斑放電、降低放電功率密度、提高放電穩定性，又保證等離子體傳輸空間的磁場分布。但是頻率強度匹配的旋轉橫向磁場可以大大改善弧斑放電，實現準擴散弧的狀態，這點是值得在設計中采用的。

因此，本發明進一步創新發明，對傳統旋轉磁場輔助的弧源結構進行改進，采用結構緊湊、簡易可調節的特種多功能多結構適應型離子鍍槍配合結構優化的法蘭套，提出了一種多結構耦合磁場適應型旋轉弧離子鍍裝置的設計方案。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多結構耦合磁場適應型旋轉弧離子鍍裝置，解決現有技術中大顆粒的存在嚴重影響涂層和薄膜的性能和壽命、靶材刻蝕與涂層均勻性差、靶材利用率低、以及沉積效率低等問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：