CN108165935B - 非接触式自动引弧系统及引弧方法 - Google Patents

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    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation

Abstract

本发明公开的非接触式自动引弧系统，包括圆环形且内部中空的屏蔽板、靶材、接触器、弧电源、真空室、电极控制电源和辅助电源，靶材穿过屏蔽板中心安装在靶座上，屏蔽板外圆周方向上均匀设置有三个引弧电极，接触器包括常开端和电磁线圈，常开端的一端连接交流电源，另一端并联辅助电源和电极控制电源，辅助电源的输出端分别连接到靶材和屏蔽板，电极控制电源的输出端分别连接到引弧电极和屏蔽板，接触器的电磁线圈一端连接靶材，另一端连接真空室，负极与靶材相连。本发明的非接触式自动引弧系统具有结构简单，解决了传统引弧装置中需较高的引弧电压和结构复杂的问题，成本低廉，安装和维护容易，提高了工作效率，有一定的社会经济效益。

Description

非接触式自动引弧系统及引弧方法
技术领域
本发明属于电弧离子镀技术领域，涉及一种非接触式自动引弧系统，还涉及一种用于非接触式自动引弧系统的引弧方法。
背景技术
电弧离子镀技术是将电弧技术应用于真空镀膜中，在真空环境下利用电弧蒸发靶材，实现镀膜的过程，具有沉积能量大、沉积速率快与制备膜层致密度高的特点，该技术是以被镀材料为阴极，在真空中产生弧光放电，利用等离子体运行沉积镀膜的一种技术，该技术已经被广泛应用于工业生产中。电弧引弧装置主要分为接触式引弧和非接触式引弧两种：1)接触式引弧装置，到目前为止，在工业生产中大多都采用机械式接触引弧，该引弧装置具有起弧成功率高，结构简单和对引弧电源要求低等优点。但是，也具有许多弊端，如在引弧过程中，引弧电极和阴极靶容易发生粘连，产生粘弧现象，导致引弧工作无法完成；并且容易造成薄膜层材料不纯，这些缺点限制了该技术在工业生产和高质量薄膜中的广泛应用；2)非接触式引弧方式，是将引弧电极与阴极靶材分离，通过给引弧电极施加高压脉冲，使引弧电极和阴极靶材之间产生放电，从而激发出靶源离子，离子在磁场作用下沉积在基片上实现镀膜。李刘合等研究人员设计了一种非接触式的引弧器，能够实现靶材的自动引弧，但是其引弧方式为间断式引弧，一次引弧失败后会自动关闭高压脉冲，需要重新开启脉冲信号，这样大大降低了起弧效率，而且多次引弧可能会将引弧材料的离子带入真空室污染膜层。
接触式缺陷：在引弧极与阴极靶的接触点处，靶材上会形成熔融坑，影响薄膜的制备；靶材材料容易聚集在引弧电极上，使得引弧极的端部变大，在引弧时，容易导致粘弧或者烧坏引弧装置及引弧电源；引弧电极材料可能会随着靶材离子的电离沉积到样品表面，影响薄膜层材料的纯度；随着靶材的消耗，需要经常拆下引弧装置进行引弧电极的清理，并重新调整引弧电极与阴极靶之间的距离，距离不合适将导致不起弧或者粘弧，影响薄膜的制备。
非接触式缺陷：该引弧装置是利用引弧针的尖端放电引燃阴极靶，但是引弧针的尖端断面截面积太小，导致放电功率较小，并且需要很高的脉冲高压，该装置是通过引弧针释放高压击穿真空中的溅射气体引燃阴极靶，在高真空条件下，气体稀薄，引燃阴极靶的成功率较低。引弧装置结构复杂，需要经常维护引弧针和调整引弧针与阴极靶之间的距离。
发明内容
本发明的目的是提供非接触式自动引弧系统，解决了现有技术中存在的需要较高的引弧电压和结构复杂的问题。
本发明的目的还在于提供非接触式自动引弧系统的引弧方法。
本发明采用的第一种技术方案是，非接触式自动引弧系统，包括圆环形且内部中空的屏蔽板、靶材、接触器、弧电源、真空室、电极控制电源和辅助电源，靶材穿过屏蔽板中心安装在靶座上，屏蔽板外圆周方向上均匀设置有三个引弧电极，
接触器包括常开端和电磁线圈，常开端的一端连接交流电源，另一端并联辅助电源和电极控制电源的输入端，
辅助电源的输出端分别连接到靶材和屏蔽板，
电极控制电源的输出端分别连接到引弧电极和屏蔽板，
接触器的电磁线圈一端连接靶材，另一端连接真空室，
弧电源的正极连接到真空室，负极与靶材相连，
引弧电极外壁上安装有绝缘套。
本发明的特点还在于，
电极控制电源包括依次串联的延时器、稳压电源和脉冲触发器，延时器连接到接触器的常开端，脉冲触发器一端与引弧电极相连，另一端与屏蔽板连接。
辅助电源包括依次串联的变压器、整流模块和储能环节，变压器连接到接触器的常开端，储能环节一端与屏蔽板相连，另一端与靶材相连接。
真空室接地。
本发明采用的第二种技术方案是，非接触式自动引弧系统的引弧方法，具体步骤如下：
在高真空条件下，电弧灭弧时，弧电源的电压升高，当弧电源的电压升高至接触器的吸合电压时，接触器吸合，交流电压通过接触器同时加到延时器和变压器上，交流电经过变压器升压和整流模块整流后对储能环节充电，并在屏蔽板与靶材之间形成高电场；经过延时器的延时后，交流电通过稳压电源使脉冲触发器产生高压脉冲，在引弧电极和屏蔽板之间产生高压放电，由于高电场的作用，屏蔽板和靶材之间形成导电通道，最终引燃靶材。
本发明的有益效果是，本发明的非接触式自动引弧系统及具有结构简单，成功解决了传统引弧装置中需要较高的引弧电压和结构复杂的技术难题，成本低廉，安装和维护都比较容易，提高了工作效率；在本引弧装置中，屏蔽板相当于辅助阳极，起到稳弧的作用。针对多弧离子镀发展期的火热状态，该产品可以很快的占有市场，具有一定的社会经济效益。
附图说明
图1是本发明的非接触式自动引弧系统的结构示意图；
图2是本发明的非接触式自动引弧系统的屏蔽板结构示意图。
图中，1.屏蔽板，2.辅助电源，3.靶材，4.绝缘套，5.引弧电极，6.电极控制电源，7.真空室，8.接触器，9.延时器，10.稳压电源，11.脉冲触发器，12.变压器，13.整流模块，14.储能环节，15.弧电源。
具体实施方式
本发明提供非接触式自动引弧系统结构如图1所示，包括圆环形且内部中空的屏蔽板1、靶材3、接触器8、弧电源15、真空室7、电极控制电源6和辅助电源2，靶材3穿过屏蔽板1中心安装在靶座上，屏蔽板1外圆周方向上均匀设置有三个引弧电极5，
接触器8包括常开端和电磁线圈，常开端的一端连接交流电源，另一端并联辅助电源2和电极控制电源6的输入端，
辅助电源2的输出端分别连接到靶材3和屏蔽板1，
电极控制电源6的输出端分别连接到引弧电极5和屏蔽板1，
接触器8的电磁线圈一端连接靶材3，另一端连接真空室7，
弧电源15的正极连接到真空室7，负极与靶材3相连，
引弧电极5外壁上安装有绝缘套4。
电极控制电源6包括依次串联的延时器9、稳压电源10和脉冲触发器11，延时器9连接到接触器8的常开端，脉冲触发器11一端与引弧电极5相连，另一端与屏蔽板1连接。
辅助电源2包括依次串联的变压器12、整流模块13和储能环节14，变压器12连接到接触器8的常开端，储能环节14一端与屏蔽板1相连，另一端与靶材3相连接。
真空室7接地。
将引弧电极5安装在陶瓷绝缘套4上并用紧固螺母将电极5与陶瓷绝缘套4固定在一起；如图2所示，将固定好的引弧电极5间隔120度依次安装在屏蔽板1上，固定好电极的屏蔽板1安装在靶材3的靶座上，最后，将电极控制电源6与屏蔽板1和引弧电极5相连，将辅助电源2与屏蔽板1和靶材3相连接，完成引弧装置的安装。
非接触式自动引弧系统的引弧方法，具体实施方式如下：
本装置是利用介质阻挡放电的原理，在高真空条件下，电弧灭弧时，弧电源15的电压升高，当弧电源15的电压升高至接触器8的吸合电压时，接触器8吸合，220V交流电通过接触器8同时加到延时器9和变压器12上，220V交流电经过变压器12升压和整流模块13整流后对储能环节14充电，并在屏蔽板1与靶材3之间形成高电场；由于时间延时器9的存在，在经过一段时间的延时后，220V交流电通过稳压电源10使脉冲触发器11产生高压脉冲，在引弧电极5和屏蔽板1之间产生高压放电。当引弧电极5与屏蔽板1之间放电时，由于高电场的作用，使得屏蔽板1和靶材3之间形成导电通道，最终引燃靶材3。

Claims (4)

1.非接触式自动引弧系统，其特征在于，包括圆环形且内部中空的屏蔽板(1)、靶材(3)、接触器(8)、真空室(7)、弧电源(15)、电极控制电源(6)和辅助电源(2)，所述靶材(3)穿过屏蔽板(1)中心安装在靶座上，所述屏蔽板(1)外圆周方向上均匀设置有三个引弧电极(5)，
所述接触器(8)包括常开端和电磁线圈，所述常开端的一端连接交流电源，另一端并联辅助电源(2)和电极控制电源(6)的输入端，
所述辅助电源(2)的输出端分别连接到靶材(3)和屏蔽板(1)，
所述电极控制电源(6)的输出端分别连接到引弧电极(5)和屏蔽板(1)，
所述接触器(8)的电磁线圈一端连接靶材(3)，另一端连接真空室(7)，
所述弧电源(15)的正极连接到真空室(7)，负极与靶材(3)相连，
所述引弧电极(5)外壁上安装有绝缘套(4)，
所述辅助电源(2)包括依次串联的变压器(12)、整流模块(13)和储能环节(14)，所述变压器(12)连接到接触器(8)的常开端，所述储能环节(14)一端与屏蔽板(1)相连，另一端与靶材(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的非接触式自动引弧系统，其特征在于，所述电极控制电源(6)包括依次串联的延时器(9)、稳压电源(10)和脉冲触发器(11)，所述延时器(9)连接到接触器(8)的常开端，所述脉冲触发器(11)一端与引弧电极(5)相连，另一端与屏蔽板(1)连接。
3.根据权利要求1所述的非接触式自动引弧系统，其特征在于，所述真空室(7)接地。
4.如权利要求1-3任一项所述的非接触式自动引弧系统的引弧方法，其特征在于，具体步骤如下：
在高真空条件下，电弧灭弧时，弧电源(15)的电压升高，当弧电源(15)的电压升高至接触器(8)的吸合电压时，接触器(8)吸合，交流电通过接触器(8)同时加到延时器(9)和变压器(12)上，交流电经过变压器(12)升压和整流模块(13)整流后对储能环节(14)充电，并在屏蔽板(1)与靶材(3)之间形成高电场；经过延时器(9)的延时后，交流电通过稳压电源(10)使脉冲触发器(11)产生高压脉冲，在引弧电极(5)和屏蔽板(1)之间产生高压放电，由于高电场的作用，屏蔽板(1)和靶材(3)之间形成导电通道，最终引燃靶材(3)。
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