CN202181346U - 一种阴极电弧蒸发源非接触式直流高压电引弧装置 - Google Patents

Abstract

一种阴极电弧蒸发源非接触式直流高压电引弧装置，包括镀膜机镀膜室炉和蒸发源金属靶，所述的蒸发源金属靶的靶面上钻有孔（13），其中嵌有一瓷管（14），瓷管内孔涂覆一层石墨导电漿料层（15），石墨导电漿料层电连通金属靶，瓷管内孔悬空挿入一电极（16），电极经串联限流电阻后连接至一直流高压引弧电源（9）正极，所述的直流高压引弧电源（9）阴极连接所述的镀膜机镀室壁且接地；设有引弧控制电路（12）控制高压直流引弧电源（9）的开关。本实用新型克服了机械接触式引弧的诸多缺点，且比高压高频触发引燃电弧结构简单，造价低廉，方便推广。

Description

一种阴极电弧蒸发源非接触式直流高压电引弧装置

技术领域

    本实用新型属于阴极电弧沉积技术领域，尤其是涉及一种离子镀膜设备中的阴极电弧蒸发源非接触式直流高压电引弧装置。

背景技术

在离子镀膜中己广泛应用阴极电弧沉积技术，即在离子镀膜设备中装配阴极电弧蒸发源，通过电弧放电蒸发出靶材金属蒸气並电离成等离子体，在工件表面沉积成薄膜，完成离子镀膜过程。

阴极电弧蒸发源的最前方装有蒸发金属物料的靶块，目前有小园型(直径64mm~100mm) 平面靶、大面积矩形平面靶、园柱状靶(直径70mm~110mm) 等。每个电弧蒸发源都配有各自的引弧装置，用来引燃电弧。以平面型靶为例说明阴极电弧放电回路：阴极电弧蒸发源安装在镀膜机的镀室壁上，与炉壁绝缘，蒸发源一般由直流电源供电，电源的阴极连接电弧蒸发源，阳极接镀室壁並接地，电弧放电的导电回路是电弧蒸发源---电源阴极---直流电源---电源阳极---镀室壁---镀室壁至电弧蒸发源靶面之间的空间，此空间必须通过电弧放电气体即等离子体才形成导电回路。当电弧蒸发源不产生电弧放电时空间无放电气体即等离子体，则回路断开。若要电弧重新起弧，必须通过引弧装置来点燃。

当前使用的引弧装置有机械接触式和非接触电引燃式两种。当前用得最多是接触式引弧装置，它的结构和工作原理如下：在靶面前方置有一引弧触针，它通过真空密封引到炉外，再通过限流电阻后接到电弧源蒸发的电源正极，引弧触针通过电磁铁吸引--释放或气动活塞驱动前后运动，当引弧触针向靶面运动碰触靶面时，即触针(阳极)与靶面(阴极)短路，瞬间大电流通过触点处产生局部高温，随即拉开触针，在拉离触针过程中，隨着接触面逐渐減少，短路电流密度逐渐增大，最终拉出电弧放电，蒸发出靶材金属蒸气並电离成等离子体，建立起镀室内空间导电条件，接通电弧导电回路，于是电弧阴极靶面维持持续稳定电弧放电。目前都采用自动引燃电弧技术，即电弧正常放电时，电弧电压约-20~-30V，若突然熄弧后，电弧电源电位突变为-70~-80V，隨即控制电路感知此电位变化，立即发出信号让驱动引弧触针的电磁铁或气动活塞动作，推动引弧触针再次碰撞靶面並隨后拉开，自动完成一次引燃电弧。

這种引燃方式己广泛被采用，但存在不可弥补的缺点：(1)引燃触针碰撞靶面短路大电流导致触针和靶材局部高温熔化、气化並向空间发射、飞溅，而触针材料多为钼、鎢、不锈钢，因此会在工件镀层形成杂质缺陷，同时产生杂气污染炉内气氛，影响膜层色差和质量。(2) 触针经多次引燃后会烧损变短够不着靶面，或触针的紧固件松动导致触针松脱，这必须及时调整，有时甚至要中断生产维修。(3) 有时触针的回程力不足，触针与靶面短路而粘在靶面上拉不开，严重时焊死在靶面上，必须停产处理。

另一种采用非接触式高压高频脉冲触发引弧装置，它用一只专用的高压高频脉冲触发电源，它连接触发电极，该电极隔着一只陶瓷绝缘体与阴极电弧的靶块相对，当施加高压高频脉冲到触发电极上，在上述两极间的陶瓷表面发生击穿放电，导致极间脉冲放电，在阴极上产生电弧。這种引燃方式需要高压高频触发电源，结构复杂，价格昂贵。当前国内很少应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种克服了机械接触式引弧的诸多缺点，且比高压高频触发引燃电弧结构简单，造价低廉，方便推广的阴极电弧蒸发源非接触式直流高压电引弧装置。

解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案为：

一种阴极电弧蒸发源非接触式直流高压电引弧装置，包括镀膜机镀膜室和蒸发源金属靶，其特征是：在所述的蒸发源金属靶靶面上钻孔嵌入一瓷管，瓷管内孔涂覆一层石墨导电漿料层，石墨漿料电连通金属靶，瓷管内孔悬空挿入一电极，电极经串联限流电阻后连接至一直流高压引弧电源正极，所述的直流高压引弧电源阴极连接所述的镀膜机镀室壁且接地；设有控制电路控制高压直流引弧电源的开关。

有益效果：本实用新型为非接触式直流高压电引弧，避免了机械接触式引弧的诸多缺点，且比高压高频触发引燃电弧结构简单，造价低廉，方便推广。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

图1是真空镀膜室的局部剖视图；

图2是图1的A向局部视图；

图3是图1的局部放大示意图；

图中：1-镀膜室，2-镀室壁，3-密封绝缘件，4-阴极电弧靶体，5-金属靶块，6-引弧导杆，7-密封绝缘件，8-限流电阻，9-引弧电源，10-开关电路，11-电弧电源，12-引弧控制电路，13-小孔，14-电工瓷管，15-石墨导电漿料涂层，16-鎢制电极。

具体实施方式

如图1-图3所示，本实用新型的实施例，在真空镀膜机镀膜室1的镀室壁2上安装有矩形平面阴极电弧蒸发源，该蒸发源与镀室壁2由密封绝缘件3隔离，阴极电弧蒸发源由阴极电弧靶体4与蒸发物料造的金属靶块5组成，蒸发源的金属靶靶面朝向镀室中央，阴极电弧电源11负极连接电弧靶体4，正极连接镀室壁2且接地。电弧电源附有引弧控制电路12。

引弧装置结构如下：在蒸发源金属靶面上离靶边约25mm处钻一φ8mmx6mm小盲孔13，其中嵌入一φ8mmxφ3mmx6mm电工瓷管14，在此电工瓷管内孔涂覆一薄层石墨导电漿料15，石墨漿料电连通阴极靶面也即金属靶5。于瓷管14内孔悬空挿入φ1mm鎢丝制成的电极16，该鎢丝电极与一引弧杆6固连，引弧杆经密封绝缘件7导出镀室外，引弧杆连线经串联限流电阻8后连接至直流高压引弧电源9的正极，该引弧电源9阴极连接镀室壁且接地。

高压直流引弧电源9设有开关电路10，它受控于阴极电弧电源11内的引弧控制电路12。

阴极电弧处于电弧放电状态其导电迴路是：阴极电弧电源11负极---阴极电弧蒸发源靶体4---电弧靶块5---靶块5至炉壁2之间空间电弧放电等离子体---镀室壁2---阴极电弧电源11的正极---阴极电弧电源11。正常电弧放电状态下阴极电弧电源11的引弧控制电路12输出电压-20~-30V。当阴极电弧放电停止(熄弧) 引弧控制电路12输出电压跃变为-70~-80V。

当电弧蒸发源进行电弧放电，即电弧电源外回路导通时，控制电路会输出-20~-30V；当电弧蒸发源熄弧时，电弧电源外回路断路，控制电路会输出-70~-80V。即电弧蒸发源从着弧转变至熄弧状态，控制电路的输出电位会变化约-50V。该电位差信号用以控制引弧装置的高压直流电源的开关电路，驱动接通高压直流电源送出高压电至放电电极。高压直流电源输出电压为3000V，接通时间从1ms~1s可调。当施加高压电位到靶面上的瓷管内孔悬空的鎢电极上时，该电极(正电位)与涂在瓷管内孔壁上的石墨导电漿料涂层构成两电极，在高电压作用下击穿两电极间的空气而放电，通过放电气体当即也导通了阴极电弧源靶面至镀室壁回路，即导通电弧电源的外回路，重新引燃起阴极电弧。电弧电源的控制电路输出回复至-20~-30V。引弧装置高压直流电源也回复断开状态。

在阴极电弧蒸发源原来处于未啟动状态，若要啟动电弧放电，先接通阴极电弧电源11的供电开关，让其处于工作状态；再接通高压直流引弧电源9供电开关，也让其处于工作状态。引弧控制电路12会输出-70~-80V电压至高压直流引弧电源9的开关电路10，驱动开关电路10动作，当即高压直流引弧电源9啟动，输出3000V直流正电压，(该直流电在持续时间1ms~1s连续可调，预先设定) ，经限流电阻8、引弧导杆6、导入真空镀室1内至悬空挿入瓷管14内孔中的鎢电极16上。电极16对着四周内孔壁上涂覆着石墨导电浆料涂层15，该导电涂层15与靶块5电连通，经过阴极电弧蒸发源靶体4、阴极电弧电源11、到镀室壁2后接地，即鎢电极16与石墨涂层15成为两个电极，中间空间为约1mm厚空气层(或真空状态下的稀薄气体) ，在两电极间施加上3000V直流高压，足以击穿两极间的稀薄气体而产生放电，生成放电气体等离子体。这样就建立了鎢电极11对靶块5以及靶块5对炉壁2通过放电气体实现镀室内空间导电的条件，即也导通了靶块5表面至炉壁2的回路，引燃了阴极电弧。此时阴极电弧电源的引弧控制电路12回复至正常的-20~-30V电压输出，停止驱动开关电路10，断开了高压直流引弧电源9的高压输出。

若电弧蒸发源运行中突然熄弧，即从着弧转变为熄弧状态，引弧控制电路12输出电压从-20V~-30V立即跃变为-70V~-80V，发生约-50电位差，该信号输进高压直流引弧电源9的开关电路10，驱动开关电路10动作，让高压直流引弧电源9向瓷管14内的鎢电极11与瓷管14内孔壁上石墨导电涂层10两极间施加3000V，击穿两极间的空气，产生气体放电生成等离子体，即引燃阴极蒸发源靶块5电弧放电。随即引弧控制电路12和开关电路10以及高压直流引弧电源9均复位。这样完成一次自动引燃电弧动作。若再出现熄弧状态，引弧控制电路自动啟动重复上述一系列动作再次引弧。

Claims (2)

1. 一种阴极电弧蒸发源非接触式直流高压电引弧装置，包括镀膜机镀膜室和蒸发源金属靶，其特征是：所述的蒸发源金属靶的靶面上钻有孔（13），其中嵌有一瓷管（14），瓷管内孔涂覆一层石墨导电漿料层（15），石墨漿料电连通金属靶，瓷管内孔悬空挿入一电极（16），电极经串联限流电阻后连接至一直流高压引弧电源（9）正极，所述的直流高压引弧电源（9）阴极连接所述的镀膜机镀室壁且接地；设有引弧控制电路（12）控制高压直流引弧电源（9）的开关。

2.根据权利要求1所述的阴极电弧蒸发源非接触式直流高压电引弧装置，其特征是：所述的真空镀膜机镀膜室（1）的镀室壁（2）上安装有矩形平面阴极电弧蒸发源，该蒸发源与镀室壁（2）由密封绝缘件（3）隔离，阴极电弧蒸发源由阴极电弧靶体（4）与蒸发物料造的金属靶块（5）组成，蒸发源的金属靶靶面朝向镀室中央，阴极电弧电源（11）负极连接电弧靶体（4），正极连接镀室壁（2）且接地，引弧控制电路（12）设于电弧电源。

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