CN111074215A

CN111074215A - 一种新型阴极电弧的颗粒过滤器

Info

Publication number: CN111074215A
Application number: CN201911382889.3A
Authority: CN
Inventors: 胡琅; 胡强; 侯立涛; 冯杰; 徐平; 方威; 黄星星; 黄丽玲
Original assignee: Ji Hua Laboratory
Current assignee: Ji Hua Laboratory
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: CN111074215B; WO2021128698A1

Abstract

本发明提供了一种新型阴极电弧的颗粒过滤器，包括管体，以及套设在管体外的螺线管或多个磁场线圈；还包括设置在管体内的挡环机构；所述挡环机构包括多个沿管体轴线方向排布的挡环，挡环与管体的轴线垂直，挡环具有供阴极电弧穿过的内孔，从前到后，挡环的内孔直径先逐渐减小后逐渐增大。该颗粒过滤器对宏观粒子的过滤能力强。

Description

一种新型阴极电弧的颗粒过滤器

技术领域

本发明涉及阴极电弧镀膜技术领域，尤其涉及一种新型阴极电弧的颗粒过滤器。

背景技术

阴极电弧镀膜技术是一种离化最高、高离子能量、高速度、高效率的新型镀膜技术，是以被镀材料为阴极,在真空中产生弧光放电,利用等离子体进行沉积镀膜的一种技术。

采用阴极电弧镀膜技术产生的电弧中，除了包含等离子体，还包含液滴、微粒、纳米粒子等不带电的宏观粒子，这些宏观粒子的存在是无益的，会影响镀膜质量，因此需要对电弧中的宏观粒子进行过滤。一般是采用磁颗粒过滤器进行过滤。

一般的曲线型的磁颗粒过滤器，如图6、7所示，包括管体1’和套设在管体1’外的螺线管2’(图6的情况)或多个磁场线圈3’（图7的情况），其中管体1’是弯曲的，根据管体1’的弯曲情况，磁颗粒过滤器一般分为45°弯曲磁颗粒过滤器、90°弯曲磁颗粒过滤器（图6、7均为该情况）、180°弯曲磁颗粒过滤器、S形弯曲磁颗粒过滤器等。

这种磁颗粒过滤器，工作时，螺线管2’或多个磁场线圈3’通电产生磁场，磁场在管体1’中的磁感线大致与管体1’的轴线平行，阴极电弧穿过管体1’时，带电的等离子体（包括离子和电子）一旦运动方向与磁感线不平行则会因为切割磁感线而受到洛伦兹力，最终会以螺旋运动的方式沿管体1’的轴线方向移动，最终从管体1’出口喷出到工件上；而不带电的宏观粒子，由于不受磁场影响会沿直线运动并撞击到管体1’上，从而实现过滤。

然而，这种磁颗粒过滤器在工作时，部分宏观粒子撞击到管体1’上后，会反弹，根据撞击的角度，其中一部分宏观粒子朝后方反弹，另外一部分宏观粒子会朝前反弹，朝前反弹的宏观粒子最终是能够从管体1’出口喷出落在工件上的，从而污染镀膜层，降低镀膜层的质量。可见，这种磁颗粒过滤器对宏观粒子的过滤能力不够强。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种新型阴极电弧的颗粒过滤器，其对宏观粒子的过滤能力强。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种新型阴极电弧的颗粒过滤器，包括管体，以及套设在管体外的螺线管或多个磁场线圈；还包括设置在管体内的挡环机构；

所述挡环机构包括多个沿管体轴线方向排布的挡环，挡环与管体的轴线垂直，挡环具有供阴极电弧穿过的内孔，从前到后，挡环的内孔直径先逐渐减小后逐渐增大。

所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器中，所述管体为直线管体或弯曲管体。

所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器中，从前到后，所述螺线管的线圈密度先逐渐增大后逐渐减小。

所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器中，从前到后，磁场线圈产生的磁场先逐渐增大后逐渐减小。

所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器中，所有挡环中，最大的内孔直径为管体内径的90%，最小的内孔直径为管体内径的5%。

所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器中，所述挡环的表面平坦光滑。

所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器中，所述挡环机构可从管体取出。

所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器中，所述挡环机构还包括连接在相邻挡环之间的连接条。

所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器中，所述连接条可弯曲。

所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器中，相邻的挡环之间通过两根连接条连接，该两根连接条与挡环的两个连接点之间的连线穿过该挡环的圆心，同一挡环两侧的两根连接点连线相互垂直。

有益效果：

本发明提供的一种新型阴极电弧的颗粒过滤器，由于管体内的磁场强度是两端小中间大的，因此从前到后，等离子体螺旋移动时其回旋半径是先减小后增大的，而宏观粒子不受磁场影响而做直线运动，所以在穿过先逐渐减小后逐渐增大的挡环内孔时，等离子体可以顺畅穿行，而宏观粒子会被各挡环挡住，即使反弹也是朝后反弹，可有效避免宏观粒子从管体的出口喷出，与现有技术相比，其对宏观粒子的过滤能力更强。

附图说明

图1为本发明提供的第一种新型阴极电弧的颗粒过滤器的结构示意图。

图2为本发明提供的第二种新型阴极电弧的颗粒过滤器的结构示意图。

图3为本发明提供的第三种新型阴极电弧的颗粒过滤器的结构示意图。

图4为本发明提供的新型阴极电弧的颗粒过滤器中，挡环机构的结构示意图。

图5为本发明提供的新型阴极电弧的颗粒过滤器中，挡环的其中一种排布方式的示意图。

图6为现有的一种曲线型的磁颗粒过滤器的结构示意图。

图7为现有的另一种曲线型的磁颗粒过滤器的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

下文的公开提供的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

为了方便描述，本文中，沿着阴极电弧的输送方向，上游方向为前，下游方向为后。

请参阅图1-5，本发明提供的一种新型阴极电弧的颗粒过滤器，包括管体1，以及套设在管体外的螺线管2或多个磁场线圈3；还包括设置在管体1内的挡环机构4；

挡环机构4包括多个沿管体1轴线方向排布的挡环4.1，挡环4.1与管体1的轴线垂直（即当管体1为直线时，其轴线与挡环4.1垂直，当管体1为弯曲时，其轴线对应位置处的切线与挡环4.1垂直），挡环4.1具有供阴极电弧穿过的内孔4.2，从前到后，挡环的内孔4.2直径先逐渐减小后逐渐增大。

工作时，螺线管2或多个磁场线圈3通电产生磁场，由于实际上管体1内的磁场强度是两端小中间大的，根据洛伦兹力定律，带电粒子的运动半径为：

其中，R为回旋半径，m为质量，q为电荷，v₀为速度，B为磁场强度；

因此从前到后，等离子体螺旋移动时其回旋半径是先减小后增大的，而宏观粒子不受磁场影响而做直线运动，所以在穿过先逐渐减小后逐渐增大的挡环内孔4.2时，等离子体可以顺畅穿行，而宏观粒子会被各挡环4.1挡住，即使反弹也是朝后反弹，可有效避免宏观粒子从管体1的出口喷出，与现有技术相比，其对宏观粒子的过滤能力更强，可更加有效地防止宏观粒子污染镀膜层，从而使镀膜质量更好。

进一步的，与现有技术中管体必须为弯曲管体的情况不同，该新型阴极电弧的颗粒过滤器中，管体1可以是直线管体（如图1-3的情况）也可以是弯曲管体（此时挡环4.1的排布情况可参考图5）；其中，尤以弯曲管体为佳。

当管体1为弯曲管体时，其可以是45°弯曲管体、90°弯曲管体、180°弯曲管体、S形弯曲管体等，但不限于此。

虽然一般的螺线管2和多个磁场线圈3产生的磁场的磁场强度已经是两端小中间大的，但还可以通过一些措施来增大磁场中间和两端的磁场强度差，以获得更好的过滤效果，例如：

在一些实施方式中，从前到后，螺线管2的线圈密度先逐渐增大后逐渐减小；例如，可以使螺线管2中部的螺距比两端的螺距小（图2的情况），或者中部的线圈层数比两端的线圈层数多，但不限于此；

在另一些实施方式中，从前到后，磁场线圈3产生的磁场先逐渐增大后逐渐减小；例如，中间的磁场线圈3通入较大电流、两端的磁场线圈3通入较小电流，或者中间的磁场线圈3的匝数较大、两端的磁场线圈3的匝数较小，但不限于此。

一般地，可通过公式：

来计算等离子体（主要是其中的离子）的回旋半径R，然后把各挡环4.1的内孔4.2半径设置为不大于其对应位置处的回旋半径R；若内孔4.2的半径过大，则会导致过滤效果降低，若内孔4.2的半径过小，则会导致过多等离子体被拦截，从而降低了等离子体的通过率；

在一些优选的实施方式中，最大的内孔4.2（即两端的内孔）直径为管体1内径的90%，最小的内孔4.2（即中间的内孔）直径为管体1内径的5%；对于碳离子，Cr、Al等金属离子，Al₂O₃等金属氧化物离子，采用该尺寸的内孔4.2的过滤效果后且等离子体的通过率比较高。

优选的，挡环4.1的表面平坦光滑，相比于粗糙的或具有凸起物的表面，宏观粒子的反弹方向并非漫反射式的，可保证反弹方向均为朝后，过滤效果更佳。

在一些优选的实施方式中，挡环机构4可从管体1取出。因此可根据具体的镀膜类型来更换对应的挡环机构4。

进一步的，见图1-4，挡环机构4还包括连接在相邻挡环4.1之间的连接条4.3，以把各挡环4.1连成一体，安装时，可把挡环机构4直接插入管体1内。

进一步的，连接条4.3可弯曲，当管体1为弯曲管体时，把挡环机构4直接插入管体1的过程中，连接条4.3会适应性地弯曲，从而使挡环机构4整体跟随管体1的弯曲而弯曲，如图5所示。其中，连接条4.3可以但不限于是片状、柱状等，连接条4.3可以但不限于是塑料连接条、金属连接条（铝、铜等）等，连接条4.3与挡环4.1之间可以但不限于是焊接、胶接、螺丝连接等。相邻的挡环之间的连接条4.3数量至少为一根。

在一些优选的实施方式中，见图4，相邻的挡环4.1之间通过两根连接条4.3连接，该两根连接条4.3与挡环4.1的两个连接点之间的连线穿过该挡环的圆心，同一挡环4.1两侧的两根连接点连线相互垂直；即任一挡环4.1前侧的两根连接条4.3的连线与后侧的两根连接条4.3的连线相互垂直。这样，挡环4.1之间的连接比较牢固，且对挡环机构4自由弯曲的阻力较小。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，其方案与本发明实质上相同。

Claims

1.一种新型阴极电弧的颗粒过滤器，包括管体，以及套设在管体外的螺线管或多个磁场线圈；其特征在于，还包括设置在管体内的挡环机构；

2.根据权利要求1所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器，其特征在于，所述管体为直线管体或弯曲管体。

3.根据权利要求1所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器，其特征在于，从前到后，所述螺线管的线圈密度先逐渐增大后逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器，其特征在于，从前到后，磁场线圈产生的磁场先逐渐增大后逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器，其特征在于，所有挡环中，最大的内孔直径为管体内径的90%，最小的内孔直径为管体内径的5%。

6.根据权利要求1所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器，其特征在于，所述挡环的表面平坦光滑。

7.根据权利要求1-6任一项所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器，其特征在于，所述挡环机构可从管体取出。

8.根据权利要求7所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器，其特征在于，所述挡环机构还包括连接在相邻挡环之间的连接条。

9.根据权利要求8所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器，其特征在于，所述连接条可弯曲。

10.根据权利要求9所述的新型阴极电弧的颗粒过滤器，其特征在于，相邻的挡环之间通过两根连接条连接，该两根连接条与挡环的两个连接点之间的连线穿过该挡环的圆心，同一挡环两侧的两根连接点连线相互垂直。