CN108486533A - 一种用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置 - Google Patents

Abstract

一种用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置，包括进气管、充气管和锁紧螺母，进气管贯穿安装于真空室壁，进气管位于真空室壁内侧的一端为直角结构，进气管位于真空室壁内侧的一端通过锁紧螺母连接充气管。充气管包括带有排气孔的充气管内层和充气管外层。本发明的用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置，充气装置放置在真空室内的侧面，位置对称，充气装置可以自由旋转，自由固定位置来达到使空心阴极枪工作的时候，被镀工件附近气体均匀分布，使下层镀膜质量也达到要求，废品率非常低；充气管采用双层结构，使气体混合更加均匀，提高了镀膜质量。

Description

一种用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置

技术领域

本发明涉及真空镀膜设备领域，尤其涉及一种真空镀膜设备用充气装置。

背景技术

微型刀具离子镀膜设备采用的是空心阴极电离子镀技术（Honow CathodeDischarge）（简称HCD），它是在空心热阴极离子电子束技术和离子镀技术的基础上发展起来的一种薄膜沉积工艺。该技术从1972年Moley和Smith首创后，目前已成功地用于装饰、刀具、模具、超高真空部件等特种镀层工艺中。

空心阴极放电离子镀，是利用空心热阴极放电产生等离子电子束对膜材熔化，使其蒸发电离而进行制备薄膜的；它是由真空镀膜室、真空系统、充气系统、真空和膜厚测量、电气控制及电源等几部分所组成。装置的主体部分真空镀膜室是由一个水平放置的HCD枪、水冷铜坩埚和加负电位的转动工件架和沉积基体等构件所组所。HCD枪发射的等离子电子束经聚焦后在偏转磁场作用下偏转90℃，在坩埚集束磁场作用下使束径收缩聚焦于坩埚之中，将金属离子化成为“金属蒸气”，从而均匀附着在被镀工件表面达到镀膜要求。

HCD离子镀装置中，等离子体电子束不仅是热源用来气化膜材，而且在金属蒸气通过等离子体电子束区域时，受高密度电子流中的电子碰撞而使膜材蒸气离化。因此空心阴极枪即是膜材气化的热源又是蒸发粒子的离化源。HCD枪发出的是数十电子伏，数百安培的电子束。由气体放电理论可知，能量为50～150eV的低能电子原子碰撞电离的效率比能量为keV的高能电子要高1-2个数量级，其电子束流又比其他离子镀方法高100倍，因此HCD法中的离化率可达到22%～40%，其离子流密度可达(1～9)×1015离子/cm2·S-1。比其他离化方式高1-2个数量级， 同时，在蒸镀过程中含有大量的高速中性粒子，其数量也比其它离子镀方法中高2-3个数量级。这是由于没有离化的气体原子和金属蒸气原子，在通过等离子电子束时，与上述金属离子发生对称共振型电荷交换碰撞而产生的，即：

M+(高速粒子)+M(热运动原子)=Mo(高速中性粒子)+Mo(低速离子)

式中的低速离子Mo被电场加速后能量变高，再重复上述过程，结果使每个粒子一般均可带几个到几十个eV的能量。其结果，即使是在低的基片偏压下，由于大量离子和高速中性粒子轰击的效果也可起到较好的溅射清洗作用。这些能量较高的离子和中性粒子共同作用于基片表面，使其获得高密度的能量，从而改变了基片表面成膜的物理条件，有可能促进膜材与基片的分子原子间的结合或增强相互间的扩散等作用。因此，应用HCD装置所获得的膜层具有较好的附着力，膜层均匀致密，并可制备钛、铬、钼等单一的金属镀层。同时也可以在这种装置中引入氮、乙炔等反应气体制备化合物镀层，如TiN、TiC、CrN等。

同类空心阴极充气都是在阴极枪周围有一个或者多个充气口，充气并不均匀，气体主要集中在真空室上半部分，而下半部分的工作气体不足，造成离子镀膜质量上优下劣，真空室下部镀膜达不到成品要求；并且普通充气管匹配镀膜工艺对位置不能进行调整的功能，充气管提供给工具周围的气体均匀度不同，导致离子镀膜质量降低。现有空心阴极设备中，最大镀膜难点是炉体内气体的不均匀分布使得镀膜工艺困难，镀膜质量不均匀，如果把空心阴极炉体分为上中下三层，上层镀膜质量最好，中层刚刚达到镀膜工艺要求，下层一般达不到镀膜工艺要求。

发明内容

为了解决现有真空镀膜设备充气装置存在的上述问题，本发明提供了一种用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置，包括进气管、充气管和锁紧螺母，进气管贯穿安装于真空室壁，进气管位于真空室壁内侧的一端为直角结构，进气管位于真空室壁内侧的一端通过锁紧螺母连接充气管。

所述充气管包括带有排气孔的充气管内层和充气管外层。

所述进气管位于真空室壁外侧的一端通过锁紧卡子连接联接头。

本发明的用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置，充气装置放置在真空室内的侧面，位置对称，充气装置可以自由旋转，自由固定位置来达到使空心阴极枪工作的时候，被镀工件附近气体均匀分布，使下层镀膜质量也达到要求，废品率非常低；充气管采用双层结构，使气体混合更加均匀，提高了镀膜质量。

附图说明

图1是本发明离子镀膜机俯视结构图。

图2是图1的部分结构图。

图3是本发明用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置侧视结构图。

图4是本发明用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置主视结构图。

图5是本发明用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置充气管结构图。

图6是本发明用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置旋转轨迹示意图。

图中：1、过滤弧固定装置，2、充气装置，3、刀具夹具盘，4、刀具夹具盘外沿分度圆，5、炉体焊接，6、衬板，7、充气管，8、锁紧螺母，9、进气管，10、真空室壁，11、锁紧卡子，12、联接头，13、充气管内层，14、充气管外层，15、总进气口。

具体实施方式

本发明的用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置结构如图3-6所示，包括进气管9、充气管6和锁紧螺母8，进气管9贯穿安装于真空室壁10，进气管9位于真空室壁10内侧的一端为直角结构，进气管10位于真空室壁10内侧的一端通过锁紧螺母8连接充气管7。 充气管7包括带有排气孔的充气管内层13和充气管外层14。所述进气管10位于真空室壁10外侧的一端通过锁紧卡子5连接联接头12。

图1为空心阴极多功能离子镀膜机。分布三个过滤弧和一个HCD阴极枪。充气装置2在这台设备上对称分布，避开加热管等，分布在了这两个位置上，通过可以灵活转动的充气管7来调整充气位置，既可以满足过滤弧的正常使用，又完全混合气体节省了一个混气罐的成本。又能在空心阴极离子镀膜的时候(不同时使用过滤弧)，将充气装置调整到靠近刀具夹具盘3处，提供均匀充足的氩气，提高真空室炉内下层刀具的镀膜质量，降低废品率。

如图2所示，这个充气管7在虚线处时是位置一，这时它可以提供给过滤弧工作使用混合气体。当过滤弧停用，单独使用HCD枪工作的时候充气装置处于实线处，此时为位置二，位置一和位置二夹角在30度左右，这个空间是可以任意调整的，这个调整位置按实际工艺来决定，较为灵活方便，大大增加了对于镀膜表面质量的可控性，从而达到不同环境下（使用过滤弧镀普通刀具，或者使用阴极枪离子镀微型刀具时）任意调整镀膜表面质量和工艺要求。

充气过程：工作气体从联接头12进入，通过9进气管进入充气管7，初混合是在进气管9中进行，中等混合是在充气管内层13中进行。通过气压作用充分混合是在充气管内层13和充气管外层14之间进行，充分混合之后就通过充气管外层14上的排气孔进入真空室参与镀膜。

旋转过程：通过锁紧螺母8的调节锁紧，可以使充气管7进行360度自由旋转。在该实施例中可以旋转角度被限制到了30度之间，足够保证两种环境下的任一镀膜要求。

气体混合过程：外部工作气体进入到进气管9处达到了初混合。由于压力作用继续前进，进入充气管内层13部分，此时初混合完成，已混合但不均匀。通过压力作用，继续前进，进入内外两层之间，此时由于压力和气流作用，两种或多种气体达到了充分混合，再由于压作用，通过充气管外层14最后进入真空室参与镀膜工作。充分混合的气体，能完全达到镀膜要求，提高镀膜表面质量。

如图（俯视图）所示，充气装置受限于我设计的镀膜机尺寸，在这真空室里，如果不安装转架时，它的可旋转角度是160度。如果安装转架后，实际工作角度是30度。这区区的30度就完全能满足两种镀膜环境。可以任意调整位置。并且调整位置来避免转架与它干涉，避免碰撞。

如图5所示，充气装置在位置一时（实线处）可以最大限度接近装被镀膜工件。这时阴极枪工作，可以大大提高真空室中下部被镀膜工件的表面质量。充气装置在位置二时（左侧虚线处）可以最大限度接近装过滤弧。当过滤弧工作的时候，阴极枪停止工作，充气装置将充分混合好的工作气体就在过滤弧口附近释放，这样可以最大限度提高靶材的利用率，提高被镀膜工件的表面质量。

如图6所示，充气装置自由旋转角度是360度。可以通过松开锁紧螺母8，来任意调整充气装置的位置，确定充气管7位置，然后锁紧螺母8，这样操作可以按实际环境下调整位置，可以达到在几个工作位置来回变换，方便灵活。

本发明设计出了一个可以在炉内自由旋转角度，用于调节与过滤弧距离，从而调节与被镀工具夹具盘距离，来提高镀膜质量，大大节省离子镀工艺成本。

此装置还兼备混合气体的功能，多种气体进入第一层管进行初混合，之后进入第二层管进行充分混合。之后排出充气管提供镀膜环境，使镀膜环境均匀纯净提高镀膜质量，节省了一个混气罐装置。

也可以最大范围靠近自转轴工件夹具盘（此时微钻头装夹在夹具盘上）。当空心阴极枪工作的时候，被镀物周围需要均匀且充分分布的氩气，充气装置尽量靠近夹具盘或者处于适当位置是非常重要的。它的可旋转调整最大限度提高镀膜质量的可控性，提高离子镀膜表面质量。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置，其特征在于：包括进气管（9）、充气管（7）和锁紧螺母（8），进气管（9）贯穿安装于真空室壁（10），进气管（9）位于真空室壁（10）内侧的一端为直角结构，进气管（9）位于真空室壁（10）内侧的一端通过锁紧螺母（8）连接充气管（7）。

2.根据权利要求1所述的一种用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置，其特征在于：所述充气管（7）包括带有排气孔的充气管内层（13）和充气管外层（14）。

3.根据权利要求1所述的一种用于微型刀具离子镀膜设备的充气装置，其特征在于：所述进气管（9）位于真空室壁（10）外侧的一端通过锁紧卡子（11）连接联接头（12）。