CN104962882B - 一种磁控等离子体微孔涂层装置 - Google Patents

Abstract

一种磁控等离子体微孔涂层装置，包括真空室、进气筛、出气筛、样品台、工件、磁控环和加热丝；其中出气筛与进气筛相对设置；样品台位于进气筛与出气筛之间；磁控环与工件位于样品台上；工件具有狭长的中孔结构，并放置在磁控环内部；加热丝与工件的中孔对应位置设置为环状线圈结构；通过环状线圈结构的加热丝、磁控环的磁力吸引作用以及样品台的气流通道等多种技术手段实现对气流的合理控制，从而顺利地将等离子体导入狭长的内孔中，实现对微小孔径、较大孔深的工件内孔表面涂层加工。

Description

一种磁控等离子体微孔涂层装置

技术领域

本发明涉及化学气相沉积(CVD)金刚石涂层技术，特别是涉及一种磁控等离子体微孔涂层技术。

背景技术

近年来，化学气相沉积(CVD)法用在小孔径工件上的涂层受到广泛关注。目前常用的技术主要是热丝法，将加热丝穿入工件内孔，通过被分解等离子体的自由运动到达工件表面，在适合的温度条件下形成金刚石涂层。但是这一技术需要将加热的电阻丝穿过工件内孔，因此无法适用于微小孔径或者狭长内孔的工件，目前这种穿丝的方式只能做到1.2mm以上的孔径涂层，无法实现更小孔径及狭长内孔的工件涂层。

专利文献CN203411607U公开了一种微小孔径金刚石涂层拉丝模装置，其采用的是一种非穿丝工艺，具体而言，是在工件上下两侧设置加热丝，对加热丝施加电压，从而在加热丝与工件之间形成偏压电场，区域性地加强了等离子体的浓度并形成了一定的偏移，然而该方法仅依靠加热丝的电场作用，对等离子体的作用力较小，仅能用于加工一些孔深比较小的工件，对于较大孔深的内孔，仍然无法达到满意的涂层效果。

因此，目前还未有一种能够适用于微小孔径、较大孔深的工件内孔表面涂层技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：能够大批量实现微小孔径、较大孔深的工件的内孔表面涂层技术。

本发明采用以下技术方案来实现：

一种磁控等离子体微孔涂层装置，包括真空室，其特征在于：进气筛、出气筛、样品台、工件、磁控环和加热丝位于真空室内；其中

出气筛与进气筛相对设置；

样品台位于进气筛与出气筛之间；

磁控环与工件位于样品台上；

工件具有狭长的中孔结构，并放置在磁控环内部；

加热丝与工件的中孔对应位置设置为环状线圈结构。

本发明的技术效果是：通过环状线圈结构的加热丝、磁控环的磁力吸引作用以及样品台的气流通道等多种技术手段实现对气流的合理控制，从而能够顺利地将等离子体导入狭长的内孔中，实现对微小孔径、较大孔深的工件内孔表面涂层加工。并且加工的工件涂层具有质量稳定、速度快、均匀性好的优点。

附图说明

图1是磁控等离子体微孔涂层装置结构示意图。

图2是磁控环与工件的剖面放大示意图。

图3是磁控环与工件的俯视放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图介绍本技术方案的内容。

如图1所示，一种磁控等离子体微孔涂层装置，包括：

真空室1，用于提供工件涂层沉积的工作环境；真空室的上部设置有进气筛2，进气筛是一个多孔盘，包含多个气孔，气体从气孔中吹出；同时在其下部设置有出气筛7，是一个多孔盘，包含多个气孔，与进气筛2正对，气体从气孔中抽出，从而使得真空室内形成气流通路；当然，进气筛2与出气筛7的位置也可以对调，即进气筛2位于下部，出气筛7位于上部。

样品台6位于进气筛2与出气筛7之间，用于支撑工件，其上设置有通孔；通孔与工件5的中孔9对正，保证气流可以从通孔中穿过，样品台由耐热陶瓷材料或其他不导电不导磁材料制成。

工件5，通常带有狭长的中孔9结构，所谓的狭长，指的是孔径微小且孔深较大的形状，其中孔径为0.1mm以上(但不限于0.1mm)，孔深为100mm以下(但不限于100mm)；工件通常采用低磁或无磁硬质合金、陶瓷材料制成；工件5的数量可以为多个，且成阵列设置在样品台6上，因此能够进行大批量的加工。

加热丝3，包括上下两条支路，分别设置在工件5的上下两侧，更具体地，上支路设置在工件5的上方，下支路设置在样品台6的下方；每支加热丝与工件中孔对应的位置设置为环状线圈结构；加热丝3上施加有电压并发热，使得通过的气体分解为等离子体，并在进气筛和出气筛的作用下，等离子体具有流动方向性；由于加热丝在工件中孔对应位置采用环状线圈结构，并设置在工件5的上下两端位置，相比现有的单根加热丝，其产生的热量更为集中，可以有效促进气体分解，提高等离子体密度。

磁控环4，通常为金属导线绕制而成，工件放置在磁控环内部空间中(参见附图2和附图3)；通过控制导线内的电流变化可以控制磁控环内的磁场强度和方向。磁控环外壳由耐热陶瓷材料密封制成；并且磁控环内部空间是可调的，例如磁控环内部组件可做模块化的替换，使得内部空间可以根据工件的尺寸进行调整；从而满足不同尺寸工件的加工需求。

冷却水管8，缠绕在磁控环的外壳上；管中通冷水，对磁控环4进行冷却降温，避免磁控环过热将内部金属导线烧坏，同时也可以对内部工件进行降温。

对工件进行加工时，气体从进气筛2通入真空室1，气体流向出气筛7，途中经过加热丝分解成等离子体，由于工件中孔是样品台6区域的唯一气体通路，因此等离子体在气流带动作用下会流入工件中孔。

同时，对加热丝3上下两支施加不同的电压，将在加热丝之间形成电场，等离子体中的正负粒子在电场作用下具有一定的方向性，会在上下两支加热丝之间产生定向移动，使得等离子体流入工件中孔；并且，还可以进一步改变电压来对电场的强度进行调整，从而控制等离子体进行加速或减速。

当等离子体中的带电粒子具有一定的运动方向性时会受到磁控环4的作用，由于磁控环中的导线通有周期性变化电流，使得磁控环内部磁场具有一定的规律性；等离子体中的带电粒子受到磁力作用会接近或远离磁极，从而可以控制涂层在工件中孔的沉积。

残余气体将由出气筛7抽出。

由此可见，本方案采用了线圈加热丝、磁控环控制、样品台设置气流通道等多种改进技术，从而实现对等离子体的更好控制，因此能够实现对工件的狭长内孔表面的高质量加工。当然，以上手段也可以分别实施，同样能比现有技术取得更好的加工效果。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本方案的方法及其核心思想。应当指出，在不脱离本方案原理的前提下，还可以对本方案进行若干改进，这些改进也同样落入本方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种磁控等离子体微孔涂层装置，包括真空室(1)，其特征在于：进气筛(2)、出气筛(7)、样品台(6)、工件(5)、磁控环(4)和加热丝(3)位于真空室(1)内；其中

出气筛(7)与进气筛(2)相对设置；

样品台(6)位于进气筛(2)与出气筛(7)之间；

磁控环(4)与工件(5)位于样品台(6)上；

工件(5)具有中孔(9)结构，并放置在磁控环(4)内部；

加热丝(3)与工件(5)的中孔对应位置设置为环状线圈结构；

所述工件的数量为多个，成阵列设置在样品台上；

所述进气筛吹出的气体经过加热丝，受热分解成等离子体，等离子体在气流带动作用下流入工件中孔。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：磁控环(4)为金属导线绕制而成，导线通有周期性变化电流，使得磁控环内部产生的磁场具有规律性。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：磁控环(4)内部空间能够根据工件尺寸进行调整。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：磁控环(4)外壳缠绕有冷却水管(8)，用于对磁控环(4)进行降温。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：磁控环(4)的外壳由耐热陶瓷材料密封制成。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：样品台(6)上设置有通孔；通孔与工件(5)的中孔对正。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：工件(5)的中孔(9)为狭长结构。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：加热丝(3)包括上下两支，分别设置在工件(5)的上下两侧，其上施加有电压，在加热丝之间形成电场，并通过改变电压对电场的强度进行调整，从而对等离子体进行加速或减速。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：磁控环内部磁场对等离子体中的带电粒子发生作用，从而控制涂层在工件中孔的沉积。