CN103469166A

CN103469166A - 一种集成式阴极电弧靶

Info

Publication number: CN103469166A
Application number: CN2013104733100A
Authority: CN
Inventors: 黄志宏; 张早娣; 闫少健; 付德君
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Dongguan Liren Apong Coating Technology Co Ltd
Priority date: 2013-10-12
Filing date: 2013-10-12
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-10-12
Also published as: CN103469166B

Abstract

本发明公开了一种集成式阴极电弧靶，包括水冷阴极、阳极、绝缘组件、限弧机构、磁控限弧机构、档板机构和引弧机构，水冷阴极包括靶，引弧机构包括引弧针；其中：水冷阴极通过绝缘组件安装于阳极；限弧机构固定于绝缘组件，用来限制弧斑的运动范围；磁控限弧机构固定于阳极且位于阳极和水冷阴极之间，用来调节冷阴极的靶面的磁场强度；挡板机构和引弧机构固定于阳极，引弧机构的引弧针与水冷阴极的靶面接触。本发明简化了电弧离子镀设备真空腔体，促进电弧离子镀设备模块化和标准化；具有烧蚀均匀、靶利用率高的优点；安装维护方便，运行稳定。

Description

一种集成式阴极电弧靶

技术领域

本发明属于真空电弧离子镀技术领域，尤其涉及一种集成式阴极电弧靶。

背景知识

目前，真空电弧离子镀技术已经广泛应用于工具模领域，提高工模具产品的使用性能和使用寿命。

真空腔体是电弧离子镀的核心组件之一，真空腔体上必须焊接各种法兰，用于抽气、进气、真空测量、蒸发源等。与弧源相关的就有三种法兰：弧源主体，引弧机构和档板机构。而真空腔体设计过程非常复杂，须考虑各法兰之间的关联，焊接工艺及焊缝热影响区的相互影响。

现有电弧阴极技术普便存在靶利用率低的问题，弧斑倾向在某些区域移动，导致这些区域烧蚀比其它区域严重，靶的整体利用率低。

现有电弧阴极技术运动引入骨架密封，长期使用会由于O圈磨损而漏气，需定期更换，在O圈使用期内也会由于安装过松而漏气，过紧而运动不畅。现有圆弧靶技术在靶材上车有螺牙，安装时采用链钳或特制工具，安装非常不便。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种集成式阴极电弧靶，简化电弧离子镀设备真空腔体，促进电弧离子镀设备模块化和标准化。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种集成式阴极电弧靶，包括：水冷阴极（1）、阳极（2）、绝缘组件（3）、限弧机构（4）、磁场机构（5）、档板机构（6）和引弧机构（7），水冷阴极（1）包括靶（13），引弧机构（7）包括引弧针（72）；其中：

水冷阴极（1）通过绝缘组件（3）安装于阳极（2）；

限弧机构（4）固定于绝缘组件（3），用来限制弧斑的运动范围；

磁场机构（5）固定于水冷板（11）且位于阳极（2）和水冷阴极（1）之间，用来调节冷阴极（10）的靶（13）面的磁场强度；

挡板机构（6）和引弧机构（7）固定于阳极（2），引弧机构（7）的引弧针（72）与水冷阴极（10）的靶（13）面接触。

为了获得更均匀的靶面温度场、电场和磁场，解决阴极电弧靶靶面烧蚀不均、靶利用率低的问题，本发明的优选方案如下：

上述水冷阴极（1）包括水冷板（11）、导热板（12）、靶（13）、进出水管（15）和导电环（16），进出水管（15）固定于水冷板（11）上，水冷板（11）上压导热板（12），靶（13）固定于水冷板（11）上且紧贴导热板（12），导电环（16）通过铜螺栓（18）固定于水冷板（11）上。所述的水冷板（11）上设有蛇形导流槽，用以确保靶面能均匀、充分的冷却。

上述阳极（2）包括阳极基板（21）和阳极罩（22），阳极罩（22）固定于阳极基板（21）上；阳极基板（21）主体为第一法兰，其上焊有3个第二法兰。

上述绝缘组件（3）包括绝缘环（31）第一绝缘件（32）、和第二绝缘件（33），绝缘环（31）为与导电环（16）相匹配的环状结构，绝缘件（32）为与铜螺栓（18）相匹配的中空管状结构，绝缘件（33）为与进出水管（15）相匹配的中空管状结构。

上述限弧机构（4）包括限弧罩（41）和桶状组件（42），桶状组件（42）固定于限弧罩（41）一端；限弧罩（41）为一带度锥孔的环形结构。限弧罩（41）优选为带90度锥孔的环形结构，采用导磁材料制作，兼有导磁和限弧作用。

上述磁场机构（5）包括环形磁铁（51），环形磁铁（51）通过匀磁环（52）安装于基座（54）上。

为了解决阴极电弧靶安装复杂、运行不稳定的问题，本发明的优选方案如下：

上述档板机构（6）为依次相连的线性运动馈入装置（61）、连杆（62）、档板（63）组成的曲轴滑块结构，运动引入密封方式为波纹管密封，档板（63）安装采用曲轴滑块结构。

上述引弧机构（7）由依次相连的线形运动馈入装置（71）和引弧针（72）组成，运动引入密封方式为波纹管密封，所述的引弧针（72）与靶（13）面接触的端头有弯折。

上述水冷阴极（1）的靶（13）设有两个台阶，可防止弧斑烧蚀压靶圈和安装螺丝。

本发明的有益效果是：

1、将弧源主体、引弧机构、档板机构集成于250KF法兰，促进真空弧源设计的模块化和标准化。

2、具有烧蚀均匀、靶利用率高的优点。

3、安装维护方便，运行稳定。

附图说明

图1为本发明阴极电弧靶的一种具体结构示意图；

图2为水冷阴极具体实施方式的剖面图；

图3为阳极的一种具体结构示意图图；

图4为绝缘组件的一种具体结构示意图；

图5为限弧机构的一种具体结构示意图；

图6为磁场机构的一种具体结构示意图；

图7为挡板机构的一种具体结构示意图；

图8为引弧机构的一种具体结构示意图。

图中，1-水冷阴极；11-水冷板；12-导热铜板；13-靶；14-压靶圈；15-进出水管；16-导电铜环；17-O圈；18-铜螺栓；19-沉头螺栓；2-阳极；21-阳极基板；22-阳极罩；23-法兰；3-绝缘组件；31-绝缘环；32、33-绝缘件；4-限弧机构；41-限弧罩；42-桶状组件；5-磁场机构；51-环形磁铁；52-匀磁环；53-螺丝；54-基座；6-档板机构；61-线性运动馈入装置；62-连杆；63-档板；64-销钉；65-气缸；7-引弧机构；71-线性运动馈入装置；72-引弧针；73-弯折面；74-气缸。

具体实施方式

下面将结合附图进一步描述本发明的具体实施方式。

见图2，水冷阴极（1）包括水冷板（11）、导热铜板（12）、靶（13）、压靶圈（14）、进出水管（15）、导电铜环（16）、O圈（17）、铜螺栓（18）和沉头螺栓（19）。水冷板（11）上刻有蛇形导流槽和O圈密封槽，蛇形导流槽用来确保靶（13）均匀、充分的冷却；进出水管（15）固定于水冷板（11）上；O圈（17）置于水冷板（11）的O圈密封槽内，O圈（17）上压0.8毫米导热铜板（12），靶（13）通过压靶圈（14）和沉头螺栓（19）固定于水冷板（11）上且紧贴导热铜板（12）。靶（13）上有两个台阶，第一个台阶为压靶圈（14）提供一个凸缘；第二个台阶用来保证靶（13）面高出压靶圈（14）平面，防止弧斑烧蚀压靶圈和安装螺丝。通水时要保证水流方向是下进上出，防止产生气泡而影响冷却效率，水压2-4MPa，通水后，导热铜板（12）与靶（13）面紧密贴合，将靶材热量传给冷却水。导热铜板（12）的另一个作用是防止靶材烧蚀超过安全烧蚀深度时，保证水不至于流进真空室内。弧电源负极接导电铜环（16），电流通过导电铜环（16）、铜螺栓（18）至水冷板（11）。导电铜环（16）的作用为均匀阴极电位。

阳极（2）由阳极基板（21）和阳极罩（22）组成，阳极基板（21）的主体为KF250法兰，其上焊有3个KF25法兰（23），用来安装1个引弧机构（7）和2个档板机构（6）。阳极罩（22）通过螺栓锁在阳极基板（21）上，阳极罩（22）有两个作用：防止涂层涂覆在真空腔体壁上，为档板机构提供安装支点。

绝缘组件（3）包括用来绝缘阳极基板（21）和水冷板（11）的绝缘环（31）、用来绝缘导电铜环（16）和阳极基板（21）的绝缘件（32）、用来绝缘导电铜环（16）和进出水管（15）的绝缘件（33）。绝缘环（31）为与导电铜环（16）相匹配的环状结构，绝缘件（32）为与铜螺栓（18）相匹配的中空管状结构，绝缘件（33）为与进出水管（15）相匹配的中空管状结构。

铜螺栓（18）一端固定于水冷板（11），另一端从导电铜环（16）中心环穿过。水冷阴极（1）通过绝缘组件（3）和铜螺栓（18）安装于阳板基板（21）上，见图1，具体为：将进出水管（15）穿过绝缘件（33），将铜螺栓（18）穿过绝缘件（32），将导电铜环（16）穿过绝缘环（31），并将阳极（2）的三个法兰（23）依次与绝缘组件（3）的绝缘件（32）和绝缘件（33）套接，从而实现将水冷阴极（1）安装于阳板基板（21）上。

限弧机构（4）主体为限弧罩（41），限弧罩（41）为一带90度锥孔的环形结构，限弧罩（41）一端连有一桶状组件（42），桶状组件（42）套于绝缘组件（3）的绝缘环（31）上；限弧罩（41）在电位上位于悬浮位置，且与阴极的间距为1.5毫米，用来阻止弧斑烧蚀水冷板和压靶圈。限弧罩（41）由导磁材料制作，用来提升磁场，兼具导磁和限弧的作用。

磁场机构（5）功能件为环形磁铁（51），环形磁铁（51）通过匀磁环（52）安装于基座（54）上，均磁环（52）用导磁材料制作，用来均匀靶面磁场。通过调整螺丝（53）调节基座（54）与靶（13）面的距离，从而调节靶（13）表面磁场强度。磁场机构（5）固定于水冷板（11）上，位于阳极基板（21）和水冷板（11）之间。

档板机构（6）为依次相连的线性运动馈入装置（61）、连杆（62）、档板（63）组成的曲轴滑块结构，变气缸（65）的直线运动为档板的翻转运动。运动引入密封方式为波纹管密封。线性运动馈入装置（61）通过KF卡环安装在阳极基板（21）的其中一法兰（23）。销钉（64）将线性运动馈入装置（61）、连杆（62）、档板（63）、阳极罩（22）联接在一起，形成曲轴滑块结构，变气缸的直线运动为档板的翻转运动。

引弧机构（7）由依次相连的线形运动馈入装置（71）和引弧针（72）组成，线形运动馈入装置（71）通过阳极基板（21）的法兰固定于阳极基板（21）上，线形运动馈入装置（71）的结构和原理同档板机构（6）中的线性运动馈入装置（61），引弧针（72）为钨铈合金，其端头与靶（13）面接触。引弧针（72）与靶（13）面接触的端头有弯折，其弯折面（73）接触靶（13）面，防止引弧运动时在靶（13）面敲出凹坑。

本发明集成式电弧靶包括1个引弧机构（7）和2个挡板机构（6），引弧机构（7）和挡板机构（6）分别通阳极基板（21）上设置的3个法兰（23）固定于阳极基板（21）上。

Claims

1.集成式阴极电弧靶，其特征在于，包括：

水冷阴极（1）、阳极（2）、绝缘组件（3）、限弧机构（4）、磁场机构（5）、档板机构（6）和引弧机构（7），水冷阴极（1）包括靶（13），引弧机构（7）包括引弧针（72）；其中：

水冷阴极（1）通过绝缘组件（3）安装于阳极（2）；

2.如权利要求1所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于：

所述的水冷阴极（1）包括水冷板（11）、导热板（12）、靶（13）、进出水管（15）和导电环（16），进出水管（15）固定于水冷板（11）上，水冷板（11）上压导热板（12），靶（13）固定于水冷板（11）上且紧贴导热板（12），导电环（16）通过螺栓固定于水冷板（11）上。

3.如权利要求2所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于：

所述的水冷板（11）上设有蛇形导流槽。

4.如权利要求2所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于：

所述的靶（13）设有两个台阶。

5.如权利要求1所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于：

所述的阳极（2）包括阳极基板（21）和阳极罩（22），阳极罩（22）固定于阳极基板（21）上；阳极基板（21）主体为第一法兰，其上焊有3个第二法兰。

6.如权利要求2所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于：

所述的绝缘组件（3）包括绝缘环（31）、第一绝缘件（32）和第二绝缘件（33），绝缘环（31）为与导电环（16）相匹配的环状结构，第一绝缘件（32）为与铜螺栓（18）相匹配的中空管状结构，第二绝缘件（33）为与进出水管（15）相匹配的中空管状结构。

7.如权利要求1所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于：

所述的限弧机构（4）包括限弧罩（41）和桶状组件（42），限弧罩（41）为一带度锥孔的环形结构，桶状组件（42）固定于限弧罩（41）一端。

8.如权利要求1所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于：

所述的磁场机构（5）包括环形磁铁（51），环形磁铁（51）通过匀磁环（52）安装于基座（54）上。

9.如权利要求1所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于：

所述的档板机构（6）为依次相连的线性运动馈入装置（61）、连杆（62）、档板（63）组成的曲轴滑块结构，运动引入密封方式为波纹管密封。

10.如权利要求1所述的集成式阴极电弧靶，其特征在于：

所述的引弧机构（7）由依次相连的线形运动馈入装置（71）和引弧针（72）组成，运动引入密封方式为波纹管密封，所述的引弧针（72）与靶（13）面接触的端头有弯折。