CN115279936B - 蒸镀装置 - Google Patents
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Abstract
一种在基材形成陶瓷包覆膜的蒸镀装置，具有蒸镀室、准备室、基材支撑机构、水平移动机构及翻转机构，且构成如下。蒸镀室和准备室分别与真空排气装置连接并且由开口部彼此连接，在蒸镀室内具备向保持的陶瓷原料照射电子束的电子枪。基材支撑机构在左右具有隔壁，在左方隔壁的左侧与右方隔壁的右侧分别还具备具有用于安装基材的多个基材安装部的左侧和右侧的基材支撑盘。左侧和右侧的基材支撑盘构成为能够在与左右各自的隔壁平行的面内公转且多个基材安装部分别自转。水平移动机构能够使基材支撑机构在使一个隔壁紧密贴合于开口部的蒸镀位置与使基材支撑机构左右翻转的翻转位置之间沿左右方向水平移动。
Description
技术领域
本发明涉及蒸镀装置，尤其涉及可适合用于在金属基材的表面蒸镀陶瓷的技术。
背景技术
有必要在运行过程中达到高温的金属基材，如燃气轮机的动/静叶片、燃烧器或喷射引擎的叶片等上实施陶瓷的热障包覆膜。此时，随着施加到基材的温度循环，因基材的金属与包覆的陶瓷的热膨胀系数不同而可能会出现包覆的裂痕或剥离，从而降低耐久性。为了抑制这样的耐久性下降，已经提出了各种技术。
在专利文献1中，公开了一种在金属基材上层叠接合层和热障用陶瓷包覆膜的技术。接合层为金属基材提供耐腐蚀性和抗氧化性，提高金属基材与陶瓷包覆膜的粘接性，进而吸收金属基材与陶瓷包覆膜的热膨胀差异，从而缓解热应力。另外，在该文献中，公开了一种电子束蒸镀装置，其具备可旋转自如地保持金属基材的机材驱动装置。据称通过电子束蒸镀可致密地形成特别强固的柱状晶体(该文献第0038段落)。在此，电子束蒸镀是指一种物理气相沉积，其中配置在坩埚中的陶瓷原料通过用电子束照射而被加热、熔化和蒸发，而蒸气被沉积在金属基材上。
在专利文献2中，公开了一种能够在同一腔室内连续进行热处理和蒸镀的热处理/蒸镀复合装置。具备能够使基材以自转和公转两个轴旋转的旋转夹具，并且构成为使旋转夹具的轴为中空而能够插入热电偶，从而能够精密控制基材的温度。
在专利文献3中，公开了一种能够一次性对多个工件进行蒸镀的蒸镀装置用工件移动机构。使多个工件沿着包含来自靶材的蒸镀位置的固定的公转路径自转的同时移动。此外，虽然蒸镀的对象物有时被称为工件或工作件，但在本说明书中使用术语“基材”。意思是同义词。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003－313652号公报
专利文献2：日本特开2006－299378号公报
专利文献3：日本特开2012－224878号公报。
发明内容
(发明要解决的课题)
本发明的发明人致力于在如专利文献1和2所公开的陶瓷对金属基材的热障涂层中，提高量产性的蒸镀装置的研究开发。为了提高量产性，通过以多个基材为对象，可一次性对多个基材进行蒸镀来达成。此时，只要能够结合专利文献3所公开的技术即可。
然而，本发明的发明人发现专利文献3所公开的技术不能适用于陶瓷对金属基材的热障涂层。该文献中所示的工件移动机构配置在左右竖立的两个长方形靶材之间，各靶材上连接有激励用电源(参照该文献第0014段落及图1、图2)。另一方面，由于在陶瓷对金属基材的热障涂层中，为了使热障用的陶瓷包覆膜为强固且致密的柱状晶体，优选的是电子束蒸镀，因此作为工件的金属基材需要配置在放入了以电子束加热熔化的陶瓷原料的坩埚上方。在专利文献3所公开的蒸镀装置中，代替靶材而配置照射电子束的坩埚的情况下，形成于工件上的包覆膜的膜厚，在靠近坩埚的部分与远离坩埚的部分有很大的不同，因此在实际使用上无法实行。
本发明的目的在于提供一种即便在电子束蒸镀中也能抑制多个基材的膜厚偏差且量产性高的蒸镀装置。
以下将说明用于解决这些课题的方案，但是其他课题和新特征将通过本说明书的描述和附图变得明显。
(用于解决课题的方案)
依据本发明的一实施方式，如下。
即，一种在基材形成陶瓷包覆膜的蒸镀装置，具有蒸镀室、准备室、基材支撑机构、水平移动机构及翻转机构，且构成如下。
蒸镀室和准备室分别与真空排气装置连接并且由开口部彼此连接，在蒸镀室内具备向保持的陶瓷原料照射电子束的电子枪。基材支撑机构在左右具有隔壁，在左方隔壁的左侧与右方隔壁的右侧分别还具备具有用于安装基材的多个基材安装部的左侧和右侧的基材支撑盘。左侧和右侧的基材支撑盘构成为能够在与左右各自的隔壁平行的面内公转且多个基材安装部分别自转。水平移动机构能够使基材支撑机构在使一个隔壁紧密贴合于开口部周围的壁面的蒸镀位置与使基材支撑机构左右翻转的翻转位置之间沿左右方向水平移动。
(发明效果)
简单说明通过上述一实施方式获得的效果，则如下。
即，能够提供一种即便在对多个基材进行的陶瓷的电子束蒸镀中，也能抑制多个基材的膜厚偏差且量产性高的蒸镀装置。依据上述方式，能够在将基材配置在陶瓷的蒸发源上方的状态下进行蒸镀，因此能够采用电子束蒸镀。另外，由于多个基材被保持在左右的基材支撑盘而进行自转和公转，因此容易将膜厚控制成均匀，进而由于能够在准备室进行左右翻转，因此可以在不破坏真空的情况下更换蒸镀对象的基材，从而提高量产性。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的蒸镀装置的结构例的平面图。
图2是示出蒸发源的结构例的说明图。
图3是示出基材支撑机构的结构例的示意图。
图4是示出基材水平移动机构的结构例的示意图。
图5是当基材支撑机构移动到翻转位置时的装置的前视图。
图6是翻转位置上的装置的俯视图。
图7是示出蒸镀室的一结构例的侧视图。
图8是在基材安装部15安装了热电偶8的基材支撑机构10的截面图。
图9是示意性地示出在基材支撑盘14安装了一个基材4的例子的立体图。
图10是示意性地示出在基材支撑盘14安装了三个基材4的例子的立体图。
图11是示出准备室的一结构例的侧视图。
图12是连续进行准备室的前处理和蒸镀室的蒸镀处理时的时序图。
图13是示出作为陶瓷原料的坯料(ingot)的连续供给机构的结构例的立体图。
图14是绘制出在图13的连续供给机构中，使使用过的坯料从电子束照射点移动的情况的说明图。
图15是绘制出在图13的连续供给机构中，使未使用坯料移动到电子束照射点的情况的说明图。
图16是示出坯料再利用机构的结构例的示意性立体图(使用过坯料避让)。
图17是示出坯料再利用机构的结构例的示意性立体图(未使用坯料供给)。
图18是示出坯料再利用机构的结构例的示意性立体图(未使用坯料避让)。
图19是示出坯料再利用机构的结构例的示意性立体图(使用过坯料承载)。
图20是准备室的数量为一个时的蒸镀装置的结构例。
图21是准备室的数量为四个时的蒸镀装置的结构例。
具体实施方式
1.实施方式的概要
首先，针对本申请中公开的典型实施方式说明概要。在针对典型实施方式的概要说明中，加括弧并进行参照的附图中的参照标号仅仅例示附有该参照标号的结构要素的概念所包含的构件。此外，参照标号的分支号码(例如，带有连字符的号码或“L”、“R”)是为了区分多个相同构造物而赋予的。在不需要区分的情况下，没有分支号码的参照标号将用作为总称。
1.1＜具有基材支撑机构的陶瓷包覆膜蒸镀装置，该基材支撑机构具备两组可自转和公转地支撑多个基材的支撑盘并可进行翻转＞
本发明的典型实施方式是一种用于在基材(4)上形成陶瓷包覆膜的蒸镀装置，具有蒸镀室(100)、准备室(110－1、110－2)、基材支撑机构(10)、水平移动机构(20)及翻转机构(22)，且构成为如下(图1)。
所述蒸镀室和所述准备室分别与真空排气装置连接，并且由开口部沿左右方向彼此连接。
在所述蒸镀室内具备：支撑陶瓷原料(3)的原料保持部；以及向所述陶瓷原料照射电子束的电子枪(31)(图2、图1的1－1、1－2)。
所述基材支撑机构(参照图3及图1的10－1、10－2)具有左面隔壁(13L，图1的13)和右面隔壁(13R，图1的13)，并且在所述左面隔壁的左侧还具有可安装多个基材(图1的4)的左面基材支撑盘(14L)，在所述右面隔壁的右侧还具有可安装多个基材的右面基材支撑盘(14R)。所述基材支撑机构能够使所述左面基材支撑盘在与所述左面隔壁平行的面内旋转(公转)并使安装的多个基材以安装部(15L)为中心旋转(自转)，且使所述右面基材支撑盘在与所述右面隔壁平行的面内旋转。
所述水平移动机构(参照图4及图1的20－1、20－2)能够使所述基材支撑机构在使所述左面或右面的一个隔壁(13)紧密贴合于所述开口部的周围的壁面的蒸镀位置(图1)与翻转位置之间沿所述左右方向水平移动，所述翻转机构能够在所述翻转位置上使所述基材支撑机构的左右进行翻转(图5、图6)。
由此，能够提供一种即便在对多个基材进行的陶瓷的电子束蒸镀中，也能抑制多个基材的膜厚偏差且量产性高的蒸镀装置。依据上述方式，能够在将基材配置在陶瓷的蒸发源上方的状态下进行蒸镀，因此能够采用电子束蒸镀。另外，由于多个基材被安装在左右的基材支撑盘而进行自转和公转，因此容易将膜厚控制成均匀，进而由于能够在准备室进行左右翻转，因此可以在不破坏真空的情况下更换蒸镀对象的基材，从而提高量产性。
1.2＜准备室中的前处理＞
在1.1项的蒸镀装置中，所述准备室进一步具备溅射源(6)、清洁装置(7)、氧化装置(未图示)中的至少一种(图11)。
由此，可以在准备室中进行各种前处理。例如，可以将基材表面清洁，并较薄地氧化，或者通过溅射形成接合层。
1.3＜对蒸发源补偿氧＞
在1.1项的蒸镀装置中，所述蒸镀室进一步具备氧等离子体发生装置(2)(图1)。
由此，可以补充因电子枪产生的蒸气中损失的氧。由于陶瓷原料为氧化物，所以当产生的蒸气与高能量热电子碰撞时，会出现氧因撞击而从一部分氧化物分离的现象。其结果，造成了沉积的陶瓷包覆膜中的元素比率偏离陶瓷原来的组成比的问题。通过在陶瓷蒸发源(1)的附近产生氧等离子体，可以补充损失的氧，从而使包覆膜回到陶瓷原来的组成比。
1.4＜电子束扫描型电子枪＞
在1.1项的蒸镀装置中，所述蒸镀室进一步具备扫描机构(32、35)，对保持在所述原料保持部的所述陶瓷原料中被所述电子束照射的位置进行扫描(图2)。
由此，电子束照射到的位置从点向面扩展，能够减少陶瓷原料(3)在面内的消耗偏倚。此外，取代或者配合电子束的扫描，通过使作为陶瓷原料的坯料旋转等来移动电子束照射到的位置，可以有助于陶瓷原料(3)在面内的均匀消耗。
1.5＜基材自公转机构＞
在1.1项的蒸镀装置中，所述基材支撑机构具有齿轮(18a、18b)，用于规定所述左面及右面基材支撑盘的旋转速度与所述多个基材的旋转速度之比(图3)。
通过更换齿轮(18a、18b)，能够自如地调整自转和公转的旋转速度之比。此外，基材自公转机构(12)中也可以采用能够变更齿轮比的变速机构。
1.6＜坯料供给机构＞
在1.1项的蒸镀装置中，所述原料保持部具备能够保持多个陶瓷坯料(3－1～3－4)且使所述多个陶瓷坯料依次移动到所述电子束照射到的位置的机构(图13、图14、图15)。
由此，可以不间断地连续进行蒸镀以补给/更换作为陶瓷原料的坯料。另外，能够抑制作为陶瓷原料的坯料的浪费。
1.7＜多个基材支撑机构和准备室＞
在1.1项的蒸镀装置中，在以所述蒸镀室为中心的对称位置具备多组所述准备室、所述基材支撑机构、所述水平移动机构和所述翻转机构(图1、图21)。
由此，可以使能够一次性蒸镀的基材的数量加倍，并且进一步提高量产性。
2.实施方式的详细
对实施方式进行更加详细说明。
(实施方式1)
图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的蒸镀装置的结构例的平面图。上侧为俯视图，下侧为前视图，均绘制为装置中央部的截面图，以显示装置的内部构造，但是为了帮助理解发明，一部分构造则省略、简化了图示，或者将配置从正确的位置移动而绘出。
尽管没有特别限定，但针对基材、陶瓷原料、接合层示出一个例子。基材例如为Ni基合金、Co基合金、Fe基合金等耐热超合金。陶瓷原料、陶瓷包覆膜的材料例如以氧化锆(“Zirconia”；ZrO2)、氧化铪(“Hafnia”；HfO2)为主成分，作为稳定剂，也可以添加Y2O3、MgO、CaO、TiO2、镧系氧化物等。此外，陶瓷原料通常以坯料的状态供给，以下即便仅记载为“坯料”，也意味着作为陶瓷原料的坯料。接合层例如由铂(Pt)族金属、或Ni基合金、Co基合金、Ni－Co合金的任一种构成，并且是以通式M－Cr－Al－Y(其中，M为Ni、Co或Fe)表示的耐热合金。
本实施方式1的蒸镀装置具备：蒸镀室100；左右的准备室110－1、110－2；安装多个基材4的左右的基材支撑机构10－1、10－2；水平移动机构20－1、20－2；以及翻转机构22－1、22－2。蒸镀室100和左右的准备室110－1、110－2分别与真空排气装置连接，并且以开口部彼此连接。真空排气装置通过适当组合扩散泵、低温泵、涡轮分子泵、机械泵、旋转泵等而构成。
在蒸镀室100内配置有左右的蒸发源1－1、1－2和加热器5。左右的蒸发源1－1、1－2分别具备：支撑陶瓷原料3的原料保持部；以及向陶瓷原料3照射电子束的电子枪31。加热器5是对基材4进行加热的加热器，通过省略图示的电源电缆来供给电力。
图2是示出蒸发源的结构例的说明图。通过向保持在图示省略的原料保持部的作为陶瓷原料3的坯料照射电子束，将陶瓷原料3加热、熔化并使之产生蒸气，沉积到基材4的表面。在电子枪31连接有产生热电子的电源33和对所产生的热电子进行加速的直流高压电源34。此外，各电源通过图示省略的电缆从蒸镀室100的外部引入。
更优选的是，在蒸发源1中还具备对电子束照射到的位置进行扫描的扫描机构。扫描机构例如可以使用配置在陶瓷原料3上方的两个电极和改变该两个电极间的电位差的交流电源35来构成。给予热电子的加速能量的中心值由电源34的电压规定，通过因交流电源35而在两个电极间产生的横向电场，扫描两个电极间。由此，电子束照射到的位置从点向面扩展，能够减少消耗陶瓷原料3的区域的偏倚。另外，取代电子束的扫描，可以通过移动陶瓷原料3来减少消耗原料的区域的偏倚。例如，旋转作为陶瓷原料3的坯料。同时利用电子束的扫描和坯料的旋转，从而能够使陶瓷原料3在面内的消耗进一步均匀。此外，也可以构成为在电子束的扫描上使用更多的电极和电源，以进行二维扫描。
返回参照图1的说明。更优选的是，蒸镀室100进一步具备氧等离子体发生装置2。由于陶瓷原料为氧化物，所以当产生的蒸气与高能量热电子碰撞时，会出现氧因撞击而从一部分氧化物分离的现象。其结果，产生了构成沉积的陶瓷包覆膜的元素比率偏离陶瓷原来的组成比的问题。例如，当陶瓷原料为氧化锆ZrO2时，氧从其一部分分离而成为ZrO，在沉积的陶瓷中氧O相对于锆Zr＝1的比率会小于原来的值2。通过在蒸发源1附近具备氧等离子体发生装置2以产生氧等离子体，能够补充损失的氧。氧等离子体发生装置2例如从外部被供给氧气和高频电力，并通过高频激励所引入的氧来产生氧等离子体。等离子体中的氧离子会与分离了氧的蒸气结合，从而回到原来的元素比。例如，当背景真空度设为10－3Pa(10－ 5Torr)时，引入的氧优选为1～10Pa(10－2～10－1Torr)。
将说明基材支撑机构10。在图1中示出了具备左右两个基材支撑机构10－1和10－2的结构例。基材支撑机构10可以分别在左右两面安装多个基材4，并且构成为使基材4自转，同时能够使多个基材4在各自面内公转。例如，通过基材自公转驱动机构23－1、23－2从准备室110－1、110－2的外侧供给用于自转和公转的驱动力。若一个面的基材4进入蒸镀室100，则另一个面的基材4留在准备室110－1、110－2中。在蒸镀结束后，为了改换左右面，使基材支撑机构10翻转。为了使基材支撑机构10翻转，通过基材水平移动机构20－1、20－2使基材支撑机构10从与蒸镀室100的边界的壁面远离一段距离，并通过从基材翻转驱动机构22－1、22－2供给的驱动力来使基材支撑机构10翻转。对基材水平移动机构20－1、20－2的驱动力是由基材水平移动驱动机构21－1、21－2供给的。以下，进一步详细说明。
图3是示出基材支撑机构10的结构例的示意图。为了便于理解，构成物的间隔在左右方向上扩大显示。基材支撑机构10在中央具备基材旋转动力传递机构11，在其外侧依次具备左右的隔壁13L和13R、基材自公转机构12L和12R、基材支撑盘14L和14R，在基材支撑盘14L和14R上分别设有多个基材安装部15L和15R。
基材旋转动力传递机构11通过锥齿轮16a、16b、16c将从基材自公转驱动机构23供给的用于自转和公转的驱动力传递到基材自公转机构12L和12R。基材自公转机构12L和12R使基材支撑盘14L和14R旋转(公转)，使用齿轮18a和18b将驱动力传递到基材安装部15L和15R而使之自转。齿轮18b分别在多个基材安装部15L各设有一个，但在图3中仅示出一个，其他则省略了图示。
左右的隔壁13L和13R在进行蒸镀时紧密贴合到与蒸镀室100之间的壁。为了真空密封蒸镀室100与准备室之间的开口部，在接触面附设有O形环17L和17R。基材支撑盘14L、14R和基材自公转机构12L、12R小于开口部，O形环17L、17R大于开口部且配置在能够紧密贴合到与蒸镀室100之间的壁的位置。
回到参照图1的说明。左右的基材支撑机构10－1和10－2构成为通过水平移动机构20－1和20－2能够沿左右水平移动。当进行蒸镀时，向蒸镀室100侧移动，使左右的隔壁13紧密贴合到与蒸镀室100之间的壁，以将开口部真空密封。在蒸镀中，通常准备室110－1和110－2也被真空排气，因此在与蒸镀室100之间没有压力差，不需要严格的真空密封，但是，如果构成为在蒸镀中也可以将准备室110－1、110－2向大气开放，则提高通用性。在蒸镀中，基材自公转驱动机构23－1和23－2分别与基材支撑机构10－1和10－2的基材旋转动力传递机构11结合，将用于使基材自转和公转的驱动力从蒸镀室100的外侧供给。基材自公转驱动机构23－1与基材旋转动力传递机构11的结合，例如为能够使一个为两根圆柱(棒)而另一个为直径大于圆柱的两个孔构成嵌合的方式即可。
取出蒸镀结束后的基材，并为了将处于准备室110－1、110－2侧的基材放入蒸镀室100，使基材支撑机构10－1和10－2左右翻转。因此，需要使左右的隔壁13从与蒸镀室100之间的壁分离，并确保用于翻转的空间，因此通过基材水平移动机构20－1、20－2，使基材支撑机构10－1和10－2移动到准备室110－1、110－2的中央附近。
图4是示出基材水平移动机构20的结构例的示意图。基材水平移动机构20是使用通过基材水平移动驱动机构21从准备室110－1、110－2的外侧供给的驱动力来使基材支撑机构10沿水平方向移动的机构。基材水平移动机构20例如通过被沿基座40的两个边固定的六个固定块44支撑的两根导轨42和一根螺旋棒43、支撑它们的中间部分并与基材支撑机构10连接的三个移动块45、以及分别与螺旋棒43和基材水平移动驱动机构21结合的两个锥齿轮41a、41b构成。虽然省略了图示，三个移动块45和基材支撑机构10连接成为能够左右翻转基材支撑机构10的可旋转状态。两根导轨42以两端固定在两个固定块44上，中间的移动块45只是贯通而未固定，从而能够滑动。螺旋棒43构成为以可旋转的状态被支撑在两端的固定块44，在中间的移动块45形成有与螺旋棒43的螺纹牙啮合的螺纹，随着螺旋棒43的旋转而能够沿水平方向移动。通过基材水平移动驱动机构21作为旋转力供给的驱动力借助两个锥齿轮41b、41a传递给螺旋棒43的旋转，并转换为使位于螺旋棒43的中间的移动块45水平移动的力。该移动块45与支撑导轨42的其他两个移动块45一起与基材支撑机构10结合，使基材支撑机构10沿左右方向水平移动。在导轨42与移动块45接触的部分或以可旋转在状态支撑固定块44的螺旋棒43的部分，可以夹持例如铁氟龙树脂的衬垫，以减少摩擦。通过搭载这样的基材水平移动机构20，能够使基材支撑机构10－1、10－2在使左面或右面的一个隔壁13紧密贴合到蒸镀室100与准备室110－1、110－2之间的开口部的蒸镀位置和使基材支撑机构10－1、10－2左右翻转的翻转位置之间沿左右方向水平移动。
图5是使基材支撑机构10－1、10－2移动至翻转位置时的装置的前视图，图6是翻转位置上的装置的俯视图。图1示出基材支撑机构10－1、10－2处于蒸镀位置的状态，如图1下的前视图所示，基材自公转驱动机构23－1和23－2分别与基材支撑机构10－1和10－2结合，以从蒸镀室100的外侧供给用于使基材自转和公转的驱动力。另一方面，在翻转位置中，基材翻转驱动机构22－1和22－2分别与基材支撑机构10－1和10－2结合，以使基材支撑机构10－1和10－2左右翻转。图6绘制了在左侧的准备室110－1内基材支撑机构10－1左右翻转的样子，右侧示出翻转前或翻转后。在实际动作中，可使左右同时翻转。由此，蒸镀后的基材4从蒸镀室100移动到准备室110－1、110－2，取而代之，尚未蒸镀的基材4移动到蒸镀室100侧。
更优选的是，构成为在准备室110－1、110－2的与蒸镀室100相反侧的面分别设置门，以能够进行基材4的安装、更换等作业。此时，基材水平移动机构20可以构成为能够使基材支撑机构10越过翻转位置而移动至更靠近门的一侧。
通过以上那样的结构，能够提供即便在对多个基材进行的陶瓷的电子束蒸镀中，也能抑制多个基材的膜厚偏差且量产性高的蒸镀装置。依据上述方式，能够在将基材配置在陶瓷的蒸发源上方的状态下进行蒸镀，因此能够采用电子束蒸镀。另外，由于多个基材被保持在左右的基材支撑盘而进行自转和公转，因此容易将膜厚控制成均匀，进而由于能够在准备室进行左右翻转，所以可以在不破坏真空的情况下更换蒸镀对象的基材，从而提高量产性。
将进一步详细地说明装置的结构。
(基材的配置与温度控制、蒸镀膜厚控制)
图7是示出一结构例的蒸镀室的侧视图。加热器5除了设置在蒸镀室100的上表面之外，还可以设置在前面和背面，以包围被支撑在基材支撑机构10的多个基材4。进一步优选的是，构成为能够在蒸镀处理中监视基材温度和蒸镀膜厚。
首先，对膜厚测定进行说明。例如，具备一种膜厚测定器9，其由从蒸镀室100的壁面向基材4照射激光的照射器9T和接收由基材4反射的反射光的受光器9R构成。此时，也可以取代基材4而将测定用样品固定在基材支撑机构10以外。或者，也可以在准备室或外部测定基材4，而不是在蒸镀中测定。
接着，对基材温度的测定和控制进行说明。例如，构成为从蒸镀室100的上表面引入热电偶8，以能够测定加热器5的温度。预先通过实验求得基材4的温度与加热器5的温度的相关性。根据预先求得的相关性，指定加热器5的应作为目标的温度，以使基材4达到期望的温度，并控制向加热器5供给的电力，以使加热器5成为该温度。
或者更进一步地，也可以设置测定基材支撑机构10的靠近基材4的部分的温度的另一个热电偶8，以取代安装于加热器5的热电偶8。图8是在基材安装部15安装了热电偶8的基材支撑机构10的截面图。基材旋转动力传递机构11的锥齿轮16b贯通隔壁13L而与基材自公转机构12L的齿轮18a和基材支撑盘14连接。连接的公转轴在贯通隔壁13L的部位，例如，以能够旋转的方式通过组合铁氟龙衬垫和O形环等来真空密封。在基材保持部15安装热电偶8，使公转轴中空，并贯通中空部分地布线，在基材旋转动力传递机构11侧设置旋转式接头，布线至准备室110－1、110－2的外侧的温度测定器24。热电偶8也可以安装在基材支撑盘14。或者，也可以构成为通过红外线传感器(热成像)等，能够以非接触方式测定基材4的温度。
在图7中示出了在基材支撑盘14安装有七个基材4的例子，但安装的基材4的数量为任意的。在基材4较大等情况下，即便基材支撑盘14上的基材保持部15的数量已确定，也可以仅在一部分安装基材4而进行蒸镀。或者，也可以准备改变了基材保持部15的数量的基材支撑盘14，以进行更换。
图9是示意性地示出将一个基材4安装到基材支撑盘14的例子的立体图。基材支撑盘14的公转直接成为基材4的自转，省略基材自公转机构12。除此以外的结构和动作与引用图7进行的说明相同，因此省略详细的说明。例如，在基材4为如燃气轮机第一级动叶片那样大型的情况下采用。
图10是示意性地示出将三个基材4安装到基材支撑盘14的例子的立体图。基材自公转机构12通过组合与基材支撑盘14连接以公转的齿轮18a和与三个基材保持部15连接以自转的三个齿轮18b而构成。除此以外的结构和动作与引用图7进行的说明相同，因此省略详细的说明。在基材为中等规模的情况下采用。
(准备室的结构例和前处理)
图11是示出准备室110的一结构例的侧视图。更优选的是，在准备室110设有溅射源6和等离子体清洗机7。基材支撑机构10左右对称，因此，在蒸镀室100内使基材4自转和公转时，在准备室110中也能同样地进行自转和公转。与蒸镀室100中的蒸镀并行地，可以在准备室110中进行基材4的清洁处理或溅射处理。一般而言，在金属上实施热障涂层的情况下，在金属的基材表面形成接合层之后，涂敷热障用的陶瓷包覆膜。在使用等离子体清洗机7来清洁基材4的金属之后，使用溅射源6来使接合层的材料沉积到金属基材4的表面，其后，在不破坏真空的情况下移动到蒸镀室100，从而能够实施热障涂层。作为溅射源6，例如优选磁控溅射。
图12是连续进行准备室110的前处理和蒸镀室100的蒸镀处理时的时序图。横轴为时间经过，示出准备室110和蒸镀室100各自的处理。在时刻t1之前，准备室110中将基材4安装在基材支撑机构10。此时，通过在准备室110内翻转基材支撑机构10，将基材4安装在两面。接着，将整体进行真空排气。在排气完成之后，从时刻t1到时刻t2的期间，使等离子体清洗机7动作而进行基材的清洁。照此连续地从时刻t2到时刻t3的期间使溅射源6动作，以在基材4的表面沉积接合层。接着，使基材支撑机构10返回准备室110内并翻转，然后紧密贴合到蒸镀室100，从而形成了接合层的基材4被送到蒸镀室100内。此时，准备室110和蒸镀室100的密封会解除，但两者都保持在真空中。之后，对准备室110和蒸镀室100进行排气，直到成为既定真空度(例如10－3Pa、10－5Torr)，从时刻t4到时刻t6的期间，蒸镀室100中进行热障用陶瓷包覆膜的蒸镀处理。与此并行地，在准备室110中，从时刻t4到时刻t5的期间进行基材的清洁，从时刻t5到时刻t6的期间进行借助溅射的接合层的沉积。接着，再次使基材支撑机构10返回准备室110内并翻转，然后紧密贴合到蒸镀室100，从而形成有接合层的基材4被送入蒸镀室100内。接着，对准备室110和蒸镀室100进行排气，直到成为既定真空度，从时刻t7到时刻t8的期间，在蒸镀室100进行热障用陶瓷包覆膜的蒸镀处理。
如以上那样，由于能够在不破坏真空的情况下连续进行基材的清洁和接合层的沉积、热障用陶瓷包覆膜的蒸镀，因此可将界面的污染等抑制在最小限度。另外，由于能够并行进行清洁及溅射和蒸镀处理，因此能够提高每单位时间的处理量，并能进一步提高量产性。
另外，上述一系列的程序可在人工准备结束、冷却水的引入确认、主电源接通后，通过远程操作或自动运行来推进。即，对包括蒸镀室100和准备室110在内的整体进行真空排气，对蒸镀室100进行烘烤，确认背景真空度成为既定值以下的情况。然后，向氧等离子体发生装置2引入氧而产生氧等离子体，并使电子枪31动作而进行蒸镀。进而，一边观察坯料的状态一边测定蒸镀膜厚，当达到既定膜厚时完成蒸镀。与此并行或者作为准备阶段，也可以在准备室110中进行基材的清洁和用于形成接合层的溅射。
(坯料的连续供给)
在图2中，仅绘制了一个作为蒸镀的陶瓷原料的坯料，但更优选具备能够连续供给的机构。
图13是示出作为陶瓷原料的坯料的连续供给机构的结构例的立体图。在坯料保持台50上，呈一列地排列配置有四个坯料3－1～3－4。前头的坯料3－1配置在电子枪31的电子束照射到的位置。尽管省略了图示，但前头以外的坯料可以沿着设置在两侧的引导板排列。前头的坯料在使用后通过坯料排除杆52排除，呈列的坯料被坯料送出杆53推压，下一个坯料被送至前头的电子束照射位置。
构成为处于电子束照射位置的坯料通过坯料控制棒51能够沿上下方向移动。在蒸镀期间坯料被消耗，根据坯料的消耗进行控制，使得照射电子束而熔化的部分的高度保持恒定。更优选的是，构成为坯料控制棒51还可以旋转，使得使用中的坯料伴随着该坯料控制棒51的旋转而旋转。如上述参照图2的蒸发源1的说明那样，能够控制成为抑制坯料表面上的电子束的照射位置的偏倚，使得被均匀地消耗。
图14是绘制出在图13的连续供给机构中，使使用过的坯料从电子束照射点移动的情况的说明图，图15是绘制出在图13的连续供给机构中，使未使用坯料移动到电子束照射点的情况的说明图。如图14所示，通过使坯料控制棒51下降，令使用过的坯料3－1的下端与坯料保持台50的表面成为相同高度，并且通过使坯料排除杆52的旋转来从电子束照射位置排除。其后，如图15所示，通过坯料送出杆53将呈列的坯料3－2～3－4推入，将前头的坯料3－2送到电子束照射位置。
通过如以上那样设置坯料的连续供给机构，能够在蒸镀的中途更换坯料。因此，即便是需要多个坯料这样的较厚膜厚的包覆，也可在中途不破坏真空的情况下连续进行蒸镀。
(坯料的再利用)
更优选的是，改良上述的能够连续供给坯料的机构，构成为能够再利用使用过的坯料。
图16至图19示出可以再利用使用过的坯料的坯料供给机构的结构例的示意性立体图。坯料需要保留一定程度未使用的部分而结束使用。这是因为，即便控制成为使照射的电子束进行扫描等而尽可能地使坯料均匀地从上表面蒸发，如果完全用完就会露出坯料控制棒51而会被电子束照射。因此，采用将使用过的坯料载置到未使用的坯料之上而能够再利用的结构。
取代图13至图15的坯料排除杆52而具备坯料移动杆54，使得坯料能够从电子束照射位置暂时避让后，再回到原来的电子束照射位置。例如，如图所示，坯料移动杆54可以是分叉的。如图16所示，使使用过的坯料3－1暂时避让，接着通过坯料送出杆53来将要使用的未使用的坯料3－2推入电子束照射位置。接着，如图17所示，通过降低坯料控制棒51，使未使用的坯料3－2的上表面下降到与坯料保持台50的表面成为相同高度。接着，如图18所示，使用坯料移动杆54来使避让着的使用过的坯料3－1回到电子束照射位置。此时，在电子束照射位置上，由于未使用的坯料3－2的上表面与坯料保持台50的表面为相同高度，因此使用过的坯料3－1会承载到未使用的坯料3－2上。接着，如图19所示，通过提升坯料控制棒51，使使用过的坯料3－1的上表面提升到与未使用的坯料3－3、3－4的上表面成为相同高度。由此，使用过的坯料3－1的上表面被提升至电子束照射的位置，将用于下一次的蒸镀。在蒸镀中，陶瓷材料从坯料3－1的上表面依次被消耗，与此相应地，将坯料控制棒51拉起。此时，坯料控制棒51将未使用的坯料3－2往上推，将置于其上的坯料3－1往上推。当坯料3－1消失后，直接对下面的未使用的坯料3－2照射电子束，用于蒸镀。由此，暂时使用过的坯料被再利用。
在此示出的能够再利用使用过的坯料的坯料供给机构的结构例仅为一个例子，可进行各种变更。
(实施方式2)
在实施方式1中，示出了在蒸镀室100的两侧对称的位置具备两个准备室110－1、110－2的蒸镀装置，但是所具备的准备室的数量为任意的。
图20是准备室的数量为一个的蒸镀装置的结构例。与图1同样地示出俯视图和前视图。结构和动作与实施方式1中的说明相同，因此省略详细说明。
图21是准备室的数量为四个的蒸镀装置的结构例。仅示出俯视图。在一个蒸镀室100的四个方向上设有四个准备室110－1～110－4，分别具备基材支撑机构10－1～10－4。各结构和动作与实施方式1中的说明相同，因此省略详细的说明。
在准备室的数量为一个的例子中，也可在右侧面配置基材加热用加热器5，使基材的温度控制变得容易。另一方面，通过增加准备室和基材支撑机构的数量，可增加能够同时并行进行蒸镀的基材的数量，从而能够提高量产性。
以上，基于实施方式具体说明了由本发明的发明人构思的发明，但本发明并不局限于此，在不脱离其要点的范围内，显然可以进行各种变更。
(产业上的可利用性)
本发明可优选适用于对金属基材的表面蒸镀陶瓷的蒸镀装置。
(标号说明)
1蒸发源(电子枪+陶瓷坯料)；2等离子体发生器；3陶瓷原料(坯料)；4基材；5基材加热用加热器；6溅射源(Sputtering Source)；7等离子体清洗机；8热电偶；9膜厚测定器；9T激光照射器；9R受光器；10基材支撑机构；11基材旋转动力传递机构；12基材自公转机构；13隔壁；14支撑盘；15基材保持部；16a、16b、16c锥齿轮；17 O形环；18a、18b齿轮；19旋转式接头；20基材水平移动机构；21基材水平移动驱动机构；22基材翻转驱动机构；23基材自公转驱动机构；24温度测定器；31电子枪；32扫描电极；33热电子发生用电源；34热电子加速用电源；35电子束扫描用电源；40基座；41a、41b锥齿轮；42导轨；43螺旋棒；44固定块；45移动块；50坯料保持台；51坯料控制棒；52坯料排除杆；53坯料送出杆；54坯料移动杆；100蒸镀室；110－1、110－2准备室。
Claims (7)
1.一种蒸镀装置，用于在基材形成陶瓷包覆膜，具有蒸镀室、准备室、基材支撑机构、水平移动机构和翻转机构，
所述蒸镀室和所述准备室分别与真空排气装置连接，并且由开口部沿左右方向彼此连接，
在所述蒸镀室内具备支撑陶瓷原料的原料保持部和向所述陶瓷原料照射电子束的电子枪，
所述基材支撑机构具有左面隔壁和右面隔壁，在所述左面隔壁的左侧还具有可安装多个基材的左面基材支撑盘，在所述右面隔壁的右侧还具有可安装多个基材的右面基材支撑盘，能够使所述左面基材支撑盘在与所述左面隔壁平行的面内旋转并使安装的多个基材以安装部为中心旋转，使所述右面基材支撑盘在与所述右面隔壁平行的面内旋转，
所述水平移动机构能够使所述基材支撑机构在翻转位置与使所述左面或右面的一个隔壁紧密贴合到所述开口部的周围的壁面的蒸镀位置之间沿所述左右方向水平移动，
所述翻转机构能够使所述基材支撑机构在所述翻转位置上左右翻转。
2.根据权利要求1所述的蒸镀装置，其中，
所述准备室还具备溅射源、清洁装置、氧化装置中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的蒸镀装置，其中，
所述蒸镀室还具备氧等离子体发生装置。
4.根据权利要求1所述的蒸镀装置，其中，
所述蒸镀室还具备扫描机构，对保持在所述原料保持部的所述陶瓷原料中被所述电子束照射的位置进行扫描。
5.根据权利要求1所述的蒸镀装置，其中，
所述基材支撑机构具有齿轮，用于规定所述左面及右面基材支撑盘的旋转速度与所述多个基材的旋转速度之比。
6.根据权利要求1所述的蒸镀装置，其中，
所述原料保持部具备能够保持多个陶瓷坯料且使所述多个陶瓷坯料依次移动到所述电子束照射到的位置的机构。
7.根据权利要求1所述的蒸镀装置，其中，
在以所述蒸镀室为中心的对称位置，具备多个所述准备室、所述基材支撑机构、所述水平移动机构和所述翻转机构的组。
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