CN109457222A - 高温真空蒸发离化镀膜装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为高温真空蒸发离化镀膜装置及其操作方法，涉及镀膜技术领域，包括高温真空密闭的炉体，设于炉体内部的蒸发源，一端伸入炉体内部的电子枪，所述电子枪发射出的电子束射入蒸发源内使得镀层金属蒸发；所述电子枪包括金属套管、可自持放电的中空钽管；所述中空钽管与金属套管之间还设置有导通连接两者的固定锁母；所述金属套管进气口处插设有用于通入工作气体的气体通管；所述蒸发源与电子枪分别与电源的正极、负极连接。本发明拓宽了电子枪的使用范围，加大了蒸镀的功能涂层的适用领域，并且本发明的装置可以大大增加了工作气体的电离效率。
Description
技术领域
本发明涉及镀膜技术领域，具体是高温真空蒸发离化镀膜装置及其操作方法。
背景技术
现有技术中，物理方法产生薄膜材料的技术，在真空室内材料的原子从加热源离析出来打到被镀物体的表面上，在材料表面镀功能涂层。此项技术最先用于生产光学镜片，如航海望远镜镜片等。现有技术中的蒸发镀膜仅适用低温状态下，用于在非金属表面镀膜，对于较高温度下对工件的镀膜的设备或是方法还未见有相关报道。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供高温真空蒸发离化镀膜装置及其操作方法。
为了实现本发明的一个目的，本发明采用了以下技术方案：高温真空蒸发离化镀膜装置，包括高温真空密闭的炉体、设于炉体内部的蒸发源、电子射出端伸入炉体内部的电子枪，所述电子枪发射出的电子束射入蒸发源内使得镀层金属蒸发；所述电子枪包括金属套管与可自持放电的中空钽管；所述中空钽管一端通过固定锁母与金属套管端部导通连接，另一端用于射出电子束；所述金属套管进气口处插设有用于通入工作气体的气体通管；所述蒸发源与电子枪分别与电源的正极、负极电性连接；所述炉体内设有待镀件。
作为优选的，所述金属套管内还设置有用于对气体通管进行冷却的冷却回路；所述蒸发源底部设置有水冷回路。
作为优选的，位于炉体内部的所述金属套管的管身套设有设有用于与炉体绝缘的绝缘套管，金属套管的端部设有与金属套管不相接触的保护套；所述保护套与金属套管间设有连接两者并用于防止两者短接的陶瓷绝缘子。
作为优选的，所述保护套为一端密封的筒状；保护套套设在金属套管端部，并于开口处与绝缘套管封接。
作为优选的，所述金属套管为铜制材料；所述气体通管为铜制材料；所述工作气体为氩气，或是氩气与氧气、氮气、乙炔三者中的至少一种组成的混合气体；所述蒸发源为装载有至少一种镀层金属的坩埚；所述绝缘套管为玻璃管；所述保护套为铜制材料；所述固定锁母为钼金属材料。
作为优选的，所述坩埚设置有至少一个用于放置镀层金属的凹槽；自持放电后的所述中空钽管射出电子束的一端指向任意一个凹槽；所述坩埚底部设有一端延伸出炉体外的转轴。所述转轴或是坩埚与电源的正极连接。
作为优选的，所述凹槽内放置的镀层金属为过渡金属或过渡金属的合金；例如，Ti、TiAl、TiAlSi、CrAl、CrALSi、Cr、Zr中的至少一种。
本发明的另一个目的在于提供高温真空蒸发离化镀膜装置的操作方法，包括以下步骤：1)、控制炉体内真空度为3x10-1～9x10-1Pa，控制温度为300～450℃；由气体通管向密闭炉体内通入氩气，待炉体内部的气压达到设定值时；打开电源，电源产生2700～3300V的脉冲电压，高压作用下钽管内部的氩气被电离成氩离子和电子；
2)、氩离子随气流进入钽管内，待钽管红热后，氩气被不断的电离，氩离子和电子作用于钽管内壁，钽管形成持续稳定的自持放电，氩气被不断电离；钽管自持放电，发出的电子束打入坩埚内的镀层金属，坩埚内温度升高至镀层金属吸热后蒸发，对炉体内的待镀件进行镀层；
3)钽管放电稳定后，控制电压/电流均为恒定值。
作为优选的，步骤3)中稳定后的所述电压为50V～60V，电流80A～250A；步骤2)中所述坩埚内温度高于1700℃；步骤1)中的脉冲电压最优为3000V。
本发明的有益效果在于：本发明的炉体内的温度为300～450℃，相较于现有的蒸镀条件中的温度为小于200℃。进一步提高拓宽了电子枪的使用范围，加大了蒸镀的功能涂层的适用领域，并且本发明的装置可以大大增加了工作气体的电离度。
坩埚底部设有的转轴，可以带动坩埚旋转，旋转坩埚的引入完美地解决了多层复合涂层的镀制方案，使多层膜之间的过渡层呈现规律性的梯度分层，减小了各涂层之间的内应力，增加了镀层金属附着的稳定性。
由于钽金属和钼金属物性相似，钼金属材料制得的固定锁母可有效延长钽管于高温放电情况下的使用寿命。
与现有技术中经常使用的金属钨丝作为放电材料，本发明的钽管的产生的电流强度远远高于钨丝产生的电流强度。
铜制的保护套用于防止杂质落于金属套管上，并使用陶瓷绝缘子架接在保护套与金属套管间，用于防止两者短接。
脉冲电压作用后，待电流、电压稳定的情况下钽管仍然能持续放电，节约了电能，提高了效率，并且能持续发出能蒸发镀膜金属的电子束；并且稳定的电压为50V～60V，电流80A～250A，通过调试使其不会对误碰到装置的人体造成电击的危害，提高装置的安全度。
附图说明
图1为本发明高温真空蒸发离化镀膜装置的结构示意图；
图2为本发明高温真空蒸发离化镀膜装置镀膜时的示意图；
图3为图1中A处的放大图。
1-炉体；
2-蒸发源、21-坩埚、22-转轴；
3-电子枪、31-金属套管、32-中空钽管、33-气体通管、34-冷却回路、35-绝缘套管、36-保护套、37-固定锁母、38-陶瓷绝缘子；
4-待镀件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明：
实施例1
如图1-3所示的，高温真空蒸发离化镀膜装置，包括高温真空密闭的炉体1，其炉体1内部挂设有待镀膜的工具、金属、模具等的待镀件4；其待镀件4的底部设有蒸发源2，蒸发源2内部装有镀层金属。炉体1的炉身上设有一端伸入炉体1内部的电子枪3，所述电子枪3发射出的电子束射入蒸发源2内使得镀层金属蒸发；
所述电子枪3包括金属套管31、可自持放电的中空钽管32；所述中空钽管32一端通过钼金属材料制得的固定锁母37与金属套管31端部导通连接，另一端指向坩埚21用于射出电子束；所述金属套管31进气口处插设有用于通入氩气，或是氩气和氧气、氮气、乙炔三者反应气体的的混合气体的气体通管33；所述蒸发源2与电子枪3分别与电源的正极、负极电性连接。
实施例2
在实施例1的基础上，所述金属套管31的管身套设有用于金属套管31与炉体1之间绝缘的绝缘套管35，位于炉体1内部的金属套管31端部设有与金属套管31不相接触的保护套36。所述金属套管31为铜制材料；所述气体通管33为铜制材料；所述中空钽管32为中空的钽管；所述蒸发源2为装载有至少一种镀层金属的坩埚21；所述绝缘套管35为玻璃管；所述保护套36由金属铜制得。
实施例3
在实施例1的基础上，所述金属套管31内还设置有与气体通管33平行的冷却回路34。冷却回路34用于冷却，防止内部温度过高而击穿金属导管造成电子枪3的损坏；所述的蒸发源2的底部设有水冷回路，通过转轴22通至坩埚21底部，用于坩埚21的冷却，防止坩埚21的组成金属也发生蒸发，对其坩埚21造成损坏。
电子枪3与炉体1的交界处或是交界处的前后临近区域设置有密闭结构。
实施例4
在实施例2的基础上，所述保护套36为一端密封的筒状，保护套36套设在金属套管31位于炉体1内部的一端的端部，保护套36于开口处内壁与绝缘套管35的外壁进行封接。所述转轴22或是坩埚21与电源的正极连接
实施例5
在实施例2的基础上，所述坩埚21设置有至少一个用于放置镀层金属的凹槽；自持放电后的所述中空钽管32射出电子束的一端指向任意一个凹槽；所述坩埚21底部设有一端延伸出炉体1外的转轴22；所述保护套36与金属套管31间设有用于防止两者短接的陶瓷绝缘子38。所述凹槽内放置的镀层金属为过渡金属或过渡金属的合金；优选地，为Ti、TiAl、TiAlSi、CrAl、CrALSi、Cr、Zr中的至少一种。
本发明还提供了一种高温真空蒸发离化镀膜装置的操作方法，包括以下步骤：
1)、控制炉体内真空度为3x10-1～9x10-1Pa，控制温度为300～450℃；由气体通管向密闭炉体内通入氩气，待炉体内部的气压达到设定值时；打开电源，电源产生2700～3300V的脉冲电压，高压作用下钽管内部处的氩气被电离成氩离子和电子；
2)、氩离子随气流进入钽管内，待钽管红热后，氩气被不断的电离，氩离子和电子作用于钽管内壁，钽管形成持续稳定的自持放电，氩气被不断电离；钽管自持放电，发出的电子束打入坩埚内的镀层金属，坩埚内温度升高至镀层金属吸热后蒸发，对炉体内的待镀件进行镀层；
3)钽管稳定后控制电压/电流均为恒定值。
除此之外，氩气和其他工作气体的混合气体也是与上述过程相同。
最优地，步骤3)中稳定后的所述电压为50V～60V，电流80A～250A；步骤2)中所述坩埚内温度高于1700℃；步骤1)中的脉冲电压最优为3000V
以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.高温真空蒸发离化镀膜装置，包括高温真空密闭的炉体(1)，设于炉体(1)内部的蒸发源(2)，电子射出端伸入炉体(1)内部的电子枪(3)，其特征在于：所述电子枪(3)发射出的电子束射入蒸发源内使得镀层金属蒸发；所述电子枪(3)包括金属套管(31)与可自持放电的中空钽管(32)；所述中空钽管(32)一端与金属套管(31)端部导通连接，另一端用于射出电子束；所述中空钽管(32)与金属套管(31)之间还设置有导通连接两者的固定锁母(37)；所述金属套管(31)进气口处插设有用于通入工作气体的气体通管(33)；所述蒸发源(2)与电子枪(3)分别与电源的正极、负极电性连接。
2.根据权利要求1所述的高温真空蒸发离化镀膜装置，其特征在于：所述金属套管(31)还设置有用于对气体通管(33)进行冷却的冷却回路(34)；所述蒸发源(2)底部设置有水冷回路。
3.根据权利要求1所述的高温真空蒸发离化镀膜装置，其特征在于：所述金属套管(31)的管身套设有用于与炉体(1)绝缘的绝缘套管(35)，金属套管(31)的端部设有与金属套管(31)不相接触的保护套(36)；所述保护套(36)与金属套管(31)间设有连接两者用于防止两者短接的陶瓷绝缘子(38)。
4.根据权利要求3所述的高温真空蒸发离化镀膜装置，其特征在于：所述保护套(36)为一端密封的筒状，套设在金属套管(31)位于炉体(1)内部一端，保护套(36)于开口处与绝缘套管(35)封接。
5.根据权利要求3所述的高温真空蒸发离化镀膜装置，其特征在于：所述金属套管(31)为铜制材料；所述气体通管(33)为铜制材料；所述工作气体为氩气，或是氩气与氧气、氮气、乙炔三者中的至少一种组成的混合气体；所述蒸发源(2)为装载有至少一种镀层金属的坩埚(21)；所述绝缘套管(35)为玻璃管；所述保护套(36)为铜制材料；所述固定锁母(37)为钼金属材料。
6.根据权利要求5所述的高温真空蒸发离化镀膜装置，其特征在于：所述坩埚(21)设置有至少一个用于放置镀层金属的凹槽；自持放电后的所述中空钽管(32)射出电子束的一端指向任意一个凹槽；所述坩埚(21)底部设有一端延伸出炉体(1)外的转轴(22)；所述转轴(22)或是坩埚(21)与电源的正极连接。
7.根据权利要求6所述的高温真空蒸发离化镀膜装置，其特征在于：所述凹槽内放置的镀层金属为Ti、TiAl、TiAlSi、CrAl、CrALSi、Cr、Zr中的至少一种。
8.如权利要求1～7任一项所述的高温真空蒸发离化镀膜装置的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、控制炉体(1)内真空度为3x10-1～9x10-1Pa，控制温度为300～450℃；由气体通管(33)向密闭炉体(1)内通入氩气，待炉体(1)内部的气压达到设定值时；打开电源，电源产生2700～3300V的脉冲电压，高压作用下钽管内部的氩气被电离成氩离子和电子；
2)、氩离子随气流进入钽管内，作用于钽管内壁，钽管自持放电，发出的电子束打入坩埚(21)内的镀层金属，坩埚(21)内温度升高至镀层金属吸热后蒸发，对炉体(1)内的待镀件(4)进行镀层；
3)钽管放电稳定后，控制电压/电流均为恒定值。
9.根据权利要求8所述的操作方法，其特征在于：步骤3)中稳定后的所述电压为50V～60V，电流80A～250A；步骤2)中所述坩埚(21)内温度高于1700℃。
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