CN109930117A - 多弧离子镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多弧离子镀膜装置，包括阴极和引弧电极，所述阴极的一端与引弧电极的一端绝缘连接，所述阴极为一内部设有磁棒和靶背管的靶材，所述磁棒和靶背管相邻设置，所述磁棒为一嵌有一磁性组件的绝缘棒，所述引弧电极通过一电磁阀控制其与阴极不相连的一端与阴极表面接触和分离，所述阴极和引弧电极设于真空室阳极箱体中。与现有技术相比，本发明提供的多弧离子镀膜装置在阴极中加装了磁性组件，可使金属离化率更高，镀膜刻蚀均匀，基片表面膜层均一性更佳，因此其应用前景十分广阔。

Description

多弧离子镀膜装置

技术领域

本发明涉及真空镀膜领域，具体说，是涉及多弧离子镀膜装置。

背景技术

真空镀膜技术初现于20世纪30年代，四五十年代开始出现工业应用，工业化大规模生产开始于20世纪80年代，在电子、宇航、包装、装潢、烫金印刷等工业中取得广泛的应用。真空镀膜技术是一种新颖的材料合成与加工的新技术，是表面工程技术领域的重要组成部分。真空镀膜技术是利用物理、化学手段将固体表面涂覆一层特殊性能的镀膜，从而使固体表面具有耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、防辐射、导电、导磁、绝缘和装饰灯许多优于固体材料本身的优越性能，达到提高产品质量、延长产品寿命、节约能源和获得显著技术经济效益的作用。需要镀膜的被称为基片，镀的材料被称为靶材。

真空镀膜工艺是一种物理方法，真空镀膜的工艺过程不产生电镀废水，能够实现清洁生产，应用前景广阔。阴极电弧蒸发镀膜技术属于真空镀膜中离子镀膜的一种改进方法，是20世纪70年代开始研究的一种新的物理气相沉积工艺是离子镀技术中的皎皎者，具有高离化率、易于进行反应镀、散射性好、膜层致密以及附着力强等优点，在刀具、模具、小五金以及装饰品等镀制耐磨、耐热及耐蚀薄膜的行业应用广泛。

多弧离子镀技术是20世纪70年代开始研究的一种新的物理气相沉积工艺，是离子镀技术的一种改进方法，与一般的离子镀有着很大的区别。多弧离子镀采用的是弧光放电，它是把弧光放电作为金属蒸发源的表面涂层技术，而并不是传统离子镀的辉光放电进行沉积。简单的说，多弧离子镀的原理就是把阴极靶作为蒸发源，通过靶与阳极壳体之间的弧光放电，使靶材蒸发，从而在空间中形成等离子体，对基体进行沉积。

多弧离子镀这种工艺的特点如下：

1)阴极电弧蒸发源不产生溶池，可以任意设置于镀膜室适当的位置，也可以采用多个电弧蒸发源，提高沉积速率使膜层厚度均匀，并可简化基片转动机构。

2)金属离化率高，可达80％以上，因此镀膜速率高，有利于提高膜基附着性和膜层的性能。

3)一弧多用。电弧既是蒸发源和离化源又是加热源和离子溅射清洗的离子源。

4)沉积速度快，绕镀性好。

5)入射粒子能量高，膜的致密度高，强度和耐磨性好。工件和膜界面有原子扩散，因而膜的附着力高。

多弧离子镀的蒸发源结构由水冷阴极、磁场线圈、引弧电极等组成。阴极材料即是镀膜材料，在10^-1～10Pa真空条件下，接通电源并使引弧电极与阴极瞬间接触，在引弧电极离开的瞬间，由于导电面积的迅速缩小，电阻增大，局部区域温度迅速升高，致使阴极材料熔化，形成液桥导电，最终形成爆发性的金属蒸发，在阴极表面形成局部的高温区，产生等离子体，将电弧引燃，低压大电流的电源维持弧光放电的持续进行。在阴极表面形成许多明亮的移动变化的小点，即阴极弧斑。阴极孤斑是存在于极小空间的高电流密度、高速变化的现象。阴极弧斑的尺寸极小，有关资料测定为1～100μm；电流密度可高达105～107A/cm²。每个弧斑存在的时间很短，在其爆发性地离化发射离子和电子，将阴极材料蒸发后，在阴极表面附近，金属离子形成空间电荷，又建立起弧斑产生的条件，产生新的弧斑，众多的弧斑持续产生，保持了电弧总电流的稳定。阴极材料以每一个弧斑60％～90％的离化率蒸发沉积于基片表面形成膜层。阴极弧斑的运动方向和速度受磁场的控制，适当的磁场强度可以使弧斑细小分散，对阴极表面实现均匀刻蚀。多弧离子镀的基本原理就是把金属蒸发源(靶源)作为阴极，通过它与阳极壳体之间的弧光放电，使靶材蒸发并离化，形成空间等离子体，对工件进行沉积镀覆。

由于多弧离子镀技术具有镀膜速度高，膜层的致密度大，膜的附着力好等特点，使多弧离子镀镀层在工具、模具的超硬镀膜、装饰镀膜等领域的应用越来越广泛，并将占据越来越重要的地位。

现有技术的多弧离子镀膜方法和设备，采用多个多弧靶为分组排列，其内部靶材间采用错位安装，有此距离将导致多弧靶的靶材正对工件的位置比旁边位置的工件磨蹭的厚度不一致，且厚度差距较大，即使采用工件偏压来增加厚度的均匀性，但实际效果不理想，只能通过多弧镀膜打底的方式，再采用磁控溅射来镀膜从而确保均匀度，但这样导致生产效率低，生产成本高。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供多弧离子镀膜装置，使金属离化率更高，镀膜刻蚀均匀，基片表面膜层均一性更佳。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

多弧离子镀膜装置，包括阴极和引弧电极，所述阴极的一端与引弧电极的一端绝缘连接，所述阴极为一内部设有磁棒和靶背管的靶材，所述磁棒和靶背管相邻设置，所述磁棒为一嵌有一磁性组件的绝缘棒，所述引弧电极通过一电磁阀控制其与阴极不相连的一端与阴极表面接触和分离，所述阴极和引弧电极设于真空室阳极箱体中。

所述磁性组件为至少一个磁铁。

所述磁铁为多个时，所述磁铁在磁棒上环绕磁棒轴向线分布，且所述磁铁均匀分布于磁棒上。

所述磁铁为多个时，所述磁铁在上环绕磁棒轴向线分布，且所述磁铁不均匀分布于磁棒上。

所述磁铁为多个时，所述磁铁在磁棒内环绕磁棒轴向线分布，且所述磁铁均匀分布于磁棒内部。

所述磁铁为多个时，所述磁铁在磁棒内环绕磁棒轴向线分布，且所述磁铁不均匀分布于磁棒内部。

所述磁铁为半球状，且磁铁的圆弧面背对磁棒轴向线。

所述磁铁为四棱锥，且磁铁的顶角背对磁棒轴向线。

与现有技术相比，本发明提供的多弧离子镀膜装置在阴极中加装了磁性组件，可使金属离化率更高，镀膜刻蚀均匀，基片表面膜层均一性更佳，因此其应用前景十分广阔。

附图说明

图1为本发明提供的多弧离子镀膜装置的一种优选实施方式的示意图；

其中，1、阴极；11、磁棒；2、引弧电极。

具体实施方式

下面结合实施方式及附图对本发明作进一步详细、完整地说明。

如图1所示，本实施例中，本发明提供的多弧离子镀膜装置包括阴极1和引弧电极2，所述阴极1的一端与引弧电极2的一端绝缘连接，阴极1为一内部设有磁棒11和靶背管的靶材，磁棒11和靶背管相邻设置，磁棒11为一嵌有一磁性组件的绝缘棒，引弧电极2通过一电磁阀控制其与阴极1不相连的一端与阴极1表面接触和分离，阴极1和引弧电极2设于真空室阳极箱体中。

本实施例中，磁性组件为至少一个磁铁。

本实施例中，磁铁为多个时，磁铁在磁棒11上环绕磁棒轴向线分布，且磁铁均匀分布于磁棒11上。

本实施例中，磁铁为多个时，磁铁在11上环绕磁棒轴向线分布，且磁铁不均匀分布于磁棒11上。

本实施例中，磁铁为多个时，磁铁在磁棒11内环绕磁棒轴向线分布，且磁铁均匀分布于磁棒11内部。

本实施例中，磁铁为多个时，磁铁在磁棒11内环绕磁棒轴向线分布，且磁铁不均匀分布于磁棒11内部。

本实施例中，磁铁为半球状，且磁铁的圆弧面背对磁棒轴向线。

本实施例中，磁铁为四棱锥，且磁铁的顶角背对磁棒轴向线。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.多弧离子镀膜装置，其特征在于：包括阴极(1)和引弧电极(2)，所述阴极(1)的一端与引弧电极(2)的一端绝缘连接，所述阴极(1)为一内部设有磁棒(11)和靶背管的靶材，所述磁棒(11)和靶背管相邻设置，所述磁棒(11)为一嵌有一磁性组件的绝缘棒，所述引弧电极(2)通过一电磁阀控制其与阴极(1)不相连的一端与阴极(1)表面接触和分离，所述阴极(1)和引弧电极(2)设于真空室阳极箱体中。

2.根据权利要求1所述的多弧离子镀膜装置，其特征在于：所述磁性组件为至少一个磁铁。

3.根据权利要求2所述的多弧离子镀膜装置，其特征在于：所述磁铁为多个时，所述磁铁在磁棒(11)上环绕磁棒轴向线分布，且所述磁铁均匀分布于磁棒(11)上。

4.根据权利要求2所述的多弧离子镀膜装置，其特征在于：所述磁铁为多个时，所述磁铁在(11)上环绕磁棒轴向线分布，且所述磁铁不均匀分布于磁棒(11)上。

5.根据权利要求2所述的多弧离子镀膜装置，其特征在于：所述磁铁为多个时，所述磁铁在磁棒(11)内环绕磁棒轴向线分布，且所述磁铁均匀分布于磁棒(11)内部。

6.根据权利要求2所述的多弧离子镀膜装置，其特征在于：所述磁铁为多个时，所述磁铁在磁棒(11)内环绕磁棒轴向线分布，且所述磁铁不均匀分布于磁棒(11)内部。

7.根据权利要求2～6所述的多弧离子镀膜装置，其特征在于：所述磁铁为半球状，且磁铁的圆弧面背对磁棒轴向线。

8.根据权利要求2～6所述的多弧离子镀膜装置，其特征在于：所述磁铁为四棱锥，且磁铁的顶角背对磁棒轴向线。