CN1177950C - 滑动轴承的真空镀膜装置 - Google Patents

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Abstract

不同形状基体真空镀膜用的现有装置，在连续作业或分批作业的设备中，都是按下述方式配置的，即按一种镀膜工艺涂敷几层涂层。滑动轴承要涂敷几层涂层，所用的镀膜物质和与此有关的条件要求采用多项镀膜技术。这特别涉及一些输送参数。现有的设备不能满足这些要求。按本发明的这样一种装置包含几个连成一条线的处理室。采用形锁合和力锁合的配合方式一起保持在温度调节的支承体上的滑动轴承被移动通过上述的室，包括预处理室、溅射室、蒸发室，为此采用一种与此工艺相适配的输送系统。支承体用的温度调节装置连接在镀膜行程的上游。相应的输入和输出通道使得从大气到大气的输送成为可能。

Description

滑动轴承的真空镀膜装置
技术领域
本发明涉及滑动轴承用的一种真空镀膜装置。滑动轴承(也叫轴承套)具有凹曲的表面，于此，里面的朝向轴的表面具备一个膜层系统。镀膜是在真空镀膜设备中进行的。这种滑动轴承主要用在高负荷条件下的机器制造业和汽车制造业中。
背景技术
早已知道有用于基片真空镀膜的连续工作设备。基片可能具有不同尺寸、不同的材质和几何形状，例如条带、构件或玻璃基片。在这种基片上可以在一道连续工序中涂敷一层膜或几层膜。为此，基片经过闸门被置入其时的连续设备中。根据待涂敷的膜层系统的要求，一般须先在一个相应的真空室中进行预处理，随后才在一个或几个镀膜室中将相应的膜层系统涂敷上去。在完成镀膜之后，基片经过一个闸门离开连续设备。在这种从大气到大气的连续设备中涂敷整个的膜层系统。基片准稳定地移动通过连续设备。
在这样一种连续设备中如果只能对平的基片如条带或并列的玻璃板进行镀膜的话，也知道可用不同的真空镀膜方法对具有不同材质和厚度的基片进行镀膜。因此已经知道，在一道连续工序中在条带上溅射两个膜层，然后再蒸发一个膜层[Surface and Coatings Technology，93(1997)S.51-57]。
这种连续设备适用于带状材料，这种材料本身在不同的镀膜过程中以相同的速度被引导通过该设备。但有这样的缺点：如果被镀膜的基片的几何形状和涂层参数以及涂层材料要求不同的输送速度和一种差异的输送体制的话，则这种设备和与之配套的方法就不适用了。
此外还知道一种用于透平叶片镀膜的连续设备(DE 195 37 092C1)。在这种设备中可在透平叶片上涂敷耐高温的膜层。上述膜层的涂敷是采用电子束辐射蒸发方法在高温条件下进行的，为此，在镀膜之前须将透平叶片加热到大约1000℃的温度。在这种温度条件下的镀膜迫使投入大的设备费用，这只对那种特定用途即对透平叶片的镀膜才是合算的。只能用唯一的一种方法来进行这种镀膜。
此外，已知有一些用于滑动轴承的镀膜方法和设备。这种作为分批作用式设备的镀膜设备通常是由一个真空室构成的。在此真空室中，在经过预处理之后可以在已经被镀膜过的滑动轴承上采用溅射法涂敷封闭性的滑动膜层。这一滑动膜层基本上决定着滑动轴承的特性。与所涂敷的滑动膜层的质量有连带关系的是，滑动轴承是否能满足所提出的各项要求(DE 36 06 529 C2；AT 392 291 B)。
其缺点在于：由于方法条件的限制，在采用溅射法涂敷滑动膜时要为滑动轴承投入很高的能源。滑动膜层(通常是一种含锡物质)由于低熔点的锡之故，是不能在任意的高温条件下进行涂敷的。因此，为了涂敷定性高价值的滑动膜层，必须将方法限定所投入的能源通过冷却例如油冷却降低到可容忍的程度。为此，要为在膜层溅射过程中支承着滑动轴承的任何支架而输入和排出冷却液。在分批作业式的设备上，这种冷却可能是没有问题的。相反地，在一种作为连续作业设备设计的镀膜设备中进行滑动轴承镀膜时，采用一般的液体冷却，只在费用很高的条件下才是可行的，这种设备具有由闸门分开的多个真空室，可依真空顺序涂敷多个膜层。
分批作业式设备的另一缺点是：由于装料作业的限制，这种设备的生产效率比采用连续或准连续作业的连续设备较低。分批作业式设备的生产效率之所以较低，乃是由于不连续的作业和设备大部分的频繁排风和通风所致。
过去提出过一种生产滑动轴承的方法，按此方法是采用电子束辐射蒸发而在滑动轴承上涂敷滑动膜层的。采用这种方法为滑动轴承涂敷滑动膜层，可以获得比溅射法较高的生产效率，同时还可降低为滑动轴承投入的能源(DE 195 14 836 A1)。
但上述方法仍未在工业上使用，迄今所知还没有用于实施该方法的设备，即在工业条件下可以施行该方法的设备。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于滑动轴承真空镀膜的装置，利用本装置可以高生产效率地涂敷具有不同厚度的由不同材料组成的多个膜层。本装置可实现高产量、低成本的目标。它还可确保将方法上重要的参数保持在很窄小的容差界限内。在镀膜过程中，被镀膜的滑动轴承的温度可稳定地保持在很窄小的波动限度内。本设备适合于总工艺所需的多个真空方法的实施。
按本发明，上述任务是通过以下各项特征加以解决的：滑动轴承的真空镀膜装置，使滑动轴承具有至少一层中间膜层和至少一层滑动膜层，本装置包含：一系列真空室，这些真空室依次排列并通过真空阀或压力级加以分开，其中，至少一个真空室作为闸门室用来将未镀膜的滑动轴承送入真空和/或用来将已镀膜的滑动轴承送出真空，至少一个第二真空室用来通过一种等离子体方法预处理未镀膜的滑动轴承，以及至少另一个真空室用来涂敷中间膜层和滑动膜层；真空泵，与各真空室相连；供电装置和控制装置，用于实施镀膜工艺；以及，用来将若干个滑动轴承送到一条通过本装置延伸的输送道上，其特征在于：滑动轴承被形锁合地保持在支承体上，上述支承体是可以温度调节的，滑动轴承能够用一个可调节的力压紧在支承体上，在输送装置中相继地至少装有输入端的闸门室，一个预处理室，一个第一镀膜室，一个第二镀膜室和一个输出端的闸门室，控制装置设计成，使得支承体可以以一个与在每个真空室中进行的部分工艺过程相适配的输送速度移动，在预处理室中安置了一个腐蚀装置，用来对滑动轴承进行稳定态的、磁场支持的等离子体腐蚀，在第一镀膜室中安置了一个磁控管溅射源，在此溅射源中至少一个靶被溅射，在各滑动轴承之间有一个与滑动轴承的几何形状相适配的间距，在第二镀膜室中安置了一个配有一蒸发器埚的电子束蒸发器，与滑动轴承保持一个与滑动轴承的几何形状相适配的间距，在滑动轴承于其中通过电子束蒸发而被镀膜的区域前后，设置了缓冲区。
在一个支承体上如此放置至少一列无间隙彼此并排的多个滑动轴承，使得其顶点形成一条线。多列的滑动轴承沿着或垂直于输送方向放置在一个支承体上。支承体由两部分组成，支承体的一个部分设计成用于传动和用于同输送道的连接，支承体的另一部分则设计成用于容纳滑动轴承和用于温度调节。支承体的一个部分设计成用于温度调节、用于传动和用于同输送道的连接，支承体的另一部分则设计成用于容纳滑动轴承。支承体的用于容纳滑动轴承的那个部分可以交换地与支承体相连。支承体的用于温度调节的那个部分是用一种材料做成的，这种材料的导热性和比热容量与铜的对应数值相当。支承体的用于温度调节的那个部分是用铜做成的。电子束蒸发器是由一个蒸发器埚和一个安置在其旁侧的轴向电子枪组成的。蒸发器埚在其底上有一个孔口用于补给蒸发物。缓冲区布置在第二镀膜室之内。每个缓冲室布置在一个分开的真空室中。为了支承体的温度调节，在闸门室前面设置了一个温度调节室或温度调节站。安置了一个装置用来将支承体从输出端的闸门室送回到输入端的闸门室。各真空室是成直线彼此相连地布置的，支承体按直线地从输入端的闸门室一直输送到输出端的闸门室。各真空室是成环形地彼此相连布置的，只有一个真空室是为了支承体的入闸和出闸而布置的。腐蚀装置是如此设计的，使得带有滑动轴承的支承体处于地电位，而磁场则是作为磁控管式的隧道设计的。
作为连续设备设计的本装置，其结构如下：多个真空室是依次相连地布置的，在每个真空室中安置了在其中实施有关工艺步骤所需的装置。此外，本装置还具有为各真空处理室前后分别连接的一个闸门室，以之用于支承体的送入和取出。支承体是设计成可以温度调节的。它们用来容纳滑动轴承，而且可以在一条输送道上移动而通过整个装置。
带有其工艺条件限定装置的真空室，至少有一个预处理室，带有至少一个腐蚀装置；一个第一镀膜室，带有至少一个溅射源；和一个第二镀膜室，带有至少一个电子束辐射蒸发器。带有电子束辐射蒸发器的真空室是如此设计的，即在镀膜室中的蒸发区域的两侧各有一个缓冲区。
本发明的重点是支承体的可以温度调节的发展，或者说滑动轴承的温度调节的可能性。
为此，支承体是如此设计的：滑动轴承刚性连接地被容纳在支承体的一个用于容纳的部分中，而且利用可调节的力加以保持。借助这种刚性和非刚性连接的容纳便可实现从滑动轴承到支承体的良好热传导。由此保证了：由工艺条件限定的进入滑动轴承中的热量被导入支承体中，从而防止滑动轴承受到过大的加热。
支承体的用于温度调节的部分的尺寸和构造，其主要作用在于：不仅可以积聚所引进的热量，而且使滑动轴承的温度可在一定范围内调节。因此，通过支承体的这种构形便可保证：在镀膜过程(溅射或蒸发)中，滑动轴承的温度被调节到一个规定的值，并稳定地保持在一个窄小的界限内。这就是说，大小、形状及材料特性都是在计算和实验的基础上而适用于温度调节目的的。尤其在涂敷含有低熔点金属的膜层时，为了生产出定性高价值的膜层迫切需要一个公差确定得很窄小的温度范围。因此，例如在采用电子束辐射蒸发法涂敷一种AlSn滑动膜层时、滑动轴承的温度必须处在140℃和160℃之间。
支承体的可温度调节的构造主要有助于不同镀膜方法的联合，冷却元件一般用于排热，而可温度调节的支承体一方面在第一镀膜室中进行腐蚀和镀膜时可以吸收热量，与此同时另一方面在第二镀膜室中它们又可用作为热缓冲器，并能将热量传给滑动轴承。因此它们便可保证：在第二镀膜室中，将滑动轴承的温度保持在一个预定的允许误差很窄小的温度范围内。这一点特别在涂敷含有低熔点金属的膜层时对膜层质量具有决定的意义，从而对整个滑动轴承的质量起着决定性作用。因此只有通过支承体中不同温度的调节才能够涂敷出由不同物质组成的且具有足够质量的膜层。
本发明的另一个重要特征是缓冲区的安排。每种镀膜方法都有其固有的时间方法过程，这种过程是不能转用到另一种镀膜方法上去的。因此，每种镀膜方法要求滑动轴承经过镀膜源的移动也不同。在腐蚀和溅射过程中是稳定态地和不连续地进行腐蚀和镀膜的，因此只要求支承体一步一步地移动，而电子束辐射蒸发法则要求连续的作业方式，从而要求一种不同的与这一种部分过程相适配的移动。但这种移动又可以是同形式的或不同形式的。此外，在各个镀膜室中的停留时间是不同的。通过缓冲区的安排，结合一种控制程度，才有可能将这两种不同的镀膜方法，即不连续的溅射法和连续的蒸发法，在一个装置上在一个流程中彼此连接起来。因此，缓冲区或缓冲室的安排是一个重要的环节，借此才能够在上述两种方法的不同移动过程和完全不同的工作压力范围之间实现一种平衡，从而使滑动元件从大气到大气的连续通行成为可能。
因此令人惊叹的是，利用本发明提出的装置才能够高生产效率地在一个流程中使滑动轴承依真空镀膜顺序获得以不同方法完成的多个膜层，而没有在过渡时间内暴露在大气中的现象。
本发明提出的装置的一些有利的改进在于：除了支承体的构造之外，支承体的可温度调节部分是用铜做成的。但也可考虑使用各种其它的具有良好导热性和高的比热容量的材料。滑动轴承在支承体上的放置可以按一排或几排沿输送方向彼此并列地或彼此正交地执行。
预处理室最好具有一个进气系统，以便于可施行由等离子体支持的工艺方法以及反应性的预处理。腐蚀装置是配有磁场的，或者可以设置分离的等离子体源，例如空心阴极。
作为第一镀膜室的溅射源可以使用各种已知的带有和不带有磁场的溅射源。
作为电子束辐射蒸发器也可以使用各种已知的电子束辐射源，最好是轴向电子枪蒸发器埚可以设计为单埚蒸发器或多埚蒸发器，在此情况下它必须与被镀膜的滑动元件的几何形状相匹配，以便达到均匀镀膜的目的。蒸发材料可以以线材形式、粒材形式或者作为带通过蒸发器埚底部加以供给。
用于温度调节的装置最好安置在输入端的闸门室之前。但它也可以安置在本装置的任一位置或者本装置外面。同样地，温度调节可在每个真空室中进行。只须保证的是：滑动轴承在涂敷滑动膜层的时刻所具有的温度保持在预定的温度范围内。温度调节最好在大气压力下通过液态或气态介质来实现。介质的供给和排除采用已知方式进行。下述做法也是可行的，就是把有关的温度调节元件安排在真空室中的作业点，借以通过这些温度调节元件的压紧或紧贴来达到一种温度调节的目的。
特别合宜的是，在取出站后面安置一个辅助的温度调节装置，以用于支承体的冷却。
所有的真空室都是可以用真空泵来实现抽真空的。一个控制系统能确保按照当时执行的镀膜的作业顺序。
附图说明
现参照一个实施例对本装置做更详细的说明。附图表示滑动元件镀膜用的一个装置的横截面图。
具体实施方式
在一个温度调节室1中安置了一个用于支承体2的温度调节的装置，待镀膜的滑动轴承3形锁合地固定在这些支承体内。温度调节元件被压紧在支承体2上。支承体2这时温度调节在90℃。一个闸门室5经过一个真空阀4而与温度调节室1相连。所有真空室同样都是通过真空阀4而彼此分开的。闸门室5的用处是将支承体2从大气引入真空。支承体2可以在一输送道6上移动而通过本装置。传动装置集成在每个支承体2内。一个预处理室7与闸门室5相连。在该预处理室中安置了一个有磁场支持的腐蚀器8，它利用一种强烈的等离子体对放置在支承体2上的滑动轴承3进行预处理。上述等离子体被引导通过一个特定形的磁场，该磁场按照磁控管原理工作。腐蚀装置8是如此设计的，即，使得带有滑动轴承3的支承体2和输送道6处于地电位上。随后将经过温度调节的支承体2继续移动到第一镀膜室9中。在此镀膜室中，按照一个与滑动轴承3的几何形状相适配的间距，安置一个带有由NiCr组成的溅射靶的磁控管10。在上述第一镀膜室9中，在滑动轴承3上溅射一层NiCr层。支承体2通过上述镀膜室9的移动是不连续地进行的。
支承体2然后进入一个第二镀膜室11，这时它们首先在一个第一缓冲区12中停留。该缓冲区12的作用在于：使第一镀膜室的不同输送分布与第二镀膜室11相适配，并使不同的工作压力相配合。支承体2经过磁控管10不连续地移动，而支承体2通过第二镀膜室11的镀膜区13的移动则是连续进行的。在缓冲区12中有若干个支承体2。一个输送控制程序确保支承体2的不连续序列转变成支承体2的连续序列，并使得蒸发器的作业可以连续进行，也就是说，通过这一区域时，若干个支承体2序列依次排列而移动经过蒸发器。随后，经过缓冲区18，连续的支承体2的序列再转变成支承体2的不连续可输送的和可过闸的序列。在镀膜区13中，安置了一个电子束蒸发器。该蒸发器由一个轴向电子枪14构成。其电子束15按已知方式通过磁场而被导向到处于蒸发器埚16中的蒸发物17上。一种AlSn合金用作为蒸发物。这种具有带材形状的合金可以通过蒸发器埚16从一料箱17a中补给。在滑动轴承3移动经过电子束蒸发器的同时，在滑动轴承3上涂敷一层第二层—滑动层。经过所述的缓冲区18和另一个闸门室19，支承体2便离开本装置，镀膜完毕的滑动轴承3在输出区20中从支承体2上被取下。

Claims (18)

1.滑动轴承的真空镀膜装置，使滑动轴承具有至少一层中间膜层和至少一层滑动膜层，本装置包含：一系列真空室，这些真空室依次排列并通过真空阀或压力级加以分开，其中，至少一个真空室作为闸门室用来将未镀膜的滑动轴承送入真空和/或用来将已镀膜的滑动轴承送出真空，至少一个第二真空室用来通过一种等离子体方法预处理未镀膜的滑动轴承，以及至少另一个真空室用来涂敷中间膜层和滑动膜层；真空泵，与各真空室相连；供电装置和控制装置，用于实施镀膜工艺；以及，用来将若干个滑动轴承送到一条通过本装置延伸的输送道上，其特征在于：
-滑动轴承(3)被形锁合地保持在支承体(2)上，
-上述支承体(2)是可以温度调节的，
-滑动轴承(3)能够用一个可调节的力压紧在支承体上，
-在输送装置中相继地至少装有输入端的闸门室(5)，一个预处理室(7)，一个第一镀膜室(9)，一个第二镀膜室(11)和一个输出端的闸门室(19)，
-控制装置设计成，使得支承体(2)可以以一个与在每个真空室中进行的部分工艺过程相适配的输送速度移动，
-在预处理室(7)中安置了一个腐蚀装置(8)，用来对滑动轴承(3)进行稳定态的、磁场支持的等离子体腐蚀，
-在第一镀膜室(9)中安置了一个磁控管溅射源(10)，在此溅射源中至少一个靶被溅射，在各滑动轴承(3)之间有一个与滑动轴承(3)的几何形状相适配的间距，
-在第二镀膜室(11)中安置了一个配有一蒸发器埚(16)的电子束蒸发器，与滑动轴承(3)保持一个与滑动轴承(3)的几何形状相适配的间距，
-在滑动轴承(3)于其中通过电子束蒸发而被镀膜的区域前后，设置了缓冲区(12，18)。
2.按权利要求1的装置，其特征在于：在一个支承体(2)上如此放置至少一列无间隙彼此并排的多个滑动轴承(3)，使得其顶点形成一条线。
3.按权利要求1的装置，其特征在于：多列的滑动轴承(3)沿着或垂直于输送方向放置在一个支承体(2)上。
4.按权利要求1的装置，其特征在于：支承体(2)由两部分组成，支承体(2)的一个部分设计成用于传动和用于同输送道(6)的连接，支承体(2)的另一部分则设计成用于容纳滑动轴承(3)和用于温度调节。
5.按权利要求1的装置，其特征在于：支承体(2)的一个部分设计成用于温度调节、用于传动和用于同输送道(6)的连接，支承体(2)的另一部分则设计成用于容纳滑动轴承(3)。
6.按权利要求5的装置，其特征在于：支承体(2)的用于容纳滑动轴承(3)的那个部分可以交换地与支承体(2)相连。
7.按权利要求1的装置，其特征在于：支承体(2)的用于温度调节的那个部分是用一种材料做成的，这种材料的导热性和比热容量与铜的对应数值相当。
8.按权利要求7的装置，其特征在于，支承体(2)的用于温度调节的那个部分是用铜做成的。
9.按权利要求1的装置，其特征在于：电子束蒸发器是由一个蒸发器埚(16)和一个安置在其旁侧的轴向电子枪(14)组成的。
10.按权利要求9的装置，其特征在于：蒸发器埚(16)在其底上有一个孔口用于补给蒸发物(17)。
11.按权利要求1的装置，其特征在于：缓冲区(12，18)布置在第二镀膜室(11)之内。
12.按权利要求1的装置，其特征在于：每个缓冲区(12，18)布置在一个分开的真空室中。
13.按权利要求1的装置，其特征在于：为了支承体(2)的温度调节，在闸门室(5)前面设置了一个温度调节室(1)或温度调节站。
14.按权利要求1的装置，其特征在于：安置了一个装置用来将支承体(2)从输出端的闸门室(19)送回到输入端的闸门室(5)。
15.按权利要求1的装置，其特征在于：各真空室是成直线彼此相连地布置的，支承体(2)按直线地从输入端的闸门室(5)一直输送到输出端的闸门室(19)。
16.按权利要求1的装置，其特征在于：各真空室是成环形地彼此相连布置的，只有一个真空室是为了支承体(2)的入闸和出闸而布置的。
17.按权利要求1的装置，其特征在于：腐蚀装置是如此设计的，使得带有滑动轴承(3)的支承体(2)处于地电位，而磁场则是作为磁控管式的隧道设计的。
18.按权利要求1至17之任一项的装置，其特征在于：  腐蚀装置(8)具有固定的、弧形的、从电学上处于地电位的部分，这些部分与处于可移动的支承体(2)上的滑动元件(3)一起形成一个环形封闭区域，该区域限制着等离子体卸载，以及具有一个水冷却的、处于对地正电位的对应电极，该对应电极包含一个背侧安置的按磁控管类型产生磁场的装置。
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