CN102124135A - 用于物理气相沉积的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于涂覆基体的物理气相沉积装置，该装置包括：一个接收该基体的基体保持件、以及发射出涂覆材料的发散性流束的一个涂覆材料源。该涂覆材料发散性流束包括一个涂覆材料发散部分以及一个涂覆材料的定向部分。该装置进一步包括一种遮挡装置，该遮挡装置被定位为与该涂覆材料源处于运作性接合，用于接收并且碰撞该涂覆材料发散性流束，这样使得该涂覆材料的定向部分离开该遮挡装置从而总体上朝向该基体保持件行进。该涂覆材料的定向部分与该涂覆材料的发散性流束相比展现出更小的发散性。

Description

用于物理气相沉积的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于通过物理气相沉积(PVD)技术来沉积材料的设备及方法。更具体地说，本发明涉及用于通过PVD来在一种基体、尤其是纳米层涂层上沉积一个或多个涂覆层的设备和方法，其中，这些涂层展现了改进的涂层周期性和/或这些涂覆层之间清晰突出的边界。
背景技术
迄今为止，PVD技术对于在一种基体上沉积一个或多个涂覆层一直是有用的。一个示例性种类的基体是这样一种基体：当涂覆有一种适当的涂覆材料时，它作为一种切削工具在金属切削(或其他的材料去除)应用中是有用的，这些应用包括(但不限于)形成切屑的材料去除应用。以下文件披露了PVD技术来生产涂覆的切削工具的用途：授予Prizzi等人的美国专利号5,879,823：a Coated Cutting Tool(一种涂覆的切削工具)。对这个专利的确认并不旨在限制本发明的范围，而是仅仅示出适合于通过PVD进行涂覆的代表性物品。这个专利特此通过引用结合在此。
PVD技术对于沉积多个纳米层的涂覆材料是有用的。典型地，一个单一纳米层具有的厚度是等于或小于约100纳米。涂覆纳米层的PVD沉积的示例性文件是授予Penich等人的美国专利号6,660,133：Nanolayered Coated Cutting Tool and Method for Making the Same，以及授予Penich等人的美国专利号6,884,499：Nanolayered CoatedCutting Tool and Method for Making the Same。对这些文件的确认并不旨在限制本发明的范围，而是仅仅示出了通过PVD所施加的涂覆纳米层的代表性例子。这些专利特此通过引用结合在此。
参见PVD方法的说明，Donald Mattox(1998)的出版物Handbookof Physical Vapor Deposition(PVD)Processing(由Noyes Publications，Westwood，New Jersey USA出版)总体上描述了PVD方法。总体上，PVD方法是原子学的沉积方法，其中从一种固态或液态源中溅射或蒸发出处于离子、原子或分子形式的材料，该材料被输送穿过一种低压离子体环境(并且经常与其进行反应)到达该基体，在此处该材料冷凝并形成一种薄膜。PVD方法可以用来沉积厚度为从几个纳米到几千个纳米的薄膜。PVD方法还可以用来沉积多层薄膜、分级的组合物沉积物、非常厚的沉积物以及独立式结构。PVD方法可以用来沉积这样一种薄膜：该薄膜包括被蒸发的材料与一种周围的气体环境(例如，像可以与蒸发的钛进行反应从而在基体上沉积氮化钛的氮气)的反应产物。
该Noyes出版社还描述了几种物理气相沉积方法。这些PVD方法包括真空沉积或真空蒸发；溅射沉积、电弧气相沉积、以及离子电镀。在溅射沉积方法中，存在着从一个表面(“靶材”)去除的颗粒通过物理溅射方法进行的沉积。电弧气相沉积使用高电流、低电压的电弧来将一个阴极电极(阴极电弧)或阳极电极(阳极电弧)蒸发并且将所蒸发的材料沉积在一个基体上。在离子电镀(有时候被称为离子辅助沉积(IAD)或离子气相沉积(IVD))中，沉积材料可以或者通过蒸发、溅射电弧侵蚀或者通过一种化学蒸汽前体的分解而被蒸发。所有方法都利用了对沉积薄膜的同时的或周期性的轰击来修饰并控制沉积薄膜的特性。
在一种真空沉积或真空蒸发方法中，来自一种热蒸发源的这些离子、原子或分子到达该基体，伴随着与沉积室中的剩余气体分子的最小碰撞。真空沉积正常地要求好于10-4托的真空。
虽然所有PVD涂覆技术都已经成功用于涂覆一种基体，甚至涂覆带有一种涂覆方案(包括多个具有不同组成的层)的基体，但仍存在着改进此种方法的需要。关于在相邻涂覆层之间的边界处发生的涂覆材料的重叠，这是尤其正确的。
更确切地说，从靶材上逐出的涂覆材料可能以在某种程度上展开的方式行进，例如，该涂覆材料采取了一种羽流的形式，有时候是通过余弦定律分布(cosinus law distribution)进行描述。其结果是，从一个靶材发射出的涂覆材料的某个部分偏离了垂直于靶材的方向并且可能重叠在来自另一靶材的涂覆材料的沉积区域上。当所有靶材(或阴极)都是同种材料时，来自各个靶材的涂覆材料的重叠有助于在整个加载中使该涂层均质化并且因此是所希望的。但是，在靶材为不同材料的情况下，涂覆材料的重叠可能产生涂覆材料的不利混合物并且是不希望的，因为沉积在基体上的实际的纳米层涂覆方案与所打算的涂覆方案将不相符。
我们已经发现，出现不同涂覆材料的重叠可以产生低于最佳的涂层特性并且影响涂层以及涂覆的物品的性能。这对于涂覆的切削工具是尤其正确的，在涂覆的切削工具中该涂层关于该切削工具的性能(包括使用寿命)起到了关键作用。正如可以理解的，不同的涂层组成可以产生不同的性能结果。
此外，多个层之间的锐利或明晰的边界可以影响该涂覆的切削工具的特性。多个层之间的一种锐利或明晰的边界可以形成一种在这些涂覆层之间具有强力的轮廓分明的边界的涂覆方案。这些强力的边界限制了缺陷在这些层之间的迁移，以改进多种特性，例如，像薄膜的硬度、对薄膜中微裂纹的耐受性和/或裂缝展开的耐受性。类似地，有利的是在交替的涂覆层之间具有一个明晰的边界来帮助维持该涂覆方案的每个周期之间的均匀的周期性和一致性。包含多个纳米层薄膜、尤其是在纳米层之间具有强力的轮廓分明的边界的涂覆方案提供了机会来设计宽范围的涂覆方案，这些涂覆方案展现出了很好地适合于不同的材料去除应用的不同特性。
随着PVD靶材的功率/电流设置的增大，沉积速率增大了。但是，因为功率/电流设置增大了，在来自不同组成的靶材(即，彼此具有不同组成的靶材)的羽流中重叠增大了，从而导致了这些层的互混。这种互混导致了不够明晰(或强力)的边界结构，并且因此导致了在这些层之间特性上更小的区别，尤其在希望是纳米层时。因此这种互混限制了来自纳米层涂层结构的优点。本发明通过允许这些PVD靶材(涂覆材料源)的高功率/电流设置并同时维持相邻层的差异性(特别是在一种纳米层结构的涂层中)来着手解决这一问题。
因此可以理解的是，将希望提供改进的设备连同改进的方法用于通过PVD技术来沉积涂覆材料、并且尤其是具有不同组成的涂覆材料。
还将希望的是提供改进的设备、连同改进的方法用于通过PVD技术来沉积多个纳米层的材料，尤其是关于一种涂覆方案，该涂覆方案包括交替的纳米层或顺序的纳米层或甚至是具有不同组成的纳米层的无规则的构造。在这个方面，如果此类设备和技术减少了来自相邻阴极源的涂覆材料羽流之间的重叠、由此这些纳米层在其之间呈现出强力的轮廓分明的边界，则将是有益的。如果此类设备和技术允许独立于涂覆反应器的其他操作参数(例如，施加给阴极的功率水平、转盘的转速、室内的压力和/或温度、以及其他类似的参数)而对这些纳米层的厚度进行控制，则也将是有利的。
发明内容
在一种PVD涂覆方法中，常见的是来自每个阴极的涂覆材料羽流遍布该反应器室展开而在涂覆沉积的区域(即，涂覆材料撞击到一个或多个基体上所在的区域)内彼此重叠(或干扰)。此种重叠的程度取决于多个因素，例如，像待涂覆的这些基体(例如，切削工具的毛坯)的填充密度、连同操作参数像施加至这些靶材的功率/电流水平。此种重叠是不希望的、并且在这些阴极(或靶材)具有不同的材料组成时是尤其不希望的，因为该纳米层涂覆方案与所打算的涂覆方案不相符。更确切地说，涂覆材料羽流的重叠导致了在单独的纳米层之间缺乏强力的轮廓分明的边界。在纳米层之间不具有强力的轮廓分明的边界的纳米层允许缺陷在这些纳米层之间迁移。在纳米层之间不具有强力的轮廓分明的边界的纳米层还导致了具有不一致的厚度的纳米层、以及纳米层涂覆方案的周期性上的不一致性。
鉴于以上内容，本发明的一个基本的方面是提供PVD设备、连同一种PVD方法，它独立于该涂覆设备(反应器)的操作参数而减少了涂覆材料羽流在该涂覆材料撞击到一个或多个基体上的区域内重叠的程度。通过实现这样的减少，这些纳米层将在其间展现强力的轮廓分明的边界以帮助防止缺陷在纳米层之间的迁移。此外，这些纳米层将展现一致的受控制的厚度以及纳米层涂覆方案中的一致的周期性。
本发明在其一种形式中是用于涂覆基体的一种物理气相沉积装置。该装置包括被适配为接收该基体的一个基体保持件。该装置进一步包括一种涂覆材料源，它发射出一个涂覆材料发散性流束，该发散性流束包括一个涂覆材料的发散部分(diverse portion)以及一个涂覆材料的定向部分。该装置还包括一种遮挡装置，该遮挡装置被定位为与该涂覆材料源进行运作性接合，用于接收并且碰撞该涂覆材料发散性流束，这样使得该涂覆材料的定向部分连续地离开该遮挡装置从而总体上朝向该基体保持件行进。该涂覆材料的定向部分展现出比该涂覆材料发散性流束更小的发散性。
本发明在其又一种形式中是用于向基体施用一种涂覆方案的一种物理气相沉积装置。该装置包括被适配为接收该基体的一个基体保持件。该装置还包括一种第一涂覆材料源，它发射出第一涂覆材料的一个第一发散性流束，该发散性流束包括第一涂覆材料的一个第一发散部分以及第一涂覆材料的一个第一定向部分。该装置进一步包括一个第一遮挡装置，该遮挡装置被定位为与该第一涂覆材料源进行运作性接合，用于接收并且碰撞该第一涂覆材料的第一发散性流束，这样使得该第一涂覆材料的第一定向部分离开该第一遮挡装置从而总体上朝向该基体保持件行进。该第一涂覆材料的第一定向部分展现出比该第一涂覆材料的第一发散性流束更小的发散性。该装置进一步包括一种第二涂覆材料源，它发射出第二涂覆材料的一个第二发散性流束，该发散性流束包括第二涂覆材料的一个第二发散部分以及第二涂覆材料的一个第二定向部分。
本发明在其仍又一种形式中是与一种物理气相沉积装置结合使用的一种遮挡件，该物理气相沉积装置具有一种涂覆材料源，该涂覆材料源发射出一个涂覆材料发散性流束，该发散性流束包括一个涂覆材料的发散部分以及一个涂覆材料的定向部分。该遮挡件包括一个遮挡件本体，该本体具有接收该涂覆材料发散性流束的一个近端。该遮挡件本体进一步定义了一个窗口，该涂覆材料的定向部分连续地通过该窗口。该遮挡件本体具有一个远端，该涂覆材料的定向部分通过该远端离开该遮挡件本体，从而展现出比该涂覆材料发散性流束更小的发散性。
有关这些遮挡件/遮挡装置的本发明的一个方面是这些遮挡件/遮挡装置在基体最靠近靶材处大致覆盖了靶材与基体(例如，切削镶片)之间距离的至少约百分之五十(50％)。更优选地，所希望的是该遮挡件/遮挡装置在基体最靠近靶材处大致覆盖了靶材与基体(例如，切削镶片)之间距离的至少约百分之七十五(75％)。
本发明在其又一种形式中是通过物理气相沉积来涂覆基体表面的一种方法，该方法包括以下步骤：提供一个被适配为接收该基体的基体保持件；从一个涂覆材料源中发射出一个涂覆材料发散性流束，其中该涂覆材料发散性流束包括一个涂覆材料的发散部分以及一个涂覆材料的定向部分；并且提供一个遮挡件，该遮挡件接收该涂覆材料发散性流束，由此该遮挡件阻挡了该涂覆材料的发散部分离开该遮挡件并且允许该涂覆材料的定向部分离开该遮挡件从而总体上朝向基体保持件行进，由此该涂覆材料的定向部分比该涂覆材料发散性流束展现了更小的发散性，这样使得该涂覆材料的定向部分的一个实质性部分撞击了该基体。
本发明在其又一种形式中是用于通过物理气相沉积来涂覆基体表面的一种方法，该方法包括以下步骤：提供一个被适配为接收该基体的基体保持件；从一个第一涂覆材料源中发射出涂覆材料的一个第一发散性流束，其中该涂覆材料的第一发散性流束包括涂覆材料的一个第一发散部分以及涂覆材料的一个第一定向部分；提供一个第一遮挡件，该第一遮挡件接收该涂覆材料的第一发散性流束，由此该第一遮挡件阻挡了该涂覆材料的第一发散部分离开第一遮挡件并且允许该涂覆材料的第一定向部分离开第一遮挡件从而总体上朝向基体保持件行进，由此该涂覆材料的第一定向部分比该涂覆材料的第一发散性流束展现了更小的发散性，这样使得该涂覆材料的第一定向部分的一个实质性部分撞击了该基体；从一个第二涂覆材料源中发射出涂覆材料的一个第二发散性流束，其中该涂覆材料的第二发散性流束包括涂覆材料的一个第二发散部分以及涂覆材料的一个第二定向部分；并且提供一个第二遮挡件，该第二遮挡件接收该涂覆材料的第二发散性流束，由此该第二遮挡件阻挡了该涂覆材料的第二发散部分离开第二遮挡件并且允许该涂覆材料的第二定向部分离开第二遮挡件从而总体上朝向基体保持件行进，由此该涂覆材料的第二定向部分比该涂覆材料的第二发散性流束展现了更小的发散性，这样使得该涂覆材料的第二定向部分的一个实质性部分撞击了该基体。
本发明在其又一种形式中是一种物理气相沉积涂覆的物品。该物品包括呈现了一个表面的一个基体，其中在该基体表面的至少一部分上有一个涂层。该涂层包括多种元素，其中这些元素中的每一种都通过物理气相沉积从它的单独的源中连续地发射出。该涂层包括多个交替纳米层的一个涂层组，其中这些交替纳米层之一完全缺乏这些连续发射出的元素中的一种，并且这些交替纳米层中另一个包含这个交替纳米层所缺乏的这种元素。
附图说明
以下是对附图的简要说明，这些附图形成本专利申请的一部分：
图1是一种将一个涂覆方案沉积在基体上的一种现有技术的安排的一个机械示意图，其中该涂覆方案是一种使用三个间隔开的靶材进行沉积的多层涂覆方案；
图2是用于将一个多层涂覆方案沉积在基体上的本发明的PVD安排的一个第一具体实施方案的机械示意图，该多层涂覆方案是使用三个间隔开的阴极进行沉积的，其中这些阴极中只有一个具有一组定位在其附近的遮挡件；
图3是图2所代表的涂覆反应器内部的一部分的一个等距视图，示出了一对垂直对齐的阴极(来自三个一组的垂直对齐的阴极)，并且其中在这些阴极中的每一个附近定位了一对被间隔开的遮挡件；
图4是图2代表的涂覆反应器的一个三维的机械示意图；
图5是用于将一个多层涂覆方案沉积在一个基体上的本发明的PVD安排的一个第二具体实施方案的机械示意图，该多层涂覆方案是使用多个间隔开的阴极或靶材进行沉积的，其中这些靶材中仅有一个具有一组对应的弧形遮挡件；
图6是一个条形图，描绘了在316不锈钢的车削中这些遮挡件之间的间距(以毫米报告)对实例1A、1B和1C的工具寿命(以分钟报告)的影响；
图7是一个条形图，描绘了在304不锈钢的一个实心块体的端面铣削中对于实例2A、2B和2C在达到失效标准之前这些遮挡件之间的间距(以毫米报告)对通行数目的影响；
图8是一个条形图，描绘了在316不锈钢的GP车削中供给靶材的电流(报告为“高”(等于60安培的电流)或者“低”(等于40安培的电流))对实例3A、3B、3C和3D的工具寿命(以分钟报告)的影响；
图9是一种纳米层涂覆方案的EDS(能量色散光谱法)线轮廓，该纳米层涂覆方案包括钛-铝-硅-铬氮化物以及钛-铝-硅-氮化物的交替纳米层，并且在等于40纳米的扫描范围上列出了以原子百分比计的铝(菱形)、硅(正方形)、钛(三角形)和铬(圆形)的含量，其中这些遮挡件与铬靶材相邻并且供给铬靶材的电流是60安培；
图10是通过透射电子显微术(TEM)得到的图9的纳米层涂覆方案的显微照片并且该照片包括20纳米的一个图例；
图11是一个机械示意图(即，射线图)，示出了在与具有预选定轴向长度的一种遮挡组件结合使用时，从具有预选定的尺寸以及距基体的距离的一个涂覆材料源发射出的涂覆材料的行程；
图12是一个机械示意图(即，射线图)，示出了在与具有短于图11的装置的轴向长度的一种遮挡组件结合使用时，从具有预选定的尺寸以及距基体的距离(与图11中的装置的那些相同)的一个涂覆材料源发射出的涂覆材料的行程；
图13是一个机械示意图(即，射线图)，示出了在与具有相同于图11的装置的轴向长度的一种遮挡组件结合使用时，从一个涂覆材料源(具有比图11的装置的涂覆材料源更小的宽度，位于与图11中的装置距离基体相同的距离)发射出的涂覆材料的行程；并且
图14是一个机械示意图(即，射线图)，示出了在与具有相同于图12的装置的轴向长度、但是带有一个第二介导窗口的一种遮挡组件结合使用时，从具有预选定的尺寸以及距基体的距离(与图12中的装置的那些相同)的一个涂覆材料源发射出的涂覆材料的行程。
具体实施方式
参见附图，图1展示了使用电弧气相PVD方法用于在基体上沉积涂层的一种现有技术的安排的一个机械示意图。该现有技术的安排总体上表示为50。图1中列出的安排50是沿着所示的一个3轴线的旋转载物台控制的沉积室的这些线，并且在Hsieh等人名称为“Deposition and characterization of TiAlN and multi-layeredTiN/TiAlN coatings using unbalanced magnetron sputtering”在Surface and Coatings Technology，Vol.108-109，(1998)第132-137页上的文章中进行了描述，该文章通过引用结合在此。
现有技术的涂覆安排50包括一个圆盘传送器安排，它包括一个初级转盘52(或类似结构)，该初级转盘支撑了运送一个或多个基体(例如，切削工具毛坯)的多个可旋转的二级转盘(54、56、58)并使其旋转。在这种安排中，初级转盘52绕着轴线60在箭头方向上(图1中观看的顺时针)是可旋转的。每个二级转盘(54、56、58)绕着其对应的轴线(62、64、66)在图1中观看的顺时针方向上是可旋转的。该现有技术的安排50进一步包括三个一组的固定的阴极(或靶材)(70、72、74)。
在现有技术的涂覆安排50的运行过程中，这些阴极(70、72、74)经受一种电偏压。等离子体发出而撞击每个阴极致使朝向初级圆盘的区域(或者在其总体方向上)发射出一种涂覆材料羽流。每个涂覆材料羽流具有一个中央部分以及一个周边部分。典型地，该中央部分比该涂覆材料羽流的周边部分具有更高浓度的涂覆材料。此外，如下文中描述的，该涂覆材料羽流的中央部分被定向为朝向相对于特定阴极的一个初级涂覆区。该涂覆材料羽流的周边部分被定向为相对于该阴极远远偏离该初级涂覆区而通过并且朝向相邻的中间涂覆区、并且朝向该涂覆反应器的对面区域。
阴极70在该圆盘传送器安排的总体方向上发射出一种涂覆材料羽流，概括地表示为78(由箭头80、82、84、86、88、90、92表示)。涂覆材料羽流78的中央部分(由箭头84、86、88表示)是朝向相对于阴极70的初级涂覆区(见箭头94)发射的。初级涂覆区94是在涂覆反应器内直接接收由其对应阴极70所发射的涂覆材料羽流78的中央部分的这个区域。当二级转盘54处于初级涂覆区内、即图1所显示的位置时，涂覆材料羽流78的中央部分直接撞击到二级转盘54所运送的基体上。正如箭头84、86、88的虚线区段所示，涂覆材料羽流78的中央部分的一部分穿过这些基体并且朝向该涂覆室的对面区域。
涂覆材料羽流78还具有一个周边部分(由箭头80、82、90、92表示)。该周边部分越过初级涂覆区94然后进入该涂覆室的其他区域内，包括进入位于相对于阴极70的初级涂覆区94的任一侧上的中间涂覆区98和100之中。当二级转盘54处于该初级涂覆区内时，涂覆材料羽流78的周边部分典型地并不直接参与涂覆二级转盘54所运送的基体。
阴极72和74每一个的运行都与阴极70的运行相同。以下简短的讨论将足以对阴极72和74进行说明。
阴极72发射出一种涂覆材料羽流，概括地表示为104(由箭头106、108、110、112、114、116、118表示)。涂覆材料羽流104的中央部分(由箭头110、112、114表示)是朝向相对于阴极72的初级涂覆区(见箭头120)发射的。涂覆材料羽流104还具有一个周边部分(由箭头106、108、116、118表示)，该周边部分越过初级涂覆区120然后进入该涂覆室的其他区域内，包括进入位于相对于阴极72的初级涂覆区120的任一侧上的中间涂覆区100和122之中。正如箭头110、112、114的虚线区段所示，涂覆材料羽流104的中央部分的一部分穿过这些基体并且朝向该涂覆室的对面区域。
阴极74发射出一种涂覆材料羽流，概括地表示为126(由箭头128、130、132、134、136、138、140表示)。涂覆材料羽流126的中央部分(由箭头132、134、136表示)是相对于阴极74朝向初级涂覆区(见箭头144)发射的。涂覆材料羽流126还具有一个周边部分(由箭头128、130、138、140表示)，该周边部分越过初级涂覆区144然后进入该涂覆室的其他区域内，包括进入位于相对于阴极74的初级涂覆区144的任一侧上的中间涂覆区98和122之中。正如箭头132、134、136的虚线区段所示，涂覆材料羽流126的中央部分的一部分穿过这些基体并且朝向该涂覆室的对面区域。
初级转盘52使这些基体(如这些二级转盘所运送的)旋转而进出这些初级和中间涂覆区。当这些基体在一个初级涂覆区内时，它们被对应于该初级涂覆区的阴极所发射的涂覆材料羽流的中央部分初步地涂覆。然而，在现有技术的涂覆装置50中，在每个初级涂覆区内的基体还都被其他阴极所发射的涂覆材料羽流的周边部分所涂覆。例如，由二级转盘56运送的这些基体被来自阴极72的涂覆材料羽流104的中央部分(110、112、114)直接地涂覆。这些基体还被涂覆材料羽流126的周边部分(见箭头128)以及涂覆材料羽流78的周边部分(见箭头92)涂覆(间接地)。因此可以理解的是，即使这些基体在该初级涂覆区内，也可以存在由于从其他阴极所发射的涂覆材料羽流而造成的重叠。
当这些基体位于一个中间涂覆区内时，这些基体不被任何涂覆材料羽流的中央部分直接地涂覆，而是受到这些涂覆材料羽流的初级部分的延伸区段、以及周边部分间接地涂覆。例如，当一个基体在中间区域122内时，它可以被涂覆材料羽流104的周边部分(见箭头116、118)、涂覆材料羽流126的周边部分(见箭头128、130)、以及涂覆材料羽流78的延伸区段所涂覆。当基体处于这些中间涂覆区内时沉积在这些基体上的涂覆层可以展现出不同的组成，这是由于在这些中间涂覆区内发生的涂覆材料羽流的互混。
如通过图1的现有技术装置可以理解的，从靶材逐出的涂覆材料可以按某种程度上展开的方式行进。例如，从靶材逐出的涂覆材料可以采取一种羽流的形式，有时候是通过余弦定律分布进行描述的。结果，常见的是从一个靶材发射出的涂覆材料的某个部分偏离了垂直于靶材的方向、并且可能重叠在来自另一靶材的涂覆材料的沉积区域上。当所有靶材(或阴极)都为同种材料时，来自各个靶材的涂覆材料的重叠有助于在整个加载中使该涂层均质化、并且因此实际上是一种希望的特征。
然而，在靶材为不同材料的情况下，出现涂覆材料的重叠可能产生涂覆材料的不利混合物。这样的涂覆材料的不利混合物是不希望的，因为沉积在基体上的实际的纳米层涂覆方案将与打算的涂覆方案不相符。涂覆材料羽流中的重叠导致了在纳米层之间缺乏强力的轮廓分明的边界。在纳米层之间不具有强力的轮廓分明的边界的纳米层允许缺陷在纳米层之间迁移。在纳米层之间不具有强力的轮廓分明的边界的纳米层还导致了具有不一致的厚度的纳米层、以及纳米层涂覆方案的周期性上的一种不一致性。
诸位发明人已经发现，出现不同涂覆材料的重叠可以产生低于最佳的涂层特性并且负面地影响涂层以及涂覆的物品的性能。这种出现对于涂覆的切削工具是尤其正确的，其中该涂层关于该切削工具的性能(包括使用寿命)起到了关键作用。正如可以理解的，不同的涂层组成可以产生不同的性能结果。
如从下面的讨论中将变得清楚，本发明提供了PVD装置、连同一种PVD方法，它不依赖该涂覆装置(反应器)的操作参数而减少了涂覆材料羽流在初级涂覆区域内、以及在中间涂覆区域内的重叠程度。通过实现这样的减少，这些纳米层在其之间展现出强力的轮廓分明的边界，来帮助防止缺陷在纳米层之间的迁移。另外，这些纳米层展现出一致的受控制的厚度以及纳米层涂覆方案中的一致的周期性。
参见图2，以机械示意的形式展示了该PVD(电弧气相PVD方法)涂覆装置(即，用于涂覆基体的一种物理气相沉积装置)的一个特定的实施方案，概括地表示为150。涂覆装置150总体上是沿着在授予Hsieh等人的这篇文章中披露的一种圆盘传送器安排的这些线，其中有一个涂覆室，该室包含该圆盘传送器、这些遮挡件以及这些阴极。涂覆装置150包括一个初级转盘(或载物台)152，它在箭头R的方向(如图2中所示的顺时针)上绕着一个中央轴线A旋转，由此这个或这些转盘相对于这些阴极是可移动的。该初级转盘152运送三个一组的二级可旋转转盘(或载物台)154、156和158，其中这些二级可旋转转盘中每一个都运送了一个或多个待涂覆的基体(例如，切削工具毛坯)。每个二级转盘(154、156、158)绕着它的对应轴线在顺时针的方向上(如在图2中看到的)旋转。
涂覆装置150进一步包括三个一组的固定阴极或靶材(即，涂覆材料源)160、162、164，其中阴极164具有一个与其相关联的遮挡组件。对于一个涂覆材料源而言典型的是呈现一个圆形表面积，该源从该表面积发射出一种涂覆材料羽流(或涂覆材料的发散性流束)。因此，参考图11至图14对该涂覆材料源的宽度的说明意味着较小的宽度与该涂覆材料源的较小的表面积相互关联。
申请人考虑到了多于一个的阴极可以具有一个与之相关联的遮挡组件。申请人还考虑到该涂覆装置可以不使用二级转盘，而替代地，该一级转盘可以直接运送待涂覆的一个或多个基体。应理解的是运送这个或这些基体的结构(例如，该初级转盘或二级转盘)可以被视为一个适配为接收这个或这些基体的基体保持件。
仍参见图2，具有一个周边唇缘161的阴极160在该圆盘传送器安排的总体方向上发射出一种涂覆材料羽流，概括地表示为166(由箭头168、170、172、174、176、178、180表示)。该涂覆材料羽流166的中央部分(由箭头172、174、176表示)是相对于阴极160朝向初级涂覆区(见箭头184)发射的。该初级涂覆区是在涂覆反应器内直接接收由其对应阴极所发射的涂覆材料羽流的中央部分的这个区域。当二级转盘154处于初级涂覆区内、即图2所显示的位置时，涂覆材料羽流166的中央部分直接撞击到二级转盘154所运送的基体上。大家可以将这种情况表征为该基体是与该涂覆材料源运作性的对准的。正如这些箭头的虚线区段所示，该涂覆材料羽流的中央部分的一部分穿过这些基体并且朝向该涂覆室的对面区域。
涂覆材料羽流166还具有一个周边部分(由箭头168、170、178、180表示)。该周边部分越过初级涂覆区184然后进入该涂覆室的其他区域内，包括进入位于相对于阴极160的初级涂覆区184的任一侧上的中间涂覆区186和188之中。当二级转盘154处于该初级涂覆区内时，涂覆材料羽流的周边部分典型地并不直接参与涂覆二级转盘154所运送的基体。
具有一个周边唇缘163的阴极162在该圆盘传送器安排的总体方向上发射出一种涂覆材料羽流，概括地表示为190(由箭头192、194、196、198、200、202、204表示)。涂覆材料羽流190的中央部分(由箭头196、198、200表示)是相对于阴极162朝向初级涂覆区(见箭头210)发射的。该初级涂覆区是在涂覆反应器内直接接收由其对应阴极所发射的涂覆材料羽流的中央部分的这个区域。当二级转盘158处于初级涂覆区内、即图2所显示的位置时，涂覆材料羽流190的中央部分直接撞击上二级转盘158所运送的基体。正如这些箭头的虚线区段所示，该涂覆材料羽流的中央部分的一部分穿过这些基体并且朝向该涂覆室的对面区域。
涂覆材料羽流190还具有一个周边部分(由箭头192、194、202、204表示)。该周边部分越过初级涂覆区210然后进入该涂覆室的其他区域内，包括进入位于相对于阴极162的初级涂覆区210的任一侧上的中间涂覆区188和212之中。当二级转盘158处于该初级涂覆区内时，涂覆材料羽流的周边部分典型地并不直接参与涂覆二级转盘158所运送的基体。
仍参见图2，具有一个周边唇缘165的阴极164在该圆盘传送器安排的总体方向上发射出一种涂覆材料羽流，概括地表示为220(由箭头222、224、226、228、230、232、234表示)。涂覆材料羽流220的中央部分(由箭头226、228、230表示)是相对于阴极164朝向初级涂覆区(见箭头238)发射的。大家可以将该涂覆材料羽流220视为一个涂覆材料发散性流束，因为该涂覆材料行进的这些方向在某种程度上是发散的。虽然该涂覆材料发散性流束(即，该涂覆材料羽流)总体上是在该基体保持件(即，该圆盘输送器安排)的方向上。
大家可以将该发散性的涂覆材料流束视为具有两个基本部分，即：一个涂覆材料的发散部分和一个涂覆材料的定向部分。涂覆材料的发散部分是从该涂覆材料源(例如，阴极164)发射出的撞击或碰撞这些遮挡件(在下文中说明)的涂覆材料的那一部分。在图2中，箭头222、224、232和234代表涂覆材料的发散部分。涂覆材料的定向部分是从该涂覆材料源发射出的并不撞击或碰撞这些遮挡件、而是连续穿过这些遮挡件并且朝向该涂覆反应器的初级涂覆区的涂覆材料的部分。箭头226、228和230代表涂覆材料的定向部分。
该初级涂覆区是在涂覆反应器内直接接收由其对应阴极所发射的涂覆材料羽流的中央部分(或该涂覆材料发散性流束的涂覆材料的定向部分)的这个区域。当二级转盘156处于初级涂覆区内、即图2所显示的位置时，涂覆材料羽流220的中央部分直接撞击到二级转盘156所运送的基体上。正如这些箭头的虚线区段所示，该涂覆材料羽流的中央部分的一部分穿过这些基体并且朝向该涂覆室的对面区域。
阴极164具有一个被定位为与其运作性接合的遮挡装置。遮挡装置起到连续地接收并且碰撞该涂覆材料发散性流束的作用，这样使得该涂覆材料的定向部分连续地离开该遮挡装置从而总体上朝向该基体保持件行进。该遮挡装置包括一个概括地表示为240的遮挡件安排，该遮挡件安排包括定位在阴极164附近或周围的相邻遮挡件242、244。用作遮挡件的优选材料是不锈钢和其他高温合金。在涂覆层具有不同组成的一种涂覆方案中，优选的是该遮挡件安排是绕着一个靶材(即，涂覆材料源)(或与之运作性接合)的，该靶材在该涂覆方案中产生的一个涂覆层是最软的涂覆层。在此方面，这个最软的涂覆层在该涂覆方案中典型地是最窄的(或最薄的)涂覆层。然而，应该理解一种遮挡组件可以与这些靶材中的任何一个或多个运作性接合。
遮挡件242、244在它们之间定义了一个连续的窗口246(即，连续地开放或可通过的一个窗口或开口)。在这个实施方案中，该窗口是位于遮挡件242、244的远端或末端。当该涂覆装置处于图2的条件下时，箭头226、228、230所代表的涂覆材料羽流220的中央部分(或该涂覆材料发散性流束的涂覆材料的定向部分)连续穿过窗口246(或连续穿过该遮挡组件而离开)朝向初级涂覆区238而撞击到二级转盘156所运送的这些基体(即，直接涂覆)上。
遮挡件242、244通过作为一个挡板起作用而限制了涂覆材料羽流220的展开，该挡板连续地妨碍或阻挡涂覆材料羽流220的周边部分的行进。在此方面，遮挡件242连续地妨碍涂覆材料羽流220的周边部分(或涂覆材料的发散性流束的涂覆材料的发散部分)的这一部分(概括地由箭头222、224、232、234表示)的行进。在这个实施方案中，该涂覆材料发散性流束具有一个中央纵向轴线，该轴线基本上平行于遮挡件242、244的平坦表面。对于这些遮挡件而言典型的是相同几何形状和尺寸的。因此，参考图11至图14对该这些遮挡件的宽度的说明意味着这些遮挡件之间较小的宽度与该涂覆材料穿过的较小的面积相互关联。
大家应理解的是这些遮挡件(242、244)可以取向为使得这些平坦表面不平行于该涂覆材料发散性流束的中央纵向轴线。图2还展示了，遮挡件242、244相比它们距离该基体保持件要更靠近该涂覆材料源。
通过连续妨碍或阻挡该涂覆材料羽流的周边部分(或涂覆材料的发散部分)的行进，这些遮挡件起到帮助防止或减少这些阴极(即，涂覆材料源)所发射的涂覆材料羽流之间的干扰或重叠的作用。例如，遮挡件244阻挡了羽流220的周边部分的一部分(由箭头232和234代表)行进而与来自阴极162的涂覆材料羽流190重叠或干扰它。遮挡件242阻挡了羽流220的周边部分的一部分(由箭头222和224代表)行进而与来自阴极160的涂覆材料羽流166重叠或干扰它。在这些涂覆材料羽流的干扰或重叠方面的减少提供了在此描述的优点和益处。
应该理解阴极164的周边唇缘165(具有一种基本上圆形的几何结构)并不起到限制涂覆材料羽流展开的作用。涂覆材料羽流230还具有显著的发散，如图2中的箭头222、224、232和234代表的。周边唇缘165对涂覆材料羽流230的这个部分(如图2中的箭头222、224、232和234代表的)没有限制作用。因此，阴极164的周边唇缘165不是一个遮挡件。对于在此其他特定实施方案的阴极(涂覆材料源或靶材)也是这种情况。
图3是图2中所表示的、并且总体上表示为150的涂覆反应器的内部的一个等距视图。在这个视图中，涂覆反应器150包括一对阴极(164、164A)，其中阴极是垂直对准的，如附图(图3)中所示。阴极164包括一个周边唇缘165。阴极164A同样包括一个周边唇缘165A。阴极164具有一个对应的阳极248，而阴极164A具有一个对应的阳极248A。阴极164具有定位在其附近的一对遮挡件242、244。遮挡件242、244是基本上彼此平行的、并且还基本上平行于阴极164所产生的涂覆材料羽流的路径的行进方向并且被定向为撞击该基体。阴极164A具有定位在其附近的一对遮挡件(242A、244A)，其中这些遮挡件起作用的方式与遮挡件242和244的作用相似。
参见图4，以一种等距的机械形式示出了总体上表示为150的涂覆反应器。在这个实施方案中，有四个直立的垂直壁(250、252、254、256)，其中有三个壁(250、252、254)各包含三个一组的垂直对准的阴极。在此方面，壁252包含阴极164、164A、164B。阴极164具有定位在其附近的遮挡件242和244。阴极164A具有定位在其附近的遮挡件242A和244A。阴极164B具有定位在其附近的遮挡件242B和244B。壁254包含阴极162、162A和162B，并且壁250包含阴极160、160A和160B。涂覆反应器150具有四个壁这一事实并不限制本发明的范围。申请人考虑到了该涂覆反应器可以根据应用而具有改变数目的壁。在此方面，该涂覆反应器可以具有六个壁或八个壁。
参见图5，以机械示意的形式展示了该PVD(电弧气相PVD方法)涂覆装置的另一个特定的实施方案，概括地表示为260。涂覆装置260是沿着在Hsieh等人的文章中所披露的一种圆盘输送器安排的这些线。大家应该理解的是图5详细展示了具有多个遮挡件(296、298)以及阴极转盘(264)的阴极(或涂覆材料源)270。然而，图5仅仅示出了其他阴极267、268的一种一般表示而没有表示这些材料羽流。在此方面，其他阴极(267、268)各自的操作都与图2中的阴极70和74的操作相同，这样对阴极70和74的说明将足以对其他阴极进行说明。
涂覆安排260包括一个初级转盘262，它在箭头的方向上(如图5中所示的顺时针)绕着一个中央轴线旋转。虽然初级转盘262携带了多个二级转盘，但图5仅仅示出了二级转盘264，该二级转盘在顺时针方向上绕轴线266旋转。关于图2的实施方案，涂覆装置260具有多个固定的阴极。申请人仅展示了阴极270，这是具有多个与之连接的遮挡件的阴极。就像对于图2的涂覆装置，该初级转盘具有对应于每个阴极的一个初级涂覆区、以及在相邻初级涂覆区之间的一个中间涂覆区。
阴极270在该圆盘传送器安排的总体方向上发射出一种涂覆材料羽流，概括地表示为272(由箭头274、276、278、280、282、284、286代表)。沿着说明的总体思路结合图2的实施方案，大家可以将涂覆材料羽流270视为涂覆材料的发散性流束，该发散性流束具有一个涂覆材料的发散部分以及一个涂覆材料的定向部分。涂覆材料羽流272的中央部分(或涂覆材料的定向部分)(由箭头278、280、282表示)是朝向相对于阴极270的初级涂覆区(见箭头290)发射的。正如结合涂覆装置150所说明的，该初级涂覆区是在涂覆反应器中直接接收由其对应阴极所发射的涂覆材料羽流的中央部分的这个区域，这样在该初级涂覆区内的多个基体被该涂覆材料羽流的中央部分直接地涂覆。
涂覆材料羽流272还具有一个周边部分(由箭头274、276、284、286表示)或涂覆材料的发散部分。除非被这些遮挡件阻挡，否则该周边部分将远远偏离该初级涂覆区而通过然后进入该涂覆室的其他区域内，包括进入这些中间涂覆区之中以及位于相对于该阴极的初级涂覆区的任一侧上。但是，遮挡件安排294(它是一个遮挡装置)起到连续地接收并且碰撞该涂覆材料发散性流束的作用，这样使得该涂覆材料的定向部分连续地离开该遮挡件安排。
一种遮挡件安排(概括地表示为294)包括定位在初级涂覆区290附近或周围的相邻的弧形遮挡件296、298。用作遮挡件的优选材料是不锈钢和其他高温合金。遮挡件296、298在它们之间定义了一个连续的窗口300(即，连续地开放或可通过的一个窗口或开口)。窗口300在遮挡件296、298的远端或末端。当该涂覆装置处于图5的条件下时，涂覆材料羽流272的中央部分(由箭头278、280、282所代表)连续穿过窗口300朝向初级涂覆区290而撞击到二级转盘264所运送的这些基体上。
这些遮挡件通过作为一个挡板起作用而限制了该涂覆材料羽流的展开，该挡板连续地妨碍涂覆材料羽流的周边部分(或该涂覆材料的发散部分)的行进。在此方面，弧形遮挡件296连续地妨碍该涂覆材料羽流周边部分的由箭头274和276所代表的这个部分的行进。弧形遮挡件298连续地妨碍该涂覆材料羽流周边部分的由箭头284和286所代表的这个部分的行进。如以上结合图2的涂覆装置所描述的，通过连续妨碍该涂覆材料羽流的周边部分的行进，这些弧形遮挡件起到帮助防止或减少这些阴极(即，涂覆材料源)所发射的涂覆材料羽流之间的干扰或重叠的作用。
为了减少这种重叠，有益的是能够控制在涂覆材料撞击一个或多个基体的区域内该涂覆材料的定向部分的宽度(或幅值)。总体的几何形状(包括但不限于涂覆装置的这些部件的尺寸和位置)影响了在涂覆材料撞击一个或多个基体的区域内该涂覆材料的定向部分的幅值。撞击到一个或多个基体上的涂覆材料的定向部分的幅值是有意义的，因为更窄的或更集中的涂覆材料的定向部分导致减少了在来自相邻涂覆材料源的涂覆材料之间的重叠。为了更好地解释并说明这种影响，图11至14以机械示意的形式描绘了四种不同的涂覆安排。即使图11至14是二维图，但它们展示了该涂覆装置(产生了涂覆材料的一个三维发散性流束)的整体几何形状对涂覆材料撞击一个或多个基体的区域内该涂覆材料的三维定向部分的幅值产生影响的原理和方式。
图11是一个机械示意图(即射线图)，描绘了一种涂覆装置(概括地表示为400)的一部分。图11示出了在与具有预选定轴向长度的一种遮挡组件结合使用时，从具有预选定的尺寸以及预选定的距基体的距离的一个涂覆材料源发射出的涂覆材料的行程。涂覆装置400包括一个涂覆材料源(例如，阴极)402，它具有一个表面404。涂覆材料源402具有一个周边唇缘403。周边唇缘403的高度等于图11中所示的HPL。该涂覆材料源的表面的宽度为WT1。该涂覆材料源的表面的宽度(WT1)等于遮挡件的宽度(WB1)。
装置400进一步包括一个第一遮挡件406，该遮挡件具有一个紧邻该涂覆材料源的近端408以及一个远离该涂覆材料源的远端410。遮挡件406具有一个内表面412。该装置进一步包括一个第二遮挡件414，该遮挡件具有一个紧邻该涂覆材料源的近端416以及一个远离该涂覆材料源的远端418。遮挡件414具有一个内表面420。遮挡件406和414具有相等的轴向长度LB1。由周边唇缘403来看，遮挡件406、414从涂覆材料源402的表面404延伸了一段距离LB1+HPL。
这对遮挡件406、414在它们之间定义了一个窗口422，该窗口在它们的远端处。区域424是在涂覆室内涂覆材料撞击到一个或多个基体上的这个区域。涂覆材料源的表面与涂覆材料撞击到这个或这些基体上的这个区域之间的距离等于D1。
当涂覆材料源402是可操作的时候，一个涂覆材料发散性流束连续地从该涂覆材料源发射出。箭头430、432、434和436示意性地代表该涂覆材料发散性流束。该涂覆材料发散性流束具有一个涂覆材料的定向部分，该定向部分包括在箭头434和436所代表的边界或圆周内的涂覆材料。这些箭头434和436从该涂覆材料源的角落延伸至相对的遮挡件的远端，并且因此代表离开该遮挡组件的涂覆材料的定向部分的周边。该周边的取向是相对于这些遮挡件的内表面成一个发散角β1。正如大家可以理解的，β1小于涂覆材料的整个发散性流束的发散角。该发散性的涂覆材料流束还包括一个涂覆材料的发散部分。该涂覆材料的发散部分包括从该涂覆材料源发射出的撞击到这些遮挡件上的涂覆材料。箭头430和432所代表的涂覆材料是在涂覆材料的发散部分之内。
如以上指出的，撞击到一个或多个基体上的涂覆材料的定向部分的幅值是有意义的。在类似图11所示的一种安排中，尺寸WMAX1代表在涂覆材料撞击这个或这些基体的区域内该涂覆材料的定向部分的总幅值。这个幅值有意义之处在于当该幅值更大时存在更多的重叠。当然，当该幅值更小时，存在更少的重叠。由于这种安排的对称性，在遮挡件的宽度(WB1)的每侧上的距离都等于a1。因此，在涂覆材料撞击这个或这些基体的区域内涂覆材料的定向部分的总幅值(WMAX1)等于WB1+a1+a1。使用三角公式，大家得到涂覆材料撞击这个或这些基体的区域内该涂覆材料的定向部分的总幅值之间的以下关系：WMAX1＝WB1+2(D1-(LB1+HPL))·(WB1/(LB1+HPL))。
以上关系显示，涂覆材料发散性流束的定向部分的幅值是一个或多个参数的函数。这些参数是涂覆材料源的宽度、涂覆材料源的表面与涂覆材料撞击基体的区域之间的距离、以及这些遮挡件的轴向长度。涂覆材料的定向部分的幅值响应于以下各项中一项或多项而减小或变窄：(1)涂覆材料源的宽度减小，(2)涂覆材料源的表面与涂覆材料撞击基体的区域之间的距离减小，和/或(3)这些遮挡件的轴向长度增大。如预期到的，涂覆材料的定向部分的幅值响应于以上参数中任意一个或多个的相反面而增大或变宽。因此，大家可以改变这些参数、以及其他几何参数，来实现具有所希望幅值的涂覆材料的定向部分，以适应一种具体的涂覆应用。典型地，大家将期望并尝试来实现以下情况，即涂覆材料的定向部分的离开发散角是这样的：使得它的周边的一个实质性部分撞击基体保持件所接收的这个或这些基体的表面。
在图12至14中所示的其他涂覆装置描绘了这些几何参数对涂覆材料撞击这个或这些基体的区域内该涂覆材料的定向部分的幅值产生影响的方式。在此方面，图12是一个机械示意图(即射线图)，描绘了一种涂覆装置(概括地表示为500)的一部分。图12示出了在与具有预选定轴向长度的一种遮挡组件相结合使用时从具有预选定的尺寸以及预选定的距基体的距离的一个涂覆材料源发射出的涂覆材料的行程。
涂覆装置500包括一个涂覆材料源(例如，阴极)502，它具有一个表面504。涂覆材料源502具有一个周边唇缘503。周边唇缘503的高度等于HPL。该涂覆材料源的表面的宽度是WT1，它与图11的实施方案中的涂覆材料源402的宽度相同。
装置500进一步包括一个第一遮挡件506，该遮挡件具有一个紧邻该涂覆材料源的近端508以及一个远离该涂覆材料源的远端510。遮挡件506具有一个内表面512。该装置进一步包括一个第二遮挡件514，该遮挡件具有一个紧邻该涂覆材料源的近端516以及一个远离该涂覆材料源的远端518。遮挡件514具有一个内表面520。遮挡件506和514具有相等的轴向长度LB2。由周边唇缘503来看，遮挡件506、514从涂覆材料源502的表面504延伸了一段距离LB2+HPL。
在此方面，大家应该理解的是遮挡件506、514的轴向长度(LB2)小于图11的实施方案中的遮挡件406、414的轴向长度(LB1)。这对遮挡件506、514在它们之间定义了一个窗口522，该窗口在它们的远端处。区域524是涂覆材料撞击到这个或这些基体上的这个区域。涂覆材料源的表面与涂覆材料撞击到这个或这些基体上的这个区域之间的距离等于D1，该距离等于图11的实施方案中涂覆材料源的表面与涂覆材料撞击到这个或这些基体上的这个区域之间的距离。
当涂覆材料源502是可操作的时候，一个涂覆材料发散性流束连续地从该涂覆材料源发射出。箭头530、532、534和536示意性地代表该涂覆材料发散性流束。该涂覆材料发散性流束具有一个涂覆材料的定向部分，该定向部分包括在如箭头534和536所代表的涂覆材料流束的边界或圆周内的涂覆材料。这些箭头534和536从该涂覆材料源的角落延伸至相对的遮挡件的远端，并且因此代表离开该遮挡组件的涂覆材料的定向部分的周边。该周边的取向是相对于这些遮挡件的内表面成一个发散角β2。该发散性的涂覆材料流束还包括一个涂覆材料的发散部分。该涂覆材料的发散部分包括从该涂覆材料源发射出的撞击到这些遮挡件上的涂覆材料。箭头530和532所代表的涂覆材料是在涂覆材料的发散部分之内。
与以上指出的针对图11的实施方案的公式一致，适用的公式为：WMAX2＝WB1+2(D1-(LB2+HPL))·(WB1/(LB2+HPL))。这些遮挡件的轴向长度的变化导致了在涂覆材料撞击这个或这些基体的区域内该涂覆材料的定向部分的幅值的改变。例如，在比较图11和图12的实施方案的涂覆材料的定向部分的幅值(即，比较WMAX1与WMAX2)时，这些遮挡件的轴向长度从LB1减小到LB2(保持其他因素相同)导致了在涂覆材料撞击这个或这些基体的区域内该涂覆材料的定向部分的幅值从WMAX1增大到WMAX2。
图13是一个机械示意图(即射线图)，描绘了一种涂覆装置(概括地表示为600)的一部分。图13示出了在与具有预选定的轴向长度的一种遮挡组件相结合使用时从具有预选定的尺寸以及预选定的距基体的距离的一个涂覆材料源发射出的涂覆材料的行程。
涂覆装置600包括一个涂覆材料源(例如，阴极)602，它具有一个表面604。涂覆材料源602具有一个周边唇缘603。周边唇缘603的高度等于HPL。该涂覆材料源的表面的宽度是WT2，它小于图11的实施方案中的涂覆材料源402的宽度(WT1)。
装置600进一步包括一个第一遮挡件606，该遮挡件具有一个紧邻该涂覆材料源的近端608以及一个远离该涂覆材料源的远端610。遮挡件606具有一个内表面612。该装置进一步包括一个第二遮挡件614，该遮挡件具有一个紧邻该涂覆材料源的近端616以及一个远离该涂覆材料源的远端618。遮挡件614具有一个内表面620。遮挡件606和614具有相等的长度LB1。在此方面，大家应该理解的是遮挡件606、614的轴向长度小于图11的实施方案中的遮挡件406、414的轴向长度。由周边唇缘603来看，遮挡件606、614从涂覆材料源602的表面604延伸了一段距离LB1+HPL。
这对遮挡件606、614在它们之间定义了一个窗口622，该窗口在它们的远端处。区域624是在涂覆室内涂覆材料撞击到这个或这些基体上的这个区域。涂覆材料源的表面与涂覆材料撞击到这个或这些基体上的这个区域之间的距离等于D1，该距离等于图11的实施方案中涂覆材料源的表面与涂覆材料撞击到这个或这些基体上的这个区域之间的距离。
当涂覆材料源602是可操作的时候，一个涂覆材料发散性流束连续地从该涂覆材料源发射出。箭头630、632、634和636示意性地代表该涂覆材料发散性流束。该涂覆材料发散性流束具有一个涂覆材料的定向部分，该定向部分包括如箭头634和636所代表的边界或圆周内的涂覆材料。这些箭头634和636从该涂覆材料源的角落延伸至相对的遮挡件的远端，并且因此代表离开该遮挡组件的涂覆材料的定向部分的周边。该周边的取向是相对于这些遮挡件的内表面成一个发散角β3。该发散性的涂覆材料流束还包括一个涂覆材料的发散部分。该涂覆材料的发散部分包括从该涂覆材料源发射出的撞击到这些遮挡件上的涂覆材料。箭头630和632所代表的涂覆材料是在涂覆材料的发散部分之内。
与以上指出的针对图11的实施方案的公式一致，涂覆材料的定向部分在其中撞击了该基体的区域内的幅值为：WMAX3＝WB2+2(D1-(LB1+HPL))·(WB2/(LB1+HPL))。涂覆材料源的宽度(或尺寸)的变化导致了在其中涂覆材料撞击到这个或这些基体上的区域内该涂覆材料的定向部分的幅值的改变。例如，在比较图11和图13的实施方案的涂覆材料的定向部分的幅值(WMAX1对比WMAX3)时，涂覆材料源的宽度从WT1减小到WT2(保持其他因素相同)导致了在其中涂覆材料撞击了这个或这些基体的区域内该涂覆材料的定向部分的幅值的减小。对图11至图13的回顾显示了不同参数对涂覆材料的定向部分的幅值的影响。记住，窗口422、522和622是远端窗口，它们具有一个远端面积并且与涂覆材料源的表面隔开了一个远端距离，很清楚涂覆材料的定向部分在以下之一或两者的情况下会展现发散性的降低：该远端距离增大以及该远端面积减小。
图14是一个机械示意图(即射线图)，描绘了一种涂覆装置(概括地表示为700)的一部分。图14示出了在与具有预选定轴向长度的一种遮挡组件结合使用时，从具有预选定的尺寸以及预选定的距基体的距离的一个涂覆材料源发射出的涂覆材料的行程，并且该遮挡组件呈现了一个涂覆材料连续穿过的近端窗口和远端窗口。该近端窗口和远端窗口沿着该遮挡组件的纵向轴线被间隔开，这样使得该近端窗口比该远端窗口更靠近该涂覆材料源。正如从以下说明中将变得清楚的，涂覆材料的发散部分的一部分以及涂覆材料的定向部分连续地穿过该近端窗口并且涂覆材料的定向部分穿过了该远端窗口。
涂覆装置700包括一个涂覆材料源(例如，阴极)702，它具有一个表面704。涂覆材料源702具有一个周边唇缘703。周边唇缘703的高度等于图14中所示的HPL。该涂覆材料源的表面的宽度是WT1，该宽度等于图12的实施方案中的涂覆材料源502的宽度。
装置700进一步包括一个第一遮挡件706，该遮挡件具有一个紧邻该涂覆材料源的近端708以及一个远离该涂覆材料源的远端710。遮挡件706具有一个内表面712。遮挡件706还包含一个内部挡板714，它从内表面712向内突出。内部挡板714还包括一个表面716。
该装置进一步包括一个第二遮挡件718，该遮挡件具有一个紧邻该涂覆材料源的近端720以及一个远离该涂覆材料源的远端722。遮挡件718具有一个内表面724。遮挡件706和718具有相等的轴向长度LB2。在此方面，大家应该理解的是遮挡件706、718的轴向长度等于图12的实施方案中的遮挡件506、514的轴向长度。由周边唇缘703来看，遮挡件706、718从涂覆材料源702的表面704延伸了一段距离LB2+HPL。遮挡件718还包含一个内部挡板726，它从内表面724向内突出。内部挡板726还包括一个表面728。这些内部挡板的表面(716、728)总体上垂直于它们的对应遮挡件(706、718)的内表面(712、724)。大家应该理解的是这些表面(716、728)可能关于这些遮挡件处于不同的角度取向。此外，这些内表面挡板与涂覆材料源之间的距离可以变化。
这对遮挡件706、718在它们之间定义了一对窗口。这些窗口之一是一个近端窗口730。该近端窗口比远端窗口732更靠近该涂覆材料源。内部挡板714和726在其之间定义了近端窗口730。这些窗口中的另一个是一个远端窗口732。遮挡件706和718在它们之间在它们的远端定义了远端窗口732。区域734是其中涂覆材料撞击到这个或这些基体上的这个区域。涂覆材料源的表面与其中涂覆材料撞击到这个或这些基体上的这个区域之间的距离等于D1，该距离等于图12的实施方案中涂覆材料源的表面与其中涂覆材料撞击到这个或这些基体上的这个区域之间的距离。
当该涂覆材料源702是可操作的时候，一个涂覆材料发散性流束连续地从该涂覆材料源发射出。箭头740至750代表该涂覆材料发散性流束。该涂覆材料发散性流束具有一个涂覆材料的定向部分，该定向部分包括在箭头748和750所代表的边界或圆周内的涂覆材料。这些箭头748、750从该涂覆材料源的角落延伸至相对的遮挡件的远端，同时还穿过近端窗口730。因此这些箭头748、750定义了离开该遮挡组件的涂覆材料的定向部分的圆周。该涂覆材料的定向部分相对于这些遮挡件的内壁具有一个发散角β4。
该发散性的涂覆材料流束还包括一个涂覆材料的发散部分。该涂覆材料的发散部分包括从该涂覆材料源发射出的撞击到这些遮挡件(包括这些内部挡板)上的涂覆材料。箭头740、742、744以及746所代表的涂覆材料是在涂覆材料的发散部分之内。由这些内部挡板714、716相对于涂覆材料源的并且沿着这些遮挡件的轴向长度的位置看来，该涂覆材料的发散部分的一部分穿过了近端窗口730。箭头744和746代表涂覆材料的发散部分的这个部分。这些遮挡件延伸穿过这些内部挡板(以及近端窗口)一个足够的距离，这样箭头744和746代表的涂覆材料仍然撞击到这些遮挡件上而并不穿过远端窗口732。
在该遮挡组件中包括一组内部挡板导致了在其中涂覆材料撞击到这个或这些基体上的区域内该涂覆材料的定向部分的幅值的减小。例如，在比较图12和图14的实施方案的涂覆材料的定向部分的幅值(WMAX4对比WMAX2)时，使用这些内部挡板(保持其他因素相同)导致了在其中涂覆材料撞击到这个或这些基体的区域内该涂覆材料的定向部分的幅值的减小。大家应该理解的是这些内部挡板可能被可拆除地连接到这些遮挡件的内表面上。在使用了可拆除的内部挡板的这样一种安排中，在其中涂覆材料撞击到这个或这些基体的区域内该涂覆材料的定向部分的幅值可以通过移除这些内部挡板或者使用具有不同的尺寸或向内突出部分的内部挡板而进行改变。
在图11至图14所示的这些实施方案的每一个中，涂覆材料源具有的宽度等于这些遮挡件之间的宽度。大家应该理解的是，可以存在以下实施方案：其中涂覆材料源的宽度小于这些遮挡件之间的宽度。
如以上提及的，本发明的一个方面是这些遮挡件在基体最靠近靶材处大致覆盖了靶材(即，涂覆材料源)与基体(例如，切削镶片)之间距离的至少约百分之五十(50％)、并且更优选为至少约百分之七十五(75％)。参见图12，图12的安排中的这些部件的位置可以被设置为使得基体(或切削镶片)在它最靠近靶材(或阴极或涂覆材料源)的这一点是图12中所示的点550。因此，靶材502的表面504与基体在其最靠近靶材502处之间的距离为D1。在这个具体的实施方案中，遮挡件506、514从靶材502的表面504延伸了一段等于LB2+HPL的距离，该距离等于距离D1的约52％，它是距离D1的大致至少约50％。因此，在这个具体的实施方案中看出，有一个遮挡装置(即，一个遮挡组件)延伸离开涂覆材料源并终止于一个远端，该远端位于距离该涂覆材料源的一个远端距离处。该基体所处的条件是其中该基体是距离该涂覆材料源的最近的接近距离。该远端距离等于该最近的接近距离的至少约百分之五十。
参见图11，图11的安排中的这些部件的位置可以被设置为使得基体(或切削镶片)在它最靠近靶材(或阴极或涂覆材料源)的这一点是图11中所示的点450。因此，靶材402的表面404与基体在其最靠近靶材处之间的距离为D1。在这个具体的实施方案中，遮挡件406、414从靶材402的表面404延伸了一段等于LB1+HPL的距离，该距离等于距离D1的约78％，它是距离D1的大致至少约75％。因此，在这个具体的实施方案中看出，有一个遮挡装置(即，一个遮挡组件)延伸离开涂覆材料源并终止于一个远端，该远端位于距离该涂覆材料源的远端距离处。该基体处于这样一种情况下，其中该基体是距离该涂覆材料源的最近的接近距离。该远端距离等于该最近的接近距离的至少约百分之七十五。
如在此使用的，与这些遮挡件相关而使用的术语“覆盖”及其任何语法上的派生词是指这些遮挡件起到妨碍该涂覆流束中至少一些的行进的作用，其中该涂覆流束的至少一些撞击到这些遮挡件上。作为一个例子，在图12的实施方案中，该涂覆流束的一些在距离D1的大致至少约50％上撞击上遮挡件506、514，该距离D1等于从靶材502到基体最靠近靶材的这一点550，LB2+HPL。大家可以理解的是周边唇缘503(具有高度HPL)基本上对该涂覆材料羽流没有影响。
申请人提出了多个具体实例，这些实例证实了得到的切削镶片的优点和特性。这些实例在下文中进行描述。
实例1A、1B和1C包括一种涂覆的切削镶片式样CNMG432MP。该基体是Kennametal Inc.K313Grade的钴结碳化钨硬质合金，包括6重量百分比的钴、少量铬(作为碳化铬加入)以及余量的碳化钨和杂质。该涂覆方案包括多个交替的纳米层，其中一个纳米层包括铝钛氮化物并且另一个纳米层包括铝钛铬氮化物。
关于该涂覆方案的施加，使用Metaplas制造的一台Metaplas装置MZR 323通过一种电弧蒸发方法来对这些实例1A至1C中的每一个进行涂覆。图4示出了这些靶材的总体取向，其中靶材160-160B是钛、并且靶材162-162B是铝、并且靶材164-164B是铬。如图4中展示的，遮挡件242-242B以及244-244B被定位在它们的对应的铬靶材的每侧上。实例1A至1C之间仅有的区别是这些遮挡件之间的距离。下表1列出了这些遮挡件之间的距离(以毫米计)。
表1
实例1A至1C的遮挡件之间的最窄距离
  实例   遮挡件之间的最窄距离(毫米)
  1A   40
  1B   50
  1C   60
在实例1A、1B和1C中，从靶材到镶片的最靠近靶材处的距离为约15厘米(cm)。这些遮挡件的高度是大约11.4cm。因此，这些遮挡件覆盖了靶材与镶片的最靠近靶材处之间的距离的约百分之七十六(76％)。如以上提及的，该靶材的周边唇缘基本上对涂覆材料羽流没有影响。在这些实例1A、1B和1C中，周边唇缘具有的高度等于0.5cm、并且因此过于小而对涂覆材料羽流没有影响。
图6示出了使用实例1A至1C进行金属切削试验的结果。车削试验参数为：工件为316不锈钢、速度等于650表面英尺每分钟(213.3表面米每分钟)、进料等于0.008英寸(0.203毫米)每转(ipr)、切口深度等于0.100英寸(2.54毫米)doc、切削镶片式样为CNMG432MP(具有负5度的引导角以及溢流束冷却剂)。
如从图6中可以看出的，当遮挡件之间的间距最靠近时，测得的以分钟计的用于一种车削应用的工具寿命最大。更确切地说，对于使用在铬靶材处在遮挡件之间具有最窄间距(40mm)的PVD安排进行涂覆的切削镶片，用于车削应用的工具寿命最大。对于使用在铬靶材处在遮挡件之间的最窄间距为50mm或60mm的PVD安排进行涂覆的切削镶片，用于车削应用的工具寿命大约相等。
实例2A、2B和2C包括一种涂覆的切削镶片式样OFKT07L6AFENGB。基体是Kennametal Inc.K322Grade的具有额定组成的钴结碳化钨，包括约9.75重量百分比的钴、以及余量的碳化钨和杂质。该涂覆方案包括多个交替的纳米层，其中一个纳米层包括化学式为AlxTiyN的铝钛氮化物并且另一个纳米层包括化学式为AlxTiyN的铝钛氮化物。在这些交替的纳米层之间x∶y的比率不同。
关于施加该涂覆方案，使用Metaplas制造的Metaplas装置通过一种电弧蒸发方法来对这些实例2A至2C中的每一个进行涂覆。图4示出了这些靶材的总体取向；然而，只有两组靶材，其中一组靶材是钛而另一组靶材是铝。这些遮挡件被定位在它们的对应铝靶材的每一侧上。实例2A至2C之间仅有的区别是这些遮挡件之间的最窄距离。表2列出了每个实例的距离。
表2
实例2A至2C的遮挡件之间的最窄距离
  实例   遮挡件之间的最窄距离(毫米)
  2A   40
  2B   50
  2C   60
图7示出了使用实例2A至2C进行快速切削铣削试验(flycutmilling test)的结果。用于对304不锈钢的一个实心块体进行端面铣削的试验参数为：速度等于650表面英尺每分钟(213.3表面米每分钟)、进料等于0.008英寸(0.203毫米)每转(ipr)、切口深度等于0.100英寸(2.54毫米)doc、切口的径向深度(rdoc)等于3英寸(7.62厘米)、切口的轴向深度(adoc)等于0.1英寸(2.54mm)、横贯长度等于24英寸(60.96厘米)、并且该冷却剂是干的。该切削镶片的式样为OFKT07L6AFENGB式样，其中引导角等于45度。
图7显示，当遮挡件之间的间距为最大间距时，铣削通行的数目最大。更确切地说，对于使用在铬靶材处在遮挡件之间具有最宽间距(60mm)的PVD安排进行涂覆的切削镶片，用于铣削应用的工具寿命最大。对于使用在铬靶材处在遮挡件之间的间距为50mm或40mm的PVD安排进行涂覆的切削镶片，用于铣削应用的工具寿命大约相等。
对于这些试验，似乎为实现最佳金属切削性能对于给定遮挡件长度的适当的遮挡件间距依赖于该金属切削应用。例如，在一种铣削应用中，较宽的遮挡件间距似乎最好，而在一种车削应用中，较窄的遮挡件间距似乎最好。
实例3A、3B、3C和3D各自包括一种涂覆的切削镶片式样CNMG432MP。基体是一种Kennametal Inc.K313Grade。该涂覆方案包括多个交替的纳米层，其中一个纳米层包括铝钛硅氮化物并且另一个纳米层包括铝钛硅铬氮化物。
关于施加该涂覆方案，使用Metaplas装置通过一种电弧蒸发方法来对这些实例3A至3D中的每一个进行涂覆。图4示出了这些靶材的以及铬靶材相对于这些遮挡件的总体取向。在这种特殊的安排中，有两个铬靶材带有与之相关联的遮挡件。
参考图8呈现的试验结果，实例3A和3B向这些铬靶材上施加了等于40安培(表示为低)的电流，并且实例3C和3D向这些铬靶材上施加了等于60安培(表示为高)的电流。在这种PVD安排中，有六个另外的靶材，其中每个靶材包括60原子百分比的铝、30原子百分比的钛、以及10原子百分比的硅。施加在这六个AlTiSi靶材中的每一个上的电流是等于75安培至90安培之间。
图8示出了使用实例3A至3D进行金属切削试验的结果。车削试验参数为：工件为316不锈钢、速度等于650表面英寸每分钟(213.3表面米每分钟)、进料等于0.008英寸(0.203毫米)每转(ipr)、切口深度等于0.100英寸(2.54毫米)doc、切削镶片式样为CNMG432MP(具有负5度的引导角以及溢流束冷却剂)。
当施加在这些铬靶材上的电流最大时，测得的以分钟计的工具寿命是最大的。更确切地说，与对铬靶材使用较低功率/电流水平(即，40安培)相比，对于向铬靶材使用较高功率/电流水平(即，60安培)进行涂覆的切削镶片而言，工具寿命更大。
图8中呈现的结果显示，使用遮挡件、并且尤其是具有较小的最小间隔的遮挡件增强了工具寿命。迄今为止，在此方面，尽管对靶材使用较高电流给出了良好的涂覆特性，但是较高的电流水平也导致了更多不利的重叠。然而，在本发明中，遮挡件的使用已经减小了重叠程度，因而有可能向靶材使用更高的电流水平。
图9是一个EDS线轮廓，在等于40纳米的扫描范围上对于类似于实例3C或3D的涂覆方案列出了以原子百分比计的铝(菱形)、硅(正方形)、钛(三角形)和铬(圆形)的含量，其中施加在铬靶材上的电流是60安培。图9示出了一种涂覆方案，该涂覆方案包括交替纳米层的多个涂层组。铬含量周期性地走向零。鉴于铬含量的变化，很清楚的是这些交替层之一完全缺乏铬。由于在该交替层中存在铬，很清楚的是这个涂层具有一个交替层，该交替层含有另一个交替层所缺乏的金属元素(即，铬)。
图10是通过TEM(透射电子显微术)得到的图9的涂覆方案的显微照片、并且包括20纳米的一个图例。
为确定由表3中所示靶材生产出的纳米层涂覆方案的最大显微硬度以及粘附性，使用该Metaplas装置(具有一种氮气/氮化性气氛来形成一种氮化物纳米层)对于实例4-8进行了试验。使用一种凹痕粘附荷载试验测试了以上实例的涂层至基体上的附着性，以便得到涂层附着性。在此方面，通过一个凹痕粘附试验使用一个洛氏硬度测试仪(带有一个洛氏A级Brale锥体形状的金刚石压头)以选定的荷载范围15kg、30kg、45kg、60kg、100kg以及150kg确定了涂层与基体之间的粘附性。将粘附强度定义为涂层脱粘合和/或剥落时的最小荷载。实例4-8包括下表3中列出的这些涂覆方案。
下表3提供了最大显微硬度(kg/mm2)和粘附性(kg)的结果。
表3
实例4-8的最大显微硬度和粘附性
  实例   靶材  涂层厚度(μm)   最大显微硬度   粘附性
  4   AlTi/Ti＊   2-5μm   约2900kg/mm2   100-150kg
  5   AlTi/Zr＊   4-5μm   约2400kg/mm2   100-150kg
  6   AlTi/Cr＊   4-5μm   约2700kg/mm2   100-150kg
  7   AlTiSi/Ti＊   3-5μm   约2700kg/mm2   100-150kg
  8   AlTiSi/Cr＊   3-5μm   约2900kg/mm2   100-150kg
＊在这些实例中，钛靶材、锆靶材和铬靶材(无论哪一个可应用)有遮挡件围绕它们。AlTi靶材和AlTiSi靶材没有遮挡件围绕它们。
表3还在栏标题“靶材”下提供了每个实例的靶材组成。在此方面，每个实例的涂层包括多个纳米层涂层组，其中每个纳米层涂层组包括一对由表3中列出的靶材生产出的不同涂层组成。表3进一步呈现出每个实例的涂层以微米(μm)计的整体总厚度。
本发明适合用于任何具有安装于壁上的阴极的涂层系统中，例如像一种阴极电弧系统、以及溅射系统。多种多样的不同涂层组成可以与本发明结合使用。
在此列出的所有实例都使用该Metaplas装置。在该Metaplas装置中，在每个壁上都安装了一个阴极，其中这些壁是彼此正交的。应该理解的是，本发明在具有一个壁的一种系统中是有用的，该系统中所有的阴极都被安装在这一个壁上，例如其中所有的阴极都彼此平行地安装在一个壁上。另外，应该理解的是本发明在具有一个壁的一种系统中是有用的，在该系统中具有不同组成的多个阴极被安装在一个单一的壁上。
很清楚的是已经发明出了用于通过PVD技术沉积材料的一种改进的涂覆安排(即，装置)、连同一种改进的方法。还很清楚的是，申请人已经发明出了使用具有不同种类的材料组成的多个靶材(阴极)进行沉积的改进的装置、连同改进的方法，其中此种装置和方法适用于沉积多个纳米层的材料。还很清楚的是，申请人的装置和方法适合用于一种反应性环境中。
进一步清楚的是，申请人已经发明出了通过PVD技术来沉积材料(并且尤其是在交替的或顺序的或无规则的层(包括纳米层)中的不同材料的组合物)的改进的装置、连同改进的方法，其中来自涂覆材料羽流的涂覆材料重叠的程度被最小化，尤其是与早期的技术相比，由此这些纳米层在其之间具有强力的轮廓分明的边界。
还清楚的是，本发明提供了通过PVD技术来沉积纳米层的改进的装置、连同改进的方法，其中此类装置和技术将允许不依赖涂覆反应器的其他操作参数(例如，供给阴极的功率水平、转盘的转速、室内的压力和/或温度、以及其他类似的参数)而对这些纳米层的厚度进行控制。
在此提及的专利以及其他文献通过引用结合在此。
通过考虑本说明书或通过实施在此披露的发明，本发明的其他实施方案对于本领域技术人员将是清楚的。本说明书和这些实例旨在仅是说明性的而无意限制本发明的范围。本发明的真正范围和精神是由以下的权利要求表明的。

Claims (37)

1.一种用于涂覆基体的物理气相沉积装置，该装置包括：
被适配为接收该基体的一个基体保持件；
一个涂覆材料源，该涂覆材料源发射出一个涂覆材料发散性流束，该发散性流束包括一个涂覆材料的发散部分以及一个涂覆材料的定向部分；
一个遮挡装置，该遮挡装置被定位为与该涂覆材料源进行运作性接合，用于接收并且撞击该涂覆材料发散性流束，这样使得该涂覆材料的定向部分离开该遮挡装置从而总体上朝向该基体保持件行进；并且
该涂覆材料的定向部分与该涂覆材料发散性流束相比展现出更小的发散性。
2.根据权利要求1所述的物理气相沉积装置，其中该遮挡装置包括一种遮挡组件，该遮挡组件定义了一个窗口，该涂覆材料的定向部分连续地穿过该窗口。
3.根据权利要求2所述的物理气相沉积装置，其中该遮挡组件呈现了一个总体上平坦的表面，其中该涂覆材料的发散部分的至少一部分碰撞了该总体上平坦的表面。
4.根据权利要求3所述的物理气相沉积装置，其中该涂覆材料发散性流束具有一个中央纵向轴线，并且该总体上平坦的表面与该涂覆材料发散性流束的中央纵向轴线是基本上平行的。
5.根据权利要求3所述的物理气相沉积装置，其中该涂覆材料发散性流束具有一个中央纵向轴线，并且该总体上平坦的表面与该涂覆材料发散性流束的中央纵向轴线是基本上不平行的。
6.根据权利要求2所述的物理气相沉积装置，其中该遮挡组件相比该基体保持件更靠近于该涂覆材料源。
7.根据权利要求2所述的物理气相沉积装置，其中该遮挡组件相比该涂覆材料源更靠近于该基体保持件。
8.根据权利要求2所述的物理气相沉积装置，其中该遮挡组件呈现了一个基本上弧形的表面，其中该涂覆材料的发散部分的至少一部分碰撞了该基本上弧形的表面。
9.根据权利要求1所述的物理气相沉积装置，其中该遮挡装置包括带有一个远端的一个遮挡组件，该遮挡组件包含与其远端邻近的一个远端窗口，并且该涂覆材料的定向部分连续地穿过该远端窗口。
10.根据权利要求9所述的物理气相沉积装置，其中该远端窗口被定位为距离该涂覆材料源一个远端距离，并且该远端窗口呈现了一个远端面积；并且该涂覆材料的定向部分在以下之一或两者的情况下会呈现发散性的降低：该远端距离增大以及该远端面积减小。
11.根据权利要求1所述的物理气相沉积装置，其中该遮挡装置包括一个遮挡组件，该遮挡组件延伸离开该涂覆材料源并且终止在一个远端，该远端位于距该涂覆材料源一个远端距离处，并且该基体处于一种最靠近的情况下，其中该基体是距离该涂覆材料源的一个最近的接近距离，并且该远端距离等于该最近的接近距离的至少约百分之五十。
12.根据权利要求11所述的物理气相沉积装置，其中该远端距离等于该最近的接近距离的至少约百分之七十五。
13.根据权利要求1所述的物理气相沉积装置，进一步包括一个涂覆室，并且该涂覆室包含该基体保持件和该涂覆材料源以及该遮挡装置。
14.根据权利要求1所述的物理气相沉积装置，其中该遮挡装置包括一个遮挡组件，该遮挡组件具有一个纵向轴线，并且该遮挡组件定义了沿着该遮挡组件的纵向轴线间隔开的至少一个近端窗口以及一个远端窗口，该近端窗口比该远端窗口更靠近于该涂覆材料源；并且该涂覆材料的发散部分的一部分以及该涂覆材料的定向部分连续地穿过该近端窗口，并且该涂覆材料的定向部分连续地穿过该远端窗口。
15.根据权利要求1所述的物理气相沉积装置，其中该遮挡装置碰撞了该涂覆材料发散性流束从而连续地阻挡该涂覆材料的发散部分穿出该遮挡装置的通行、同时连续地允许该涂覆材料的定向部分离开该遮挡装置并且总体上地朝向该基体保持件行进。
16.根据权利要求1所述的物理气相沉积装置，其中该基体保持件包含被适配为接收该基体的至少一个基体接收区，并且该基体保持件相对于该涂覆材料源是可移动的，由此使该基体接收区所接收的基体被该涂覆材料的定向部分选择性地进行撞击。
17.根据权利要求16所述的物理气相沉积装置，其中，当该基体被该涂覆材料的定向部分撞击时，该基体与该涂覆材料源通过该遮挡装置而运作性对准。
18.根据权利要求1所述的物理气相沉积装置，其中，该涂覆材料的定向部分具有一个中央纵向轴线以及一个圆周，该涂覆材料的定向部分以相对于该涂覆材料的定向部分的中央纵向轴线成一个离开发散角而离开该遮挡装置。
19.根据权利要求18所述的物理气相沉积装置，其中，该离开发散角是这样的：使得该涂覆材料的定向部分的圆周的一个实质性部分撞击了该基体保持件所接收的基体的表面。
20.根据权利要求1所述的物理气相沉积装置，其中该涂覆材料的定向部分的发散性的幅值是以下各项中一个或多个的函数：该涂覆材料源的尺寸、该遮挡装置的轴向长度、以及该涂覆材料源的表面与该基体保持件之间的距离。
21.一种用于在基体上实施一个涂覆方案的物理气相沉积装置，该装置包括：
一个被适配为接收该基体的基体保持件；
一个第一涂覆材料源，它发射出涂覆材料的一个第一发散性流束，该发散性流束包括第一涂覆材料的一个第一发散部分以及第一涂覆材料的一个第一定向部分；
一个第一遮挡装置，该第一遮挡装置被定位为与该第一涂覆材料源进行运作性接合，用于接收并且碰撞该第一涂覆材料的第一发散性流束，这样使得该第一涂覆材料的第一定向部分离开该第一遮挡装置从而总体上朝向该基体保持件行进；
该第一涂覆材料的第一定向部分展现出比该第一涂覆材料的第一发散性流束更小的发散性；以及
一个第二涂覆材料源，它发射出第二涂覆材料的一个第二发散性流束，该发散性流束包括第二涂覆材料的一个第二发散部分以及第二涂覆材料的一个第二定向部分。
22.根据权利要求21所述的物理气相沉积装置，进一步包括：
一个第二遮挡装置，该第一遮挡装置被定位为与该第二涂覆材料源进行运作性接合，用于接收并且碰撞该第二涂覆材料的第二发散性流束，这样使得该第二涂覆材料的第二定向部分离开该第二遮挡装置从而总体上朝向该基体保持件行进；并且
该第二涂覆材料的第二定向部分展现出比该第二涂覆材料的第二发散性流束更小的发散性。
23.根据权利要求22所述的物理气相沉积装置，其中，该涂覆材料的第一定向部分具有一个第一中央纵向轴线以及一个第一圆周，该涂覆材料的第一定向部分以相对于该涂覆材料的第一定向部分的第一中央纵向轴线成一个第一离开发散角而离开该第一遮挡装置，并且该第一离开发散角是这样的，使得：该涂覆材料的第一定向部分的第一圆周的一个实质性部分撞击了由该基体保持件所接收的基体的表面，并且该涂覆材料的第一定向部分的最少量重叠在离开该第二遮挡装置的涂覆材料的第二定向部分上。
24.根据权利要求22所述的物理气相沉积装置，其中，该涂覆材料的第二定向部分具有一个第二中央纵向轴线以及一个第二圆周，该涂覆材料的第二定向部分以相对于该涂覆材料的第二定向部分的第二中央纵向轴线成一个第二离开发散角而离开该第二遮挡装置，并且该第二离开发散角是这样的，使得：该涂覆材料的第二定向部分的第二圆周的一个实质性部分撞击了由该基体保持件所接收的基体的表面，并且该涂覆材料的第二定向部分的最少量重叠在离开该第一遮挡装置的涂覆材料的第一定向部分上。
25.根据权利要求21所述的物理气相沉积装置，其中，该第一涂覆材料形成了该涂覆方案的一个第一涂覆层，并且该第二涂覆材料形成了该涂覆方案的一个第二涂覆层，并且该第一涂覆层比该第二涂覆层更软。
26.用于和一种物理气相沉积装置结合使用的一种遮挡件，该物理气相沉积装置具有一种涂覆材料源，该涂覆材料源发射出一个涂覆材料发散性流束，该发散性流束具有一个涂覆材料的发散部分以及一个涂覆材料的定向部分，该遮挡件包括：
具有一个近端的一个遮挡件本体，该近端接收了该涂覆材料发散性流束，该遮挡件本体进一步定义了一个窗口，该涂覆材料的定向部分连续地穿过该窗口，并且该遮挡件本体具有一个远端，该涂覆材料的定向部分通过该远端而离开该遮挡件本体，从而展现出与该涂覆材料发散性流束相比更小的发散性。
27.根据权利要求26所述的遮挡件，其中该窗口包括位于该遮挡件本体的远端附近的一个远端窗口。
28.根据权利要求27所述的遮挡件，其中该远端窗口被定位为距离该涂覆材料源一个远端距离，并且该远端窗口呈现了一个远端面积；并且该涂覆材料的定向部分在以下之一或两者的情况下会展现出发散性的降低：该远端距离增大以及该远端面积减小。
29.根据权利要求26所述的遮挡件，其中该遮挡本体具有一个纵向轴线，并且该遮挡本体定义了沿着该遮挡本体的纵向轴线间隔开的至少一个近端窗口以及一个远端窗口，该近端窗口比该远端窗口更靠近该涂覆材料源；并且该涂覆材料的发散部分的一部分以及该涂覆材料的定向部分连续地穿过该近端窗口，并且该涂覆材料的定向部分连续地穿过该远端窗口。
30.根据权利要求26所述的遮挡件，其中该遮挡件本体碰撞了该涂覆材料发散性流束从而阻挡该涂覆材料的发散部分穿出该遮挡装置的通行，并且该窗口允许该涂覆材料的定向部分从中通过。
31.通过物理气相沉积来涂覆一种基体的表面的一种方法，该方法包括以下步骤：
提供一个被适配为接收该基体的基体保持件；
从一个涂覆材料源发射出一个涂覆材料发散性流束，其中该涂覆材料发散性流束包括一个涂覆材料的发散部分以及一个涂覆材料的定向部分；并且
提供一个遮挡件，该遮挡件接收该涂覆材料发散性流束，由此该遮挡件阻挡该涂覆材料的发散部分离开该遮挡件并且允许该涂覆材料的定向部分离开该遮挡件从而总体上朝向该基体保持件行进，由此该涂覆材料的定向部分展现出比该涂覆材料发散性流束更小的发散性，这样使得该涂覆材料的定向部分的一个实质性部分撞击了该基体。
32.通过物理气相沉积来涂覆一种基体的表面的一种方法，该方法包括以下步骤：
提供一个被适配为接收该基体的基体保持件；
从一个第一涂覆材料源发射出涂覆材料的一个第一发散性流束，其中该涂覆材料的第一发散性流束包括涂覆材料的一个第一发散部分以及涂覆材料的一个第一定向部分；
提供一个第一遮挡件，该第一遮挡件接收该涂覆材料的第一发散性流束，由此该第一遮挡件阻挡该涂覆材料的第一发散部分离开该第一遮挡件并且允许该涂覆材料的第一定向部分离开该第一遮挡件从而总体上朝向该基体保持件行进，由此该涂覆材料的第一定向部分展现出比该涂覆材料的第一发散性流束更小的发散性，这样使得该涂覆材料的第一定向部分的一个实质性部分撞击了该基体；
从一个第二涂覆材料源发射出涂覆材料的一个第二发散性流束，其中该涂覆材料的第二发散性流束包括涂覆材料的一个第二发散部分以及涂覆材料的一个第二定向部分；并且
提供一个第二遮挡件，该第二遮挡件接收该涂覆材料的第二发散性流束，由此该第二遮挡件阻挡该涂覆材料的第二发散部分离开该第二遮挡件并且允许该涂覆材料的第二定向部分离开该第二遮挡件从而总体上朝向该基体保持件行进，由此该涂覆材料的第二定向部分展现出比该涂覆材料的第二发散性流束更小的发散性，这样使得该涂覆材料的第二定向部分的一个实质性部分撞击了该基体。
33.一种物理气相沉积涂覆的物品，包括：
呈现了一个表面的一个基体、以及在该基体表面的至少一部分上的一个涂层；
该涂层包括多种元素，其中这些元素中的每一个都通过物理气相沉积从它的单独的源中连续地发射出；并且
该涂层包括多个交替纳米层的一个涂层组，并且这些交替纳米层中的一个基本上完全缺乏这些连续发射出的元素中的一种，并且这些交替纳米层中的另一个包含这一个交替纳米层所缺乏的该元素。
34.如权利要求33所述的涂覆的物品，其中所述另一个交替层包含这多种金属元素中的每一种。
35.如权利要求33所述的涂覆的物品，其中这些交替层包括多个交替的纳米层。
36.如权利要求33所述的涂覆的物品，其中该涂层包括这些金属元素中的三种，并且这三种金属元素中的每一种都是通过物理气相沉积从它的单独的源中连续地发射出的；并且这些交替层中的一个基本上完全缺乏这些金属元素中的一种，并且这些交替层中的另一个含有这三种金属元素。
37.如权利要求33所述的涂覆的物品，其中该涂层包括这些金属元素中的四种，并且这四种金属元素中的每一种都是通过物理气相沉积从它的单独的源中连续地发射出的；并且这些交替层中的一个基本上完全缺乏这些金属元素中的一种，并且这些交替层中的另一个含有这四种金属元素。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110713