[發明專利]樹型陰極真空電弧等離子體沉積磁過濾裝置

在審

• 申請號: 201410334441.5
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN105296938A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 吳先映;廖斌;黃杰;史學偉;張旭;彭建華
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;H01J37/32;H01J37/34
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所屬技術領域

本發明涉及一種磁過濾陰極真空電弧等離子體沉積制備多元復合薄膜的磁過濾裝置。其特征是該裝置由兩個以上的磁過濾支線管與一個磁過濾干線管組成，兩個以上的磁過濾支線管入口端分別與不同陰極材料真空電弧源連接，將陰極真空電弧源產生的等離子體過濾引導進入磁過濾干線管后，再經磁過濾干線管過濾引導一起進入真空靶室。該裝置能夠同時沉積多種不同的元素，能夠通過分別調節不同真空電弧源的弧流對所制備的薄膜的組分進行調控，制備成分均勻、組織致密、表面光滑的多元復合薄膜。

背景技術

磁過濾陰極真空電弧等離子體沉積技術是目前先進的材料表面處理技術之一。該技術是在低真空條件下，利用陰陽極間的弧放電產生等離子體，通過磁過濾裝置過濾掉大顆粒后沉積到工件表面的鍍膜方法。磁過濾陰極真空電弧等離子體沉積技術因其離子離化率高、離子能量高，能夠制備高質量的、致密的、光滑的各種超硬薄膜。

多元復合薄膜比單一膜層具備更加優良的機械、光學、電學等性能。膜層中各元素的相對含量和均勻性分布直接關系到膜層的性能。目前，采用磁過濾陰極真空電弧等離子體沉積技術制備多元復合薄膜一般采用兩種方案：一是陰極使用合金靶材，二是使用多套弧源和磁過濾系統，在不同方向上由不同引出口引出后共沉積到工件表面。對于使用合金靶材的方案，由于合金靶材中各元素成分比例固定，實現對膜層中元素成分比例的調控必須使用不同元素成分的合金靶，而合金靶材制作困難、成本很高。對于采用多套弧源和磁過濾系統的方案，由于在不同方向上由不同引出口引出，不僅設備復雜，而且沉積面由于角度和位置的不同，導致膜層中元素的成分比例隨角度和位置變化而分布不均，影響膜層質量。

發明內容

為了克服現有的磁過濾陰極真空電弧等離子體沉積技術制備多元復合薄膜的不足，本發明提供了一種樹型磁過濾裝置，該裝置由兩個以上的磁過濾支線管與一個磁過濾干線管組成，兩個以上的磁過濾支線管入口端分別與不同陰極材料真空電弧源連接，將陰極真空電弧源產生的等離子體過濾引導進入磁過濾干線管后，再經干線管過濾引導一起進入真空靶室，沉積制備多元薄膜。磁過濾支線管就像樹枝，磁過濾干線管就像樹干，因此稱為樹型磁過濾裝置。該裝置能夠在兩個以上的支線管入口端安裝兩個以上的弧源，產生兩種以上元素的等離子體；等離子體通過磁過濾支管過濾掉大顆粒并被磁場磁化，引導進入磁過濾干線管后，再經干線管磁場引導進入真空靶室，實現多元沉積鍍膜。該裝置能夠通過分別調節不同真空電弧源的弧流對所制備薄膜的組分進行調控，制備成分均勻、組織致密、表面光滑的多元復合薄膜。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：該樹型磁過濾裝置由兩個以上的磁過濾支線管與一個磁過濾干線管組成，兩個以上的磁過濾支線管入口端分別與不同陰極材料真空電弧源連接，將陰極真空電弧源產生的等離子體過濾引導進入磁過濾干線管后，再經干線管過濾引導一起進入真空靶室，沉積制備多元薄膜。磁過濾支線管和干線管都由無磁性金屬材料(例如銅、無磁不銹鋼、鋁等)制造，管道本身具有良好的氣密性，管道外面繞制磁場線包，形成通電螺線管，通電后產生磁場用于磁化等離子體，引導等離子體沿磁力線運動，從磁過濾支線管進入干線管再進入真空靶室。磁過濾支線管與干線管經過合理裝配(例如法蘭連接、焊接等)形成樹型磁過濾裝置，連接處應該保證良好的氣密性。磁過濾支線管和干線管管道截面形狀可以是圓形、方形，以容易制造和鍍膜需要為準。支線管尺寸小于等于干線管，以便裝配。磁過濾支線管和干線管可以是直管或是彎管或者是多種形式的組合管(例如三通管、四通管等)。為了實現較好的過濾大顆粒的效果，應采用合適的管道長度或角度，確保干線管出口位于支線管入口視線外。同時，為了獲得盡可能大的等離子體傳輸效率，提高鍍膜效率，磁過濾支線管與干線管的磁場方向沿管道軸線順向，磁場強度合理匹配。此外，磁過濾支線管和干線管需要合適的冷卻措施以確保正常工作。管道可以采用夾層直接通以冷卻液(水、油等)，或者采用細銅管繞制線包通冷卻液，或者采用導熱性好的材料制造管道，在合適的位置(例如管道兩端的法蘭)冷卻。

本發明的有益效果是：該裝置能夠在兩個以上的支線管入口端安裝兩個以上的弧源，產生兩種以上元素的等離子體；等離子體通過磁過濾支管過濾掉大顆粒并被磁場磁化，引導進入磁過濾干線管后，再經干線管磁場引導進入真空靶室，方便地實現多元沉積鍍膜；同時該裝置能夠通過分別調節相應真空電弧源的弧流對所制備薄膜的對應元素組分進行調控，從而制備性能優異的多元薄膜；再有，由于所有等離子體都從磁過濾干線管進入真空靶室，因此所有元素成分分布一致，制備的薄膜性能穩定，重復性好。

附圖說明