CN202063988U

CN202063988U - 阴极弧高真空低电流稳定装置

Info

Publication number: CN202063988U
Application number: CN2011200934249U
Authority: CN
Inventors: 刘海泉; 彭冉; 何文锋; 钟宜航
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2021-04-01

Abstract

本实用新型公开了一种阴极弧高真空低电流稳定装置，包括与引弧气缸支承座连接的法兰、与法兰连接的弧靶座，与弧靶座连接的弧靶，其特征在于：所述法兰与弧靶之间还设置有绝缘套，所述弧靶座上固定连接有调节装置，所述调节装置包括与弧靶座固定连接的滑杆、与滑杆滑动连接的磁环、包裹磁环的壳体，所述法兰上还电连接有电阻，电阻另一端接地。本实用新型具有稳弧电流低、不会拉弧且电弧蒸发源蒸发出的金属离子不易沉积的特点。

Description

阴极弧高真空低电流稳定装置

技术领域

本实用新型涉及一种用在阴极弧离子镀膜设备中的蒸发源，尤其涉及一种在高真空环境下小电弧蒸发源也能低电流稳弧的阴极弧高真空低电流稳定装置。

背景技术

阴极弧离子镀膜设备是用阴极弧作为蒸发源在高真空系统中，在镀件上施加负偏压所组成的一个镀膜系统。主要用于车漆镀膜、装饰涂层、工模具涂层、光电薄膜等。而其中的蒸发源其形状尺寸均有一个范围。圆形小平面真空镀膜靶直径一般为60—100mm，矩形平面真空镀膜靶长度为1000—1500mm，柱状真空镀膜靶直径为70—100mm，长度为1000—3000mm。而真空镀膜引弧机构通常分为机械触发式和高频脉冲放电非接触式两种结构。真空镀膜机械触发式是依赖引弧针与阴极表面接触，由于真空镀膜引弧针与真空镀膜阴极表面构成一个大电流回路，在两个电极迅速通/断的瞬间，引起大电流脉冲放电，因放电局部高温而引燃电弧放电，高频脉冲放电非接触式是在真空镀膜阴极附近放置电极，在电极上施加脉冲高压，通过极间放电进行引弧。作为电弧蒸发源当中的一个部件磁钢结构，也分为两种。一种是固定永磁体，另一种是运动永磁体。圆柱形真空镀膜靶有圆柱形和环行磁体，柱状靶磁级有直线安排的磁体和螺旋线安排的磁体。磁场强弱与磁场分布易调节，可以控制弧斑运动轨迹。

由于电弧工作的稳定性与阴极蒸发表面的温度有关，温度越低越稳定，而且还会减小真空镀膜靶材消耗，因此应对真空镀膜阴极采取强制冷却措施。通常采用水冷，水冷形式分直接水冷和间接水冷两种。

在多弧离子镀膜设备中，弧蒸发源主要包括引弧气缸、位于引弧气缸内的引弧气缸轴、固定引弧气缸的引弧气缸支承座、位于引弧气缸轴与引弧气缸支承座之间的密封环、套于引弧气缸轴外的绝缘垫；与引弧气缸轴电连接的引弧电阻、固定在引弧气缸轴上的引弧针，位于引弧气缸轴下方的弧靶座、与弧靶座固定连接的弧靶。绝缘垫位于引弧气缸支座和法兰之间，分别与引弧气缸支承座和法兰固定连接；弧靶座通过弧靶座绝缘套与法兰固定连接，屏蔽板和屏蔽板可调支架位于弧靶外，屏蔽板滑动连接在屏蔽板可调支架上，屏蔽板可调支架与法兰固定连接。

目前遇到的问题是小弧蒸发源稳弧电流都比较高，锆靶在弧放大中最不稳定，需要100安培左右才能稳定放电。高真空环境中，低电流稳弧就更加困难了。低的稳弧电流以及高真空环境中的低电流稳弧特性针对目前镀膜生产工艺以及一些低熔点镀件来看，具有迫切的要求。

公开号为CN 101476106，公开日为 2009.07.08的中国专利文献公开了一种无弧斑的真空电弧等离子体蒸发离化源，在真空度10-10-3PA的范围内，在各种气体气氛下，采用圆形断面的圆柱形阴极，辅助阳极设置在阴极周围，在直流工作电流100-2000A，工作电压10-40V，连续可调情况下，在阴极断面上，实现无弧斑的真空电弧。该专利文献虽然能够减少弧蒸发源产生的小液滴，提供高电离度、高密度的金属蒸气等离子体，以使最终镀件上的薄膜涂层均匀牢固。但是：这种圆柱阴极弧只能用于小的真空系统，如果这种阴极弧长度超过1.5米就非常不稳定，这种长型阴极源即使在1.5米内也需要很大工作电流才能维持真空电弧等离子体放电，电流过大产生的二次电子就会积累更多，当电子积累到一定程度就会在局部产生瞬间局部拉弧现象，从而使整个阴极弧断弧，电源又将重新驱动引弧装置再次引弧，就这样整个过程就会反复进行。如果遇到高熔点蒸发源，弧放电将更难稳定。这将影响整个涂层质量，特别是沉积反应涂层时，这样反复断弧再引弧将很难沉积到所需化学计量比的涂层。

发明内容

本实用新型针对现有技术电弧蒸发源稳弧电流较高，高真空状态下更难引弧和稳弧，且容易产生拉弧现象的缺陷，提供一种稳弧电流低、高真空状态容易引弧和稳弧，不会产生拉弧现象的阴极弧高真空低电流稳定装置。本实用新型具有稳弧电流低、不会拉弧且电弧蒸发源在特定工艺条件下蒸发出的金属离子或原子不易沉积的特点。

为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

阴极弧高真空低电流稳定装置，包括与引弧气缸支承座连接的法兰、与法兰连接的弧靶座，与弧靶座连接的弧靶，其特征在于：所述法兰与弧靶之间还设置有绝缘套，所述弧靶座上固定连接有调节装置，所述调节装置包括与弧靶座固定连接的滑杆、与滑杆滑动连接的磁环、包裹磁环的壳体，所述法兰上还电连接有电阻，电阻另一端接地。

所述阴极弧高真空低电流稳定装置还包括引弧气缸轴和引弧电阻，引弧气缸支承座上开有长形孔，引弧电阻导线穿过长形孔与引弧气缸轴电连接。

所述绝缘套呈圆柱形，外径为255-300mm，内径为180-200mm，厚度为10-20mm。

所述磁环外径为80-100 mm，内径为35-50 mm，厚度为7-15mm。

所述电阻为绕线滑动电阻，功率为200-300W，阻值为1-3欧姆。

使用时，当真空系统内的气压达到工艺要求，打开弧电源的引弧开关，这时引弧气缸动作，拉动引弧针撞击弧靶，此时弧电源电流通过弧电源→地→引弧电阻→引弧气缸轴→引弧针→弧靶→弧靶座→弧电源，构成一个闭环的电流回路。此时弧靶表面上由于瞬间短路电流非常大将产生大量电阻热，使得弧靶表面引弧针部位熔化和蒸发，同时也释放出大量高能电子，此时弧靶表面上的金属原子也处于非常活跃状态，为下步的跃迁和蒸发提供足够的能量。

弧电源引弧开关闭合瞬间，就会马上断开引弧开关，上述电流回路也就会自行切断，此时由于弧靶表面上聚集了无数处于非常活跃状态的金属离子和高能电子，高能电子撞击周围稀薄的空气，让系统中部分空气电离，由于弧靶一直处于负电位状态，电离的离子和金属离子就再次撞击弧靶表面，就产生弧光放电，放电又产生大量的电子和离子，电子又在空间撞击金属原子产生离子，离子又去撞击弧靶表面，整个过程一直都是个动态平衡关系，所以放电也就自持下去。弧电源→地→真空系统→等离子体→弧蒸发源→弧靶座→弧电源和弧电源→地→真空系统→等离子体→屏蔽板→屏蔽板支架→法兰→电阻→地，构成整个弧蒸发源放电流程。离子撞击弧靶表面的同时也将弧靶表面上的金属原子、原子团和金属离子发射到周围去，如果在附近放置镀件，弧靶表面上的金属也就沉积到镀件上，这就是真空镀膜。磁环通过滑杆靠近或远离弧靶，改变弧靶表面磁场强度，使弧靶表面上的等离子体更加密集，使蒸发出来的离子或原子团更加细腻。同时，也使等离子体放电更加稳定，积累在屏蔽板上的二次电子多少变得可控。通过调节电阻的阻值，使屏蔽板上面积累的二次电子所产生的电流导入大地，这将使等离子体在低电流状态下变得非常稳定。再加以工艺的实施将可以得到需要的反应薄膜和高品质的薄膜涂层。

本实用新型的优点主要表现在以下几个方面：

一、通过增加磁环和电阻，降低了工作电流，而且非常稳定，使其在高真空环境中自持稳定放电，这是目前很多小阴极弧所不具备的，在工模具镀膜中对提高涂层的结合力、硬度、降低摩擦系数和提高效率都起到很大的作用。

二、通过增加磁环，这样可以充分避免大电流大液滴现象的发生，使沉积的涂层更加细腻，克服了过滤阴极弧效率低，设施庞大和昂贵；既提高了生产效率，又使沉积的涂层比较细腻。

三、通过增加电阻，使镀制所需化学计量比的涂层变得更可控和稳定。

四、通过改变引弧气缸支承座的结构，使每个弧可以非常稳定放电，特别是高熔点材料，放电也非常稳定。

五、根据不同的需要，可以同时将40到50个小阴极弧应用于真空镀膜系统中，可以将系统扩展到很大，增强镀膜效率和镀件的种类。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图

图中标记：1、引弧气缸支承座，2、法兰，3、弧靶座，4、弧靶，5、绝缘套，6、滑杆，7、磁环，8、壳体，9、电阻，10、引弧气缸轴，11、引弧电阻，12、长形孔。

具体实施方式

阴极弧高真空低电流稳定装置，包括与引弧气缸支承座1连接的法兰2、与法兰2连接的弧靶座3，与弧靶座3连接的弧靶4，所述法兰2与弧靶4之间还设置有绝缘套5，所述弧靶座3上固定连接有调节装置，所述调节装置包括与弧靶座3固定连接的滑杆6、与滑杆6滑动连接的磁环7、包裹磁环7的壳体8，所述法兰2上还电连接有电阻9，电阻9另一端接地。所述阴极弧高真空低电流稳定装置还包括引弧气缸轴10和引弧电阻11，引弧气缸支承座1上开有长形孔12，引弧电阻11导线穿过长形孔12与引弧气缸轴10电连接。所述绝缘套5呈圆柱形，外径为255-300mm，内径为180-200mm，厚度为10-20mm。所述磁环7外径为80-100 mm，内径为35-50 mm，厚度为7-15mm。所述电阻9为绕线滑动电阻，功率为200-300W，阻值为1-3欧姆。

使用时，当真空系统内的气压达到工艺要求，打开弧电源的引弧开关，这时引弧气缸动作，拉动引弧针撞击弧靶4，此时弧电源电流通过弧电源→地→引弧电阻→引弧气缸轴10→引弧针→弧靶4→弧靶座3→弧电源，构成一个闭环的电流回路。此时弧靶4表面上由于瞬间短路电流非常大将产生大量电阻热，使得弧靶4表面引弧针部位熔化和蒸发，同时也释放出大量高能电子，此时弧靶4表面上的金属原子也处于非常活跃状态，为下步的跃迁和蒸发提供足够的能量。

弧电源引弧开关闭合瞬间，就会马上断开引弧开关，上述电流回路也就会自行切断，此时由于弧靶4表面上聚集了无数处于非常活跃状态的金属离子和高能电子，高能电子撞击周围稀薄的空气，让系统中部分空气电离，由于弧靶4一直处于负电位状态，电离的离子和金属离子就再次撞击弧靶4表面，就产生弧光放电，放电又产生大量的电子和离子，电子又在空间撞击金属原子产生离子，离子又去撞击弧靶4表面，整个过程一直都是个动态平衡关系，所以放电也就自持下去。弧电源→地→真空系统→等离子体→弧蒸发源→弧靶座3→弧电源；弧电源→地→真空系统→等离子体→屏蔽板→屏蔽板支架→法兰2→电阻9→地，构成整个弧蒸发源放电流程。离子撞击弧靶4表面的同时也将弧靶4表面上的金属原子、原子团和金属离子发射到周围去，如果在附近放置镀件，弧靶4表面上的金属也就沉积到镀件上，这就是真空镀膜。磁环7通过滑杆6靠近或远离弧靶4，改变弧靶4表面磁场强度，使弧靶4表面上的等离子体更加密集，使蒸发出来的离子或原子团更加细腻。同时，也使等离子体放电更加稳定，积累在屏蔽板上的二次电子多少变得可控。通过调节电阻9的阻值，使屏蔽板上面积累的二次电子所产生的电流导入大地，这将使等离子体在低电流状态下变得非常稳定。再加以工艺的实施将可以得到需要的反应薄膜和高品质的薄膜涂层。

本实用新型不限于上述实施例，但均应落入本实用新型权利要求保护范围之内。

Claims

1.阴极弧高真空低电流稳定装置，包括与引弧气缸支承座（1）连接的法兰（2）、与法兰（2）连接的弧靶座（3），与弧靶座（3）连接的弧靶（4），其特征在于：所述法兰（2）与弧靶（4）之间还设置有绝缘套（5），所述弧靶座（3）上固定连接有调节装置，所述调节装置包括与弧靶座（3）固定连接的滑杆（6）、与滑杆（6）滑动连接的磁环（7）、包裹磁环（7）的壳体（8），所述法兰（2）上还电连接有电阻（9），电阻（9）另一端接地。

2.根据权利要求1所述阴极弧高真空低电流稳定装置，其特征在于：还包括引弧气缸轴（10）和引弧电阻（11），引弧气缸支承座（1）上开有长形孔（12），引弧电阻（11）导线穿过长形孔（12）与引弧气缸轴（10）电连接。

3.根据权利要求1或2所述阴极弧高真空低电流稳定装置，其特征在于：所述绝缘套（5）呈圆柱形，外径为255-300mm，内径为180-200mm，厚度为10-20mm。

4.根据权利要求1或2所述阴极弧高真空低电流稳定装置，其特征在于：所述磁环（7）外径为80-100 mm，内径为35-50 mm，厚度为7-15mm。

5.根据权利要求1或2所述阴极弧高真空低电流稳定装置，其特征在于：所述电阻（9）为绕线滑动电阻，功率为200-300W，阻值为1-3欧姆。