CN102703868A - 低温离子镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温离子镀膜装置，包括真空室、工件转架和蒸发源，工作转架和蒸发源均设置在真空室内，其中在真空室内还设有离子装置，该离子装置设在工件转架的中部或外部位置上，对应蒸发源设置在真空室的周边或中部位置上；本发明的镀膜装置不仅能够同时适应合金属和非金属材料的镀膜，而且离化效率高、大大改善了膜层的附着力及膜层的稳定性和均匀性。

Description

低温离子镀膜装置

技术领域

本发明涉及一种镀膜装置，具体是一种低温离子镀膜装置。

背景技术

物理气相沉积（PVD）技术：表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体表面气化成气体原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有特殊功能薄膜的技术。

PVD分为真空蒸发镀、溅射镀膜和离子镀。真空蒸发镀分为电阻蒸发、电子束蒸发、高频感应加热蒸发等；溅射镀膜分为直流溅射、射频溅射、脉冲溅射等；离子镀分为阴极电弧离子、空心阴极离子等。

真空蒸镀是将镀料在真空中加热、蒸发，使蒸发的原子或原子团在温度较低的基体上凝结，形成薄膜。

溅射镀膜是在一定氩气的真空条件下，采用辉光放电技术，将氩气电离产生氩离子，氩离子在电场力的作用下加速轰击阴极，使阴极上的镀料被溅射下来，沉积到基体表面形成薄膜。

离子镀是指在真空条件下，利用气体放电使气体或蒸发物质离化，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用的同时，将蒸发物或其反应物沉积在基片上。

目前国内各款式的多弧真空镀膜机、磁控真空镀膜机；多弧、磁控复合真空镀膜机、电阻蒸发真空镀膜机以及电子束蒸发真空镀膜机等,前四种机型基本上都是转架轰击结构，后一种机型（电子束蒸发真空镀膜机）则是霍尔离子源轰击结构。

转架轰击清洗结构对于金属制品来说倒还起点作用, 对于塑料、树脂、亚克力、玻璃、陶瓷等制品,因为它们都是绝缘不导电的,所以转架轰击清洗就失去作用。

为了改善膜层的稳定性和各项理化性能指标的重复性、一致性，有人在真空室的内侧壁上增设了条形离子源，这种方案在实际生产中效果甚微,仅起到镀膜前期的轰击清洗作用,与条形离子源相邻的靶材与条形离子源呈90°角设置,离化效果差 ,条形离子源根本起不到辅助镀膜作用,仅起轰击清洗作用。与条形离子源相对的靶材虽然与条形离子源呈180°角设置,但两者距离甚远,同样, 条形离子源也起不到辅助镀膜的作用。

可见,上述的镀膜装置由于离化率低，存在着以下弊端： 

1、转架轰击、条形离子源及霍尔离子源的离化效果远远达不到要求；

2、金属制品(装饰膜)必需加温镀制(200℃左右)才不影响膜层附着力；

3、镀制塑料、树脂、亚克力、玻璃、陶瓷等制品, 很难镀上膜或根本镀不上膜,而且塑料、树脂、亚克力等制品很容易热变形，更不用说加温了；

4、由于必需加温镀制镀膜,镀件硬度变软(如阳江不锈钢刀硬度降幅不允许≥5度，因整个行业镀膜都达不到硬度降幅为0的水平，所以刀具行业没有办法，只能定这个硬度降幅标准了)；

5、有色金属制品(如铜、铝、锌、镁等) 必需经过水镀后才能镀上膜层；

6、陶瓷制品(如宫廷陶瓷罐等)表面了上釉就镀不上膜层；

7、水镀都镀不了的汽车烟灰缸，此类型镀膜机就根本镀不上膜。

发明内容

本发明的前一目的是提供一种不仅能够同时适应金属和非金属材料的镀膜，实现低温镀膜，而且离化效率高、镀膜效果好的低温离子镀膜装置。

本发明的后一目的提供一种不仅能够同时适应金属和非金属材料的镀膜，实现低温镀膜，而且离化效率高、镀膜效果好的低温离子镀膜装置

为实现上述的前一目的，本发明所采用的技术方案是：一种低温离子镀膜装置，包括真空室、工件转架和蒸发源，在真空室内还设有离子装置，该离子装置设置在工件转架的中部位置，蒸发源设置在真空室内的周边位置上。

优选的方案是，所述的离子装置包括支架、支撑架和离子板，离子板安装在支架与支撑架之间。

优选的方案是，所述的蒸发源为多弧靶。

优选的方案是，所述的蒸发源为磁控靶。

优选的方案是，所述的蒸发源为电子枪。

优选的方案是，所述的蒸发源为蒸发电极。

为实现上述的后一目的，低温离子镀膜装置，包括真空室、工件转架和蒸发源，在真空室内还设有离子装置，该离子装置设在工件转架外部位置上，蒸发源设置在真空室的中部位置上。

本发明采用上述结构后，通过在工件转架的中部或外部位置设有离子装置，蒸发源设置在真空室的周边或中部位置上，具有以下优点：

1、低温离子镀膜关键在于离子装置所产生的离化效应以及它的安装位置, 由于靶材对于离子装置均为180°角,在靶材与离子装置之间形成一个独特的等离子区域，这样就充分发挥离子的作用, 离子分布均匀,离化效应好,大大地改善镀膜效果；

   2、在镀膜过程中为边镀膜边轰击, 而且为大面积离子放电，高能量的离子打入工件表面，使膜层与工件间形成显微合金层，提高结合强度，这样更促进离子辅助镀膜作用,大大地改善膜层的附着力及膜层的稳定性和均匀性；

3、由于离子充分发挥得当,离化效应好,镀制塑料、树脂、亚克力、玻璃、陶瓷等制品很容易镀上膜,而且塑料、树脂、亚克力等制品不易变形，塑料制品不喷涂底漆，直接在塑料制品镀膜；

4、由于边镀膜边轰击, 金属制品不需加温直接镀制膜层,实现低温镀膜,附着力特强；

5、低温镀膜离子装置很容易完成二次辉光或多次辉光；

6、节能。

附图说明

图1为本发明主视结构示意图；

图2为本发明俯视结构示意图；

图3本发明另一实施方式主视结构示意图；

图4本发明另一实施方式俯视结构示意图

图5为本发明离子装置的分解图。

图中：1真空室，2工件转架，3蒸发源，4离子装置，41支架，42支撑架，43离子板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例一

图1、2和5所示，本发明的低温离子镀膜装置，包括真空室1、工件转架2和若干个蒸发源3，工作转架2和蒸发源3均设置在真空室1内，其中，在真空室1内还设有离子装置4，该离子装置设在在工件转架2的中部位置，蒸发源3设置在真空室1的周边位置上。本实施例中，所述的离子装置4包括支架41、支撑架42和若干片离子板43，离子板43安装在支架41与支撑架42之间，形成柱状体。上述的蒸发源3为多弧靶或磁控靶。

离子装置4的安装形式一般分为吊挂式、立柱式、外罩式及卧式等。

离子装置4的结构大致分为：

1、立式：园柱型、三角型、长方柱型、単门罩型、及双门罩型等；

2、卧式：园柱型、复合型及罩型等。

离子装置4的结构及安装形式要根据真空镀膜设备的类型、真空室容积、离化效应、蒸发源的数量及辉光功率因素而定，不能一概而论，具体状况具体对待。

  本发明的离子装置的结构及安装形式适用于：

1、立式多弧真空镀膜机、磁控真空镀膜机以及多弧、磁控复合真空镀膜机等；

2、卧式多弧真空镀膜机、磁控真空镀膜机以及多弧、磁控复合真空镀膜机等；

3、立式电子束蒸发(光学)真空镀膜机等；

4、卧式电子束蒸发(光学)真空镀膜机等；

5、立式电阻蒸发真空镀膜机等；

6、卧式电阻蒸发真空镀膜机等。

本发明最大的特点是： 1)、充分发挥离化效应，无论是金属镀件还是非金属镀件直接镀膜，膜层附着力特强。2)、离化效应好, 金属制品不需加温直接镀制膜层,实现低温镀膜,去掉传统的加热装置，节电30%以上，镀膜时间节省10%以上，提高工效当然就省钱。3)、由于低温镀膜,镀件硬度不变，硬度降幅为0(如阳江不锈钢刀及陶瓷阳江)。4)、离化效应好,有色金属制品(如铜、铝、锌、镁等)不需水镀直接镀制膜层。5）、发挥离化效应，陶瓷制品表面无论上釉还是不上釉，均可直接镀制膜层。6)、大面积离化效应,水镀都镀不了的汽车烟灰缸在此镀膜机上就很容易镀上膜。7）、离子装置的离化效应与真空镀膜设备的容量、蒸发源的数量及辉光功率因素有关,具体状况具体对待，不能一概而论。

本发明装置真空镀膜过程如下：

 1)、Ar离子轰击清洗：

当真空度达到一定压力时，充入适量的Ar气，打开离子装置4的电源，对金属制品或非金属制品进行离子辉光清洗数分钟。

此刻在真空室内发生离子辉光放电，放电产生的Ar离子以较高的能量撞击工件表面，将工件表面吸附的气体、杂质和工件表面层原子溅射下来，露岀材料新鲜表面。

本发明的离子装置4产生离子辉光放电，是一种独特的等离子放电，而且为大面积离子放电，辉光很亮，离化效应圴匀强大，金属制品或非金属制品都能离子轰击清洗。传统的转架轰击清洗是不能够相比的，没有可比性，因为非金属制品是绝缘不导电的,所以转架轰击清洗就失去作用。

2)、镀膜：

当真空度达到镀膜压力时，调节离子装置4的电源，达到一定功率时，打开蒸发源的电源，据膜层工艺的要求确定沉积的时间。

本装置在镀膜过程中为边镀膜边轰击,在蒸发源3与离子装置4之间形成一个独特的等离子区域，根本上起到了离子辅助镀膜作用,这样就大大地改善膜层的附着力及膜层的稳定性和均匀性。再加上装置为大面积离子放电，离化效应圴匀强大，去掉传统的加热装置，金属制品直接镀制膜层,实现低温镀膜,节能省钱。无论是金属镀件还是非金属镀件都可直接镀膜，膜层附着力特强。

节能状况：以HL1200型多弧真空镀膜机配置为例：

   1、现有的多弧真空镀膜机：

   1)、KT－800型高真空油扩散泵     2台           N＝13X2+26KW 

   2)、ZJP－600型罗茨泵            1台           N＝7.5KW

   3)、H-150型滑阀泵               1台           N＝15KW

   4)、2X－15型旋片泵              1台           N＝1.5KW

   5)、加热烘烤装置                1套            N＝30KW

   6)、偏压电源                    1台            N＝4KW

   7)、弧电源                      10台           N＝15KW

   8)、传动装置                    1台            N＝0.4KW

   9)、共计：                                     N1＝99.4KW = 100 KW

2、本发明的镀膜机配置：

   1)、KT－800型高真空油扩散泵     2台           N＝13X2+26KW 

   2)、ZJP－600型罗茨泵            1台           N＝7.5KW

   3)、H-150型滑阀泵               1台           N＝15KW

   4)、2X－15型旋片泵              1台           N＝1.5KW

   5)、加热烘烤装置                0套            

   6)、离子电源                    1台            N＝4KW

   7)、弧电源                      10台           N＝15KW

   8)、传动装置                    1台            N＝0.4KW

   9)、共计：                                     N2＝69.4KW = 70 KW

3、节能效率：η =(N2 - N1)/ N2X100% = (100 - 70)/ 100X100% = 30%。

实施例二

图3和4所示，为低温离子镀膜装置的另一实施方式，其离子装置4设在工件转架2外部位置上，蒸发源3设置在真空室1的中部位置上。其它同上述实施例所述。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种低温离子镀膜装置，包括真空室（1）、工件转架(2)和蒸发源（3），工作转架（2）和蒸发源（3）均设置在真空室（1）内，其特征在于：在真空室（1）内还设有离子装置（4），该离子装置（4）设置在工件转架（2）的中部位置，蒸发源（3）设置在真空室（1）内的周边位置上。

2.根据权利要求1所述的低温离子镀膜装置，其特征在于：所述的离子装置（4）包括支架(41)、支撑架(42)和离子板（43），离子板（43）安装在支架（41）与支撑架（42）之间。

3.根据权利要求1所述的低温离子镀膜装置，其特征在于：所述的蒸发源（3）为多弧靶。

4.根据权利要求1所述的低温离子镀膜装置，其特征在于：所述的蒸发源（3）为磁控靶。

5.根据权利要求1所述的低温离子镀膜装置，其特征在于：所述的蒸发源（3）为电子枪。

6.根据权利要求1所述的低温离子镀膜装置，其特征在于：所述的蒸发源（3）为蒸发电极。

7.一种低温离子镀膜装置，包括真空室（1）、工件转架(2)和蒸发源（3），工作转架（2）和蒸发源（3）均设置在真空室（1）内，其特征在于：在真空室（1）内还设有离子装置（4），该离子装置（4）设在工件转架（2）外部位置上，蒸发源（3）设置在真空室（1）的中部位置上。

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