CN107723669A - 柱状弧源和电弧离子镀膜装置 - Google Patents

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高文波
刘潺
夏志钢
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

本发明公开一种柱状弧源，用于电弧离子镀膜装置，该电弧离子镀膜装置包括罩设于所述柱状弧源的屏蔽罩，所述柱状弧源包括磁芯和套设于所述磁芯的靶管，所述磁芯包括磁极管和设于所述磁极管的一磁铁，所述柱状弧源还包括连接于所述靶管的传动机构，所述传动机构驱动所述靶管转动。本发明还公开一种应用该柱状弧源的电弧离子镀膜装置。本发明柱状弧源能有效提高采用该柱状弧源的电弧离子镀膜装置的镀膜效率。

Description

柱状弧源和电弧离子镀膜装置
技术领域
本发明涉及气相沉积技术领域，特别涉及一种柱状弧源及电弧离子镀膜装置。
背景技术
电弧离子镀膜膜的工作过程为：将被镀金属制成靶材，安装在靶座上，靶材接电源负极，镀膜室接电源正极，靶材前方安装引弧针，引弧针通过电阻连接于电源正极。将镀膜室抽真空，引弧针与靶材接触短路，迅速使引弧针离开靶面，在引弧针离开靶面的瞬间产生初始电弧，此时阴极靶材产生大量金属蒸气，阴极靶材附近气压增高，气体自由程缩短，形成正离子堆积的双鞘层，因此自动维持场致发射型弧光放电。在切断引弧针电路后，阴极靶材和镀膜室之间仍可自持弧光放电。场致发射的众多的微小弧斑在阴极靶材表面迅速游动，通过增加磁场可以提高上述弧斑在阴极靶材表面的移动速度，加大分散度，实现阴极靶材的均匀烧蚀。阴极靶材的金属粒子蒸发并作为离子放出，工件外加有偏压，大量上述离子在电场作用下运动至工件表面而成膜。
柱状弧源在高度方向可做成较大尺寸，适用于在大范围内获得均匀性较好的膜层，因而现有的电弧离子镀膜装置多采用柱状弧源。然而目前使用的柱状弧源多采用靶管固定、磁芯旋转的结构，该种结构的柱状弧源工作时由于靶心旋转，整个靶管360°溅射，因而只能安装在镀膜装置的中心，向位于四周的工件镀膜，一个镀膜装置只能安装一个弧源，镀膜效率低。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种柱状弧源，旨在提高采用该柱状弧源的电弧离子镀膜装置的镀膜效率。
为实现上述目的，本发明提出的柱状弧源，用于电弧离子镀膜装置，该电弧离子镀膜装置包括罩设于所述柱状弧源的屏蔽罩，所述柱状弧源包括磁芯和套设于所述磁芯的靶管，所述磁芯包括磁极管和设于所述磁极管的一磁铁，所述柱状弧源还包括连接于所述靶管的传动机构，所述传动机构驱动所述靶管转动。
优选地，所述磁极管沿轴向开设有凹槽，所述磁铁容纳于所述凹槽内，所述磁铁的一磁极正对所述磁极管，另一磁极背离所述磁极管。
优选地，所述磁极管为碳钢材质；且/或，所述磁铁为橡胶磁铁或永磁铁。
优选地，所述屏蔽罩开设有溅射口，所述磁芯形成的磁场与所述溅射口至少部分重合。
优选地，所述电弧离子镀膜装置包括真空室，所述柱状弧源设于所述真空室的内壁。
优选地，所述柱状弧源还包括分别设于所述靶管两端的第一固定座和第二固定座，所述磁芯与所述第一固定座和第二固定座均转动连接。
优选地，所述柱状弧源还包括第一端头和第二端头，所述第一端头一端连接于真空室的内壁，另一端与所述第一固定座转动连接，所述磁芯远离所述第一固定座的一端穿设所述第二固定座并连接于所述第二端头。
优选地，所述柱状弧源还包括设于靶管的同步轮，所述传动机构通过同步轮驱动所述靶管转动。
优选地，所述靶管套设有密封件，所述密封件抵持于所述第二固定座。
本发明还提出一种电弧离子镀膜装置，包括所述的柱状弧源。
本发明技术方案的屏蔽罩处于悬浮电位，与靶管等绝缘，有效避免该柱状弧源出现异常引弧现象，使得弧光稳定，本发明柱状弧源的磁芯包括磁极管和设于磁极管外壁的磁铁，该磁铁的个数为一个，单条磁铁与磁极管之间形成的力线较简单，有利于弧光的稳定，本发明的柱状弧源采用磁芯固定，靶管围绕磁芯旋转，能够实现定向溅射，因而该柱状弧源的安装位置灵活，能够安装在电弧离子镀膜装置的任意位置，更进一步地，一个电弧离子镀膜装置中能够安装多个本发明的柱状弧源，大大提高镀膜效率。此外，该柱状弧源工作时，靶管旋转，使得整个靶管表面均为溅射区域，大大提高了靶材的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明柱状弧源一实施例的结构示意图；
图2为图1柱状弧源的截面图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 柱状弧源 40 第一固定座
200 屏蔽罩 50 第二固定座
300 真空室 60 第一端头
10 磁芯 70 第二端头
11 磁极管 80 密封件
13 磁铁 90 同步轮
30 靶管
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种柱状弧源100。
参照图1至2，图1为本发明柱状弧源一实施例的结构示意图；图2为图1柱状弧源的截面图。
如图1所示，该柱状弧源100，用于电弧离子镀膜装置，该电弧离子镀膜装置包括罩设于所述柱状弧源100的屏蔽罩200，所述柱状弧源100包括磁芯10和套设于所述磁芯10的靶管30，所述磁芯10包括磁极管11和设于所述磁极管11的一磁铁13，其特征在于，所述柱状弧源100还包括连接于所述靶管30的传动机构(未图示)，所述传动机构驱动所述靶管30转动。
本发明的柱状弧源100大体呈圆柱状，磁极管11为具有中空结构的圆柱体，磁极管11的外表面开设有容纳磁铁13的凹槽，磁芯10与靶管30之间形成有间隙，磁极管11开设有连通上述间隙的孔，使得磁极管11的中空结构与上述间隙连通，当该柱状弧源100工作时会产生大量的热，冷却水在磁极管11的中空结构和磁芯10与靶管30之间的间隙循环流动，已达到冷却的目的。
本发明技术方案的屏蔽罩200处于悬浮电位，与靶管30等绝缘，有效避免该柱状弧源100出现异常引弧现象，使得弧光稳定，本发明柱状弧源100的磁芯10包括磁极管11和设于磁极管11外壁的磁铁13，该磁铁13的个数为一个，单条磁铁13与磁极管11之间形成的力线较简单，有利于弧光的稳定，本发明的柱状弧源100采用磁芯10固定，靶管30围绕磁芯10旋转，能够实现定向溅射，因而该柱状弧源100的安装位置灵活，能够安装在电弧离子镀膜装置的任意位置，更进一步地，一个电弧离子镀膜装置中能够安装多个本发明的柱状弧源100，大大提高镀膜效率。此外，该柱状弧源100工作时，靶管30旋转，使得整个靶管30表面均为溅射区域，大大提高了靶材的利用率。
所述磁极管11沿轴向开设有凹槽，所述磁铁13容纳于所述凹槽内，所述磁铁13的一磁极正对所述磁极管11，另一磁极背离所述磁极管11。该种设置方式，使得磁铁13与磁极管11之间形成的力线较简单，有利于弧光的稳定。
所述磁极管11为碳钢材质；且/或，所述磁铁13为橡胶磁铁或永磁铁。本发明的磁铁13无拼接，磁场强度均匀性较好。
为便于靶管30表面形成的离子溅射到工件上，所述屏蔽罩200开设有溅射口，所述磁芯10形成的磁场与所述溅射口至少部分重合。
进一步地，整个柱状弧源100均容纳于屏蔽罩200内，且屏蔽罩200内的接地螺丝均采用绝缘材料包裹，以避免异常引弧现象。
所述电弧离子镀膜装置包括真空室300，所述柱状弧源100设于所述真空室300的内壁。
可以理解地，该柱状弧源100还可设于真空室300的其他区域。
所述柱状弧源100还包括分别设于所述靶管30两端的第一固定座40和第二固定座50，所述磁芯10与所述第一固定座40和第二固定座50均转动连接。第一固定座40和第二固定座50用于安装固定靶管30和磁芯10，为便于靶管30相对磁芯10转动，磁芯10与第一固定座40、第二固定座50均转动连接。
所述柱状弧源100还包括第一端头60和第二端头70，所述第一端头60一端连接于真空室300的内壁，另一端与所述第一固定座40转动连接，所述磁芯10远离所述第一固定座40的一端穿设所述第二固定座50并连接于所述第二端头70。
本发明技术方案的第一端头60和第二端头70用于将柱状弧源100固定于真空室300的内壁，且对靶管30和磁芯10形成支撑作用。
进一步地，第二端头70作为传动引入端，所述柱状弧源100还包括设于靶管30的同步轮90，所述传动机构通过同步轮90驱动所述靶管30转动。
第二端头70还作为电力引入端，第一端头60、第二端头70、磁芯10和靶管30是同一单位，连接电源的负极，并且与真空室300绝缘。
为防止磁芯10和靶管30内的冷却水发生泄漏，所述靶管30套设有密封件80，所述密封件80抵持于所述第二固定座50。
可以理解地，该密封件80为空心磁流体或密封圈。
本发明还提出一种电弧离子镀膜装置，包括所述的柱状弧源100，该柱状弧源100的具体结构参照上述实施例，由于本电弧离子镀膜装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种柱状弧源，用于电弧离子镀膜装置，该电弧离子镀膜装置包括罩设于所述柱状弧源的屏蔽罩，所述柱状弧源包括磁芯和套设于所述磁芯的靶管，所述磁芯包括磁极管和设于所述磁极管的一磁铁，其特征在于，所述柱状弧源还包括连接于所述靶管的传动机构，所述传动机构驱动所述靶管转动。
2.如权利要求1所述的柱状弧源，其特征在于，所述磁极管沿轴向开设有凹槽，所述磁铁容纳于所述凹槽内，所述磁铁的一磁极正对所述磁极管，另一磁极背离所述磁极管。
3.如权利要求1所述的柱状弧源，其特征在于，所述磁极管为碳钢材质；且/或，所述磁铁为橡胶磁铁或永磁铁。
4.如权利要求1所述的柱状弧源，其特征在于，所述屏蔽罩开设有溅射口，所述磁芯形成的磁场与所述溅射口至少部分重合。
5.如权利要求1-4任一项所述的柱状弧源，其特征在于，所述电弧离子镀膜装置包括真空室，所述柱状弧源设于所述真空室的内壁。
6.如权利要求5所述的柱状弧源，其特征在于，所述柱状弧源还包括分别设于所述靶管两端的第一固定座和第二固定座，所述磁芯与所述第一固定座和第二固定座均转动连接。
7.如权利要求6所述的柱状弧源，其特征在于，所述柱状弧源还包括第一端头和第二端头，所述第一端头一端连接于真空室的内壁，另一端与所述第一固定座转动连接，所述磁芯远离所述第一固定座的一端穿设所述第二固定座并连接于所述第二端头。
8.如权利要求6所述的柱状弧源，其特征在于，所述柱状弧源还包括设于靶管的同步轮，所述传动机构通过同步轮驱动所述靶管转动。
9.如权利要求6所述的柱状弧源，其特征在于，所述靶管套设有密封件，所述密封件抵持于所述第二固定座。
10.一种电弧离子镀膜装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的柱状弧源。
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