CN201971891U - 一种圆柱型程控电弧蒸发离化沉积装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种圆柱型程控电弧蒸发离化沉积装置，圆柱型阴极为中空圆管管材构成的电弧管状靶，内置筒状永久磁铁，磁力线平行于阴极纵轴，阴极两端对称接入弧电源的负输出端，在该两端各自的输入电路上，分别接入时间可控的电子开关，程序控制电弧快速通断，从而使运动电弧上、下往复并沿周围旋转，即运动电弧以螺旋形上升或下降，阴极弧斑按螺旋形轨迹烧蚀阴极管状靶表面，蒸发并离化金属靶材。

Description

一种圆柱型程控电弧蒸发离化沉积装置

技术领域：

本实用新型涉及一种圆柱型程控电弧蒸发离化沉积装置，通过弧斑往复螺旋运动烧蚀圆柱阴极的较大的表面积，实现程控电弧气相沉积。属于物理气相沉积镀膜技术领域。

背景技术：

本实用新型实现了程控电弧对称均匀蒸发圆柱靶材，使靶材材料沉积镀覆到基材工件表面。其弧斑因磁场旋转而旋转，因时间继电器程序控制电子开关而上、下往复，两种运动合成实现弧斑在圆柱表面作时而上升、时而下降的螺旋运动。这使阴极烧蚀均匀，镀膜厚度可控，并减少了镀材熔滴产生的数量，蒸发并离化成离子数较多，较好改进了膜层质量。

通过国内外文献及专利检索，有价值的背景技术如：

△申请号：96218605.8，申请人：王福贞

实用新型专利：旋转磁控柱状弧源多弧离子镀膜机

其柱状管内数根条形永磁体，在靶面内作旋转运动，弧源呈线状沿柱弧靶全长分布，并沿柱弧靶面扫描。

显然其结构特点与本实用新型不同，且于2002年费用终止。

本实用新型因加入时间继电器控制的电子开关，使弧斑运动呈螺旋轨迹上升或下降。

△申请号：97220893，申请人：肇庆市滕胜真空技术工程有限公司和王福贞。

实用新型专利：蚌形双宝柱状弧源多弧离子镀膜机

在两个蚌形前门的中央分别装入旋转磁控柱状弧源，两个前门一开一合，轮换与固定体扣合后进行镀膜。

其所述柱状弧源与本实用新型特点和结构大不相同，且该专利已于2002年因费用终止。

△美国专利号：5269898，申请人：美国Vapor Technologies公司

专利民称：采用真空电弧蒸发镀覆基材的装置和方法

美国VT公司专利的圆柱阴极电弧蒸发装置，采用的是螺旋电磁线圈产生磁场约束专利，不是永久磁场，另一个重要区别是将电弧传感器设置在圆柱阴极上、下端，传感弧斑到达的信号通过复杂控制电路使弧斑往复运动，而本实用新型是采用时间继电器控制电子开关，很不相同。

美国VT公司专利有效期到2011年12月17日为止。

发明内容：

本实用新型涉及一种圆柱型程控电弧蒸发离化沉积装置，主要技术意图是要获得一种程控电弧，一般在物理气相沉积PVD领域，电弧温度比较高，适当于镀切削刀具和工模具作为工具镀膜，或镀金属装饰件作装饰镀膜，但对基材为塑料或低熔点金属等不耐温材料，也可程控使用。

本实用新型实现程控电弧沉积技术方案，由于程控可使弧斑运动变快或变慢，以往电弧高温镀覆易达到，实现低温镀覆难。目前，正是填补了采用电弧在相对低温条件下实现塑料基底或低熔点金属基底上镀覆。

为了扩大电弧镀覆的使用温度范围，特别是获得程控低温电弧，解决此技术问题，采用以下几方面技术方案：

圆柱阴极中空圆管状靶内设置筒状永久磁铁，磁力线平行于阴极圆柱的母线故造成纵向磁场。

圆柱阴极上、下两端对称接入弧电源的负输出端，并在两端各自的输入电路上、下分别接入受时间继电器控制的电子开关，设定时间使两个电子开关程控交替通和断，从而使运动电弧上、下往复运动。

圆柱阴极设置在真空室中心位置，以真空室壁为阳极，电弧电源供阳极、阴极以弧电流。

圆柱阴极靶需较大面积，为此设计的圆柱长度较长，俗称长弧靶，如直径及长度至少为Φ100×1200mm，由于阴极面积大，弧斑可在较大面积上运动，不至于集中烧蚀小面积集中点，造成高温熔滴产生。

由于围绕中心线的纵向磁场和上、下往复运动，弧电流向量方向从真空室内壁(+)指向阴极(-)，纵向磁场向量方向沿圆柱母线，弧电流向量叉乘纵向磁场产生沿圆柱切线方向旋转的洛伦兹力，切向推动弧斑旋转，上、下往复运动使弧斑往复，约束弧斑按上述两运动分量合成的方向运动，即弧斑按沿圆柱面上升螺旋线或下降螺旋线轨迹运动，对大面积圆柱靶扫描烧蚀，蒸发并离化金属靶材。

本实用新型所需的控制约束弧斑的磁场，也可采用外绕于圆柱阴极的螺旋形上升电磁线圈产生。

采用以上技术方案可解决上述的技术问题，对比现有技术其优点和有益效果如下：

(1)现有技术中美国采用螺旋电磁线圈产生磁场，并用传感器作弧斑感应灵敏元件，无论是硬件还是电子线路都很复杂。成本高，故障难排除。

(2)现有技术中国内控制弧斑曾采用靶管内置旋转条状永久磁铁产生的磁场，磁场单一，弧斑运动方向局限。

本实用新型采用时间继电器程控电子开关的通断，电路简单，实现了可调弧斑的上、下往复运动，再与设置在靶管内筒状永久磁铁产生的磁场，控制弧斑旋转运动，两个运动分量合成，是弧斑作螺旋上升或下降轨迹运动。

弧斑的螺旋运动方向和快慢都可控制，且其扫描范围大，轨迹随机性大，不重复，获得程控电弧，使烧蚀靶材均匀，升华出离子等，飞溅出靶材熔滴大为减少，改进了膜层质量。

附图说明

图1是圆柱型程控电弧蒸发离化沉积装置示意图

图1中1是电弧电源

2是受时间继电器控制的电子开关

3是时间继电器

4是真空镀膜室

5是引弧针

6是圆柱型电弧蒸发靶

7是圆筒状永久磁铁

8是磁力线

9是通真空系统

10是接地处

11是另一个时间继电器

12是另一个受相应时间继电器控制的电子开关。

具体实施方式：

本实用新型技术方案，已在我公司推出的新机型上作为优选方式加以实施。

待真空镀膜室4，通过真空系统9抽气，使真空室从大气抽到6.6×10^-3Pa，电弧电源1的负极分别连接到圆柱阴极上、下端，其正极连接到真空室机壳并接地11，弧电源1的负极在对称接入圆柱阴极前，分别经过由时间继电器3和11控制的相应电子开关2和12，由引弧针5引弧。设定时间继电器的时间间隔，使电子开关2和12以一定的时间差交替接通和断开，从而使点燃于室壁和圆柱壁面的电弧作上、下交替的螺旋线运动，其阴极弧斑在圆柱壁面上作螺旋线扫描，并烧蚀蒸发离化阴极靶材6。

Claims (4)

1.一种圆柱型程控电弧蒸发离化沉积装置，圆柱型阴极为中空圆管管材构成的电弧管状靶，内置筒状永久磁铁，该阴极两端对称接入弧电源的负输出端，其特征是在该两端各自的输入电路上，分别接入时间可控的电子开关，使电弧快速接通并程序控制通断，从而使运动电弧上、下往复并沿圆周旋转，即运动电弧以螺旋形上升或下降，阴极弧斑按螺旋形轨迹烧蚀阴极管状靶表面，蒸发并离化金属靶材。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱型程控电弧蒸发离化沉积装置，其特征是圆柱型阴极靶管内中空部分安置的管状永久磁铁，使在圆柱靶面附近造成纵向磁场，即磁力线平行于阴极的纵轴，且全覆盖圆柱表面。

3.根据权利要求1所述的一种圆柱型程控电弧蒸发离化沉积装置，其特征是圆柱阴极设置在真空室中心位置，以真空室壁为阳极，电弧电源供阳极、阴极以弧电流。

4.根据权利要求1所述的一种圆柱型程控电弧蒸发离化沉积装置，其特征是控制约束弧斑的磁场，也可采用外绕于圆柱阴极的螺旋形上升电磁线圈产生。 

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