CN212955311U - 一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备 - Google Patents

Abstract

一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，加热系统置有弧光电子源，它包括柱状阴极电弧阴极，其前面设有一电弧前挡板，板侧旁开有长条形侧缝开口；于挡板外上述开口附近置有辅助阳极吸拉上述等离子体中的电子流到镀膜空间，以增加辉光等离子体对工件的加热效应；还有公转探温杆，竖立在工件自转轴板的旁边、在工件架公转盘上随同公转；若干探温组件，竖直排列地安装在公转探温杆上，信号线与一温度监控仪表电连接；一PLC控制器，分别与辅助阳极电源、柱状阴极电弧电源以及温度监控仪表电连接。本实用新型可无污染地对工件实施加热，工件表面不会出现宏观颗粒、同时可避免炉内残留镀层碎屑造成污染，且能准确控制温度。

Description

一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备

技术领域

本实用新型涉及一种离子镀设备(PVD镀膜设备)，尤其是涉及一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备。

背景技术

一般PVD镀膜设备都配有加热单元和温控单元，常用加热单元是不锈钢外套的电阻发热管，有直管、或U形管或盘式管，采用若干支发热管均布在炉壁或装在炉中央，利用其辐射热加热炉内空间的器件和工件，有利于把所吸附的水分、潮气解吸，提高抽真空效率，清洁工件表面，提高镀层质量。

但置于炉内不锈钢外套发热管，在镀膜阶段其表面也会镀上镀层，且经多次镀膜作业后，这些残留镀层会越来越厚，在后续镀膜作业时，受热胀冷缩作用，这些残留镀层容易破裂成碎片或粉尘，飞溅到工件表面，会生成如白点等镀层缺陷，这是难以避免的。

有人采用热弧(热灯丝强电流等离子弧)源或空心阴极电弧源引出离子流或电子流，再采用磁场控制带电粒子流飞行轨迹与工件碰撞，对工件进行加热。这种方法可以避免工件受上述残留镀层二次污染，但热弧源和空心阴极电弧源制备技术较复杂，使用维护要求较高，成本也高较高，难以推广。另外这种方法没有匹配温控装置，加热控温也不够理想。

还有，当前一般PVD镀膜设备多采用热电偶测温，通常把热电偶固定安装在炉内空间某一位置上，以该定点环境温度代表炉内整体空间的温度，这显然过于粗糙。有人以多个热电偶分区多定点测温，这对显示炉内温度分布有所改进，但都不能显示工件实际温度，因为热电偶离工件较远，而且镀膜时工件不仅受环境温度影响，还受到沉积粒子轰击有附加温升。这种安装的热电偶所显示温度并非运动中工件的实时温度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，可较大范围无污染地对工件实施加热，且工件表面不会出现宏观颗粒、同时可避免不锈钢管加热器上残留镀层碎屑对工件镀层造成污染，进一步地，更准确地监控工件温度，适应5G时代的3c零部件中大量的金属与塑料复合在一起的零件镀高级膜层的要求。

解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，包括通过真空管道 2外连真空抽气机组1的真空镀膜室6，其内设有水平的工件架公转盘11，水平的工件架公转盘11由下方的中空磁流体密封轴组件14支承并带转，工件架公转盘11上竖有若干工件自转轴10，工件自转轴10上固定有装挂工件用的多层自转盘，工件架公转盘11通过中空磁流体密封轴组件14与真空镀膜室外的偏压电源12的负极连接，偏压电源12的正极则连接真空镀膜室室壁并接地，其特征是还包括：

一弧光电子源的柱状阴极电弧阴极4(图1的弧光电子源阴极)，竖立在真空镀膜室6内且靠近室壁，其朝向室内中心的前面设有一用于遮挡向炉内喷射的金属等离子体流的电弧前挡板4-1，电弧前挡板侧旁开有长条形侧缝开口；

一炉外弧光电子源的柱状阴极电弧电源3(也即图1的弧光电子源)，其负极连接柱状阴极电弧阴极、正极接真空镀膜室6室壁并接地；

一弧光电子源的辅助阳极棒8，竖立在旋转柱状阴极电弧阴极4的一侧旁，辅助阳极棒靠其正电位通过遮挡板侧旁的窗口把遮挡板内的弧光等离子体中的电子流吸拉出来；

一炉外辅助阳极电源9，其正极连接所述的辅助阳极棒8、负极接真空镀膜室6室壁并接地；

一公转探温杆13，竖立在工件自转轴10的旁边、在工件架公转盘11上随同公转；

若干探温组件34、35、36，竖直排列地安装在公转探温杆13上，信号线引至下方从中空磁流体密封轴组件14引出真空镀膜室外后与一温度监控仪表 15电连接；

第一、第二涂层用一对中频磁控溅射旋转柱状阴极5和7，悬挂竖立在所述的真空镀膜室6内(不与公转盘相连)并分别连接设在炉外的中频磁控溅射电源的输出电极(未画出)；当然上述旋转柱状中频磁控溅射阴极也可采用多对组合；

一PLC控制器16，分别与所述的偏压电源12、炉外弧光电子源的辅助阳极电源9、柱状阴极电弧电源3以及温度监控仪表15电连接。

工作原理：

参见图1，本实用新型的工作原理：利用一个真空阴极电弧源产生弧光放电，在电弧阴极靶前方设挡板，挡住其发射的弧光等离子体中的金属离子和金属蒸气及未汽化的液滴，而在弧光电子源侧旁的挡板开有长条形窗口，并在附近设置弧光电子源辅助阳极，吸引上述弧光等离子体中的电子流朝辅助阳极方向定向移动，并进而被引导进入镀膜腔室，与镀膜室内的辉光放电氩等离子体碰撞，增强氩的离化率和能量；同时在工件上施加负偏压，在负偏压作用下，上述增强的氩离子流与炉内工件碰撞和能量交换，从而增强了对工件加热效应。在本实例中，在弧光电子源中采用柱状阴极电弧源，它产生的电子流沿高度分布幅度宽且均匀，因而随后碰撞产生增强氩离子流分布范围大也均匀。该方法粒子能量可调，加热工件温度可控。由于挡住电弧弧光放电发射的挟带有未汽化的金属靶材液滴的金属等离子体流束，故工件表面不会有粗糙颗粒状物。同时不采用不锈钢管加热器，避免在加热器表面的残留涂层因热胀冷缩产生崩裂，形成碎屑飞溅，对工件镀层造成缺陷。本方案可实现无污染对工件加热。

工作过程：

弧光电子源的旋转柱状阴极电弧阴极产生的弧光放电等离子体中的电子流被辅助阳极棒8的正电位吸引，被引导到镀膜室空间。此强大的电子流与该空间原来存在的辉光放电氩等离子体粒子碰撞和交换能量，增强了氩等离子体 (离化率、能量、浓度)。该增强的等离子体对工件(在相同的负偏压作用下) 有更强的碰撞(转换为热量)工件的加热效应。实现对工件无污染的有效加热。

在工件自转轴10旁设置的公转探温公转探温杆，测温组件34、35、36 安装在此公转探温杆上，这样测温组件既靠近工件但只随公转盘公转。信号线通过中心转轴的空心轴腔经密封连接至炉外监控仪表，实现工件实时温度监测。

中频磁控溅溅射旋转柱状阴极靶5和7(两者互为正负)，(柱状溅射阴极靶是绝缘悬挂在上炉壁，其下端与工件公转盘是分离的)其一端各连接炉外中频磁控溅射电源的输出电极(未画出)，启动中频溅射电源，镀室空间充入氩气则在两靶电压作用下产生辉光放电氩等离子体，可对靶材产生溅射，溅射产物沉积到工件表面实现镀膜。

在上述基础上，本实用新型还有各种优选方案：

所述的若干探温组件34、35、36竖直排列地安装在公转探温杆13上的结构为：

所述的公转探温杆13的上、中、下三个高度位置分别安装了第一第二和第三共三支K型热电偶34、35、36，每支热电偶分别用三个探温抱箍固定在公转探温杆上，第二探温抱箍32为下端头径较粗的套筒，下端头一侧有突出块，它嵌入对应的公转探温杆一侧孔内，第一探温抱箍31从对应的公转探温杆另一侧箍着公转探温杆，并通过穿过公转探温杆的螺钉与第二探温抱箍32嵌入突出块的螺孔固连。

各探温k型热电偶从第二探温抱箍32通孔上端插入，伸至下端台阶孔处后用第三探温抱箍33在该通孔上端口把热电偶固定，热电偶的信号线分别沿公转探温杆下引到该公转探温杆下端的转公盘处，套入上述铁氟隆管38内。

所述的信号线引至下方后，从中空磁流体密封轴组件14的中空转轴引出真空镀膜室外的结构为：

信号线沿公转探温杆13延伸至下端后，穿入横置于沿公转盘11上的铁氟隆管38内，铁氟隆管38用探温卡扣37固定在工件架公转盘11上，随同公转盘11同步转动；

测温信号线引至中心转动轴14处，进入中空磁流体密封轴组件的空心轴腔内，并引至空心轴腔的下部，连接到十六针的航空插22的插头上，航空插 22的插座密封固定在航空插固定盖板25上。

该航空插固定盖板25通过航空插头绝缘法兰27、第二O型圈28和第一 O型圈26，并通过套有绝缘子23的第三内六角圆头螺钉24与中空磁流体密封轴组件的中空轴下端面绝缘密封连接。上述中空轴内壁套有绝缘衬套筒29，对在中空转轴内聚集众多跟随转动的信号线起着绝缘保护作用。

航空插22由插头和插座组成，炉内的信号线连接在插头上，而炉外信号线接在插座对应位置上，插头与插座可分离，方便安装和检修。插头插入插座上，电信号由对应插座的信号线传出炉外。

插座下端连接一外延伸的空心轴，其往下与帽式带通孔滑环器件21(外购) 的上端转动空心轴对接，帽式带通孔滑环21通过帽式带通孔滑环固定弯板18，并使用第一内六角圆柱头螺钉19和第二内六角圆柱头螺钉20固连在磁流体保护罩17上。

航空插座下连真空室外的导出空心轴，后者与帽式带通孔滑环器件的上端空心转动轴连接，信号线通过上述上端空心转轴进入滑环内部，上端空心轴连同信号线一起转动，各信号线分别连接一个动触点，每个动触点对应一个静止集电环，实现动/静电信号传输，通过与各集电环连接的信号线把信号输送到温度监控仪表。然后，再连接到镀膜机的PLC系统，按预置程序执行控制加热过程的升温、保温和降温，它是通过调节弧光电子源及偏压电源的工作电压和电流参数来实现加热强弱控制的。

所述的工件架公转盘11通过中空的空心磁流体密封轴组件14与真空镀膜室外的偏压电源12的负极连接的结构为：

工件架公转盘11与中空空心磁流体密封轴组件固连，工件架主轴采用中空的空心磁流体密封轴组件，与工件架转盘11固连处正是空心磁流体密封轴组件14的金属中空轴的上端，真空室外的偏压电源12的负极与伸至室外的中空轴下端连接，把负偏压输送到工件架公转盘11和工件自转轴10上；偏压电源12的正极接室壁并接地。

本实用新型的方案采用技术要求较简易、制造成本较低的弧光电子源作增强加热源，可以实现较大范围无污染地对工件实施加热；又在靠近公自转的工件旁、只随工件公转的某一点安装热电偶，该热电偶安装点经反复试验、调整、对比，令其温度数值与侧旁作公自转的工件温度相近，则确定该考参点为代表工件温度的测温点，该点安装热电偶只随同工件架一起公转。沿不同高度可选多个测温点，安装多个热电偶，可更准确地获得在线可工件的实时。温度。热电偶的所有信号线随公转盘一起运动，引到工件架中轴即中空的空心经磁流体轴密封组件的中空轴，从中空轴上端口进入并引至下端口，然后连接多针航空插头，航空插的头插插入连接在航空插的插座上，航空插座绝缘密封固定在航空插固定盖板上，而后者与空心磁流体密封轴组件的中空轴的下端口绝缘密封固连。

有益效果：本实用新型的好处：

(1)采用技术要求较简易的、制造成本较低的、自行研发的新型弧光电子源作加热源，可以实现较大范围无污染地对工件实施加热；

(2)采用弧光电子源作加热源，在工件表面不会出现阴极电弧发射的粗糙的宏观颗粒；

(3)采用弧光电子源作加热源，避免不锈钢管加热器表面的残留涂层因热胀冷缩产生崩裂，形成碎屑飞溅，对工件镀层造成污染；

(4)配置贴近工件附近的参考测温热电偶，解决随同工件运动情况下的温度信号传送难题，实现实时显示、监控工件温度，并通过与PLC系统连接，预置程序自动控制弧光电子源和负偏压电源的电参数，实现加热过程的升温、保温和降温全过程。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

图1为本实施例的原理示意图；

图2为本实施例的组成和连接关系示意图；

图3为本实施例的测温装置示意图；

图4为图3之B局部放大示意图(热电偶的安装结构)；

图5为图3之A局部放大示意图(热电偶信号线从中轴引出炉外的结构)。

附图标记标注

真空抽气机组-1；真空管道-2；弧光电子源的柱状阴极电弧电源-3；弧光电子源的柱状阴极电弧阴极-4；电弧前挡板-4-1；第一中频磁控溅射旋转柱状阴极-5；真空镀膜室-6；第二中频磁控溅射旋转柱状阴极-7；弧光电子源的辅助阳极棒-8；弧光电子源的辅助阳极电源-9；工件自转轴-10；工件架公转盘-11；偏压电源-12；公转探温杆-13；中空磁流体密封轴组件-14；温度监控仪表-15；PLC控制器-16；磁流体保护罩-17；帽式带通孔滑环固定弯板-18；第一内六角圆头螺钉-19；第二内六角圆头螺钉-20；帽式带通孔滑环-21；航空插-22；绝缘子-23；第三内六角圆头螺钉-24；航空插固定盖板-25；第一O型圈-26；航空插头绝缘法兰-27；第二O型圈-28；磁流体组件的中空轴内壁绝缘衬套-29；第一探温抱箍-31；第二探温抱箍-32；第三探温抱箍-33；第一K型热电偶-34；第二K型热电偶-35；第三K型热电偶-36；探温卡扣-37；铁氟隆管-38。

具体实施方式

参见图1至图5，工件自转轴10一边自转一边随同工件架公转盘11公转，实现工件公自转(传动机构省略)。

当真空镀膜室6内充入适量高纯氩气，开启偏压电源，在高压电场作用下氩气将产生辉光放电，生成氩辉光放电等离子体。

在靠近室壁处是弧光电子源的柱状阴极电弧源的柱状阴极电弧阴极4，其一端连接炉外弧光电子源的柱状阴极电弧电源3的负极，该电源正极接炉壁并接地。当接通电弧电源并由带正电位的引弧针(末画出)碰击柱状电弧阴极靶面，因电短路而引燃电弧，产生弧光放电等离子体，它是一种高离化率的强烈等离子体，包含有大量金属靶材离子和电子。

柱状阴极电弧阴极4朝室内方向有一套电弧前挡板4-1，它挡住向炉内喷射的靶材金属离子流和金属蒸气以及挟带着的未汽化的液滴，而在电弧前挡板侧旁开有长条形侧缝窗口，在镀膜室适当位置上安装有弧光电子源的辅助阳极棒8，它一端连接炉外弧光电子源的辅助阳极电源9的正极，该电源负极接炉壁并接地。上述柱状阴极电弧的旋转柱状阴极电弧阴极4产生的弧光放电等离子体中的电子流被上述辅助阳极棒8的正电位吸引，被引导到镀膜室空间，此强大电子流与该空间原来存在的辉光放电氩等离子体粒子碰撞和交换能量，增强了氩等离子体(离化率、能量、浓度)。该增强的等离子体对工件(在相同的负偏压作用下)有更强的碰撞(转换为热量)工件的加热放应。实现对工件无污染的有效加热。

在工件自转轴旁设置公转探温杆13，测温组件和信号线安装在此公转探温杆上，这样测温组件既靠近工件但只随公转盘公转。信号线通过中心转轴的空心轴腔经密封的航空插连接至炉外监控仪表，实现工件实时温度监测。

在炉内第一、第二中频磁控溅射旋转柱状阴极5和7，组成一对孪生靶，其一端各连接炉外中频磁控溅射电源的输出电极(未画出)，启动中频溅射电源，镀室空间充入氩气则在两靶电压作用下产生辉光放电氩等离子体，可对靶材产生溅射，溅射产物沉积到工件表面实现镀膜。

图3、图4和图5为温度检测系统的测温装置结构图。图3显示中心转动轴14的结构，它是一套空心磁流体密封轴组件，上述随公转探温杆上的测温信号线延伸至公转探温杆下端后穿入沿公转盘11上横置的铁氟隆管38内，铁氟隆管38用探温卡扣37固定在工件架公转盘11上，随同公转盘11同步转动。

测温信号线引至中心转动轴14处，进入空心磁流体组件的空心轴腔内，并引至空心轴腔的下部A处，图3之A显示热电偶信号线从中轴引出炉外的结构，图5为其局部放大示意图。图3之B显示探温热电偶安装结构，图4为其局部放大示意图。图3中显示磁流体保护罩17，它对中空的磁流体密封轴组件及其外连接部件起屏蔽保护作用。

图4为图3之B的放大示意图，显示探温热电偶安装结构局部放大示意图。本实例在公转探温杆13的上、中、下三个高度位置分别安装了第一第二和第三共三支K型热电偶34、35、36，每支热电偶分别用三个探温抱箍固定在公转探温杆上，第二探温抱箍32为下端头径较粗的套筒，下端头一侧有突出块，它嵌入对应的公转探温杆一侧孔内，第一探温抱箍31从对应的公转探温杆另一侧箍着公转探温杆，并通过穿过公转探温杆的螺钉与第二探温抱箍32嵌入突出块的螺孔固连。

探温k型热电偶从第二探温抱箍32通孔上端插入，伸至下端台阶孔处，调整好插入深度位置后，用第三探温抱箍33紧固住热电偶并置于第二探温抱箍32的该通孔上端面把热电偶固定，热电偶的信号线分别沿公转探温杆下引到该公转探温杆下端的转公盘处，套入上述铁氟隆管38内。

图5为图3之A显示热电偶信号线从中转轴引出炉外的结构局部放大示意图。热电偶信号线从空心磁流体密封轴组件的14的中空转轴上端引至下端口，连接到十六针的航空插22的插头上，航空插22的插座密封固定在航空插固定盖板25上。

该航空插固定盖板25通过航空插头绝缘法兰27、第二O型圈28和第一 O型圈26，并通过套有绝缘子23的第三内六角圆头螺钉24与空心磁流体密封轴组的中腔转轴的下端面绝缘密封连接。

航空插22由插头和插座组成，炉内的信号线连接在插头上，而炉外信号线接在插座对应位置上，插头与插座可分离，方便安装和检修。插头插入插座上，电信号由对应插座的信号线传出炉外。

空心磁流体密封轴组件14的中空转轴内壁套有绝缘衬套29，对中空转轴腔内穿入的信号线有绝缘保护作用。

航空插22的插座下端连接一外延伸空心轴，往下与帽式带通孔滑环器件 21(外购)的上端转动空心轴对接，帽式带孔滑环21通过帽式带通孔滑环固定弯板18和第一第二内六角圆柱头螺钉19和20固连在磁流体保护罩17上。

上述航空插座下端延伸空心轴和与之对接的帽式带通孔滑环21的上端转动空心轴，连同贯穿其中的诸信号线一起随同主转轴转动，而诸信号线进入帽式带通孔滑环21内部后，各信号线连接对应的转动触点，各转动触点对应着相应不动的集电环，这样动触点与不动环的组合，把电信号输送到集电环上，再从集电环通过外接不动的信号线把电信号从帽式带通孔滑环21引出到温度监控仪表15，可检测到的贴近工件位置的实时温度，同时该信号转输到温度控制系统，由PLC存程序，反馈到电操纵执行系统，通过调节弧光电子源的辅助阳极电流、电压参数，或者调节偏压电源的电压、电流参数，可以调节控制加热工件的温度。

5本实用新型运行实例

5.1贴近工件的温度校对

本实用新型是以靠近公自转工件旁的公转盘一公转探温杆上安装热电偶测温来代表实时工件温度，为此，一定要通过一系列试验调整热电偶的位置，让它的测温值尽量接近工件的实时温度。在投入使用之前必须进行温度检测和校对。方法如下：一般先选定某个热电偶测温位置，又在旁边的工件上贴上温度测定与贮存传感器，在真空中工件架正常运动情况下，开启系统加热程序，模拟一次加热升降温过程，同时记录热电偶信号传输出来的一测温曲线。然后开炉门取出温度传感器，在计算机中观察所贮存的温度数据，与热电偶测温曲线进行对比，根据它们所显示的差异，适当调整热电偶安装位置，再进行下一次模拟试验。经多次试验和调整，确定最接近工件实时温度的热电偶最佳位置，并得到它们之间实际温度差，可对测温值进行修正。这些数据是设计加热程序的依据。

5.2测试电控参数与工件温升的对应关系

本实用新型是由弧光电子源作为增强加热源对工件进行加热的，因此建立起测温系统后，需要试验加热系统的电控参数与工件温升的关系。方法如下：选定某一送入炉内氩气流量和施加在工件上某一负偏压值，在炉内空间产生某种性状的辉光放电氩等离子体，然后选定弧光电子源的柱状电弧某电压电流值，引燃起弧，固定上述条件下，试验调节弧光电子源辅助阳极不同的电压、电流值对工件加热温升的影响关系(如某一辅助阳极电压、电流下升温曲线、最高温升等)；另外，在固定辅助阳极参数条件下，试验调节工件上负偏压数值，考察对工件加热的影响；还可试验在固定电参数条件下，调节氩气流量，考察对工件加热的影响。这些数据作为生产时调节制定工件加热程序设定参数的依据。

5.3本方案工件加热运行示例

试验设备采用圆形真空镀膜室。直径400-2000mm，高度不超过1500mm；该设备配有机械泵，扩散泵和分子泵(扩散泵)，极限真空优于5 x 10^-4Pa，本底真空优于3x10^-3Pa；设备配置偏压电源：20-1200V可调，2-100KHZ，采用物理气相沉积技术中常用的高精度脉冲偏压电源作为氩气辉光放电产生氩等离子体电源，利用脉冲放电的特性，提高抑弧能力，减少狭缝零部件空心阴极放电现象。弧光电子源的旋转电弧阴极(柱弧)：钛靶材，直径70-150mm，长度 500-1300mm，用于生成弧光放电等离子体；弧光电子源的屏蔽罩：特殊设计的用于正面屏蔽弧光电子源产生的金属离子和金属蒸气以及未汽化的液滴，屏蔽罩的侧面并开有引流电子的长条形窗口；弧光电子源的辅助阳极棒：阳极棒长 500—1300mm，与电弧阴极长相当，棒为空心棒，棒内通冷却水，阳极棒安装在合适位置，在阳极棒上施加一定的电压，引导电子流向阳极棒定向运动并推向镀膜空间。设备还配置了贴近工件的测温热电偶及其测温信号线，测温信号线经空心磁流体密封轴组件的空心转轴引出机构后进入帽式带道孔滑环器件，然后温度信号线把温度信号传输到炉外温度监控仪和PLC，按预置过程控制弧光电子源电参数对工件进行加热升降温。

加热工件的操作：

(1)根据试验获得的数据和工艺要求，编制PLC加热升降温程序。

(2)检查镀膜系统是否正常，尤其检查测温系统与加热系统是否正常，确认一切正常情况下进行工件加热操作程序：开炉门装挂工件，启动工件架，观察工件公自转正常无碰撞，关炉门抽真空，达到本底真空度，通入高纯的氩气 0.05-5Pa，在工件与炉壁之间施加负偏压100-1000V，于镀膜空间产生辉光放电氩等离子体；开启弧光电子源的旋转柱状电弧阴极电源和辅助阳极电源，启动旋转柱状阴极电弧的引弧针，引燃电弧，产生弧光放电钛等离子体，采用阴极屏蔽罩挡住向前喷射的钛离子和金属蒸气以及未汽化的液滴，而弧光放电等离子体中的电子受附近辅助阳极正电位吸引，从屏蔽罩侧窗引出，朝辅助阳极方向运动，进入镀膜空间，在此空间的氩辉放电等离子体与此强大的电子流碰撞和能量交换，起到增强氩等离子体作用，提高其离化率、能量和浓度，在工件负偏压吸收作用下，大大增强了对工件的碰撞和能量交换，提高对工件的加热效应，加热更有效更快速。同时，在工件旁的热电偶探测到工件实时温度，传输到炉外温度监测仪，显示出工件实时温度。一种控温方式用手动操作，人工调节弧光电子源的辅助阳极的电压和电流，增加电压、电流，则升温快、温度更高；反之亦然。当然也可调大偏压值以加快升温。另一种控温用自动方式，由PLC预置过程控制弧光电源的辅助阳极电参数和工件偏压参数，实施对工件全自动加热升降温。加热工序结束后转入镀膜工序。

6本实用新型的益处

(1)一种全新的离子加热工件的方法，它是通过从阴极电弧发射的等离体中引出强烈的电子流去增强辉光放电氩等离子体，利用增强了的氩等离子体去加热工件，获得更强更有效的加热效果。

(2)在阴极电弧发射的等离子体中，只利用分离出来的电子流引到镀膜空间，把靶材的离子、原子、液滴等都遮挡住，被加热的工件不会受到靶材的污染，不会出现传统阴极电弧离子轰击的宏观颗粒使工件表面粗糙化。

(3)不采用传统的不锈钢套加热管加热，避免了管表面残留镀层因热胀冷缩而碎裂产生碎屑飞溅到工件造成污染。

(4)配置近贴工件附近的参考测温热电偶，解决随同工件运动情况下的温度信号传送难题，实现实时显示、监控工件温度，并通过与PLC系统连接，预置程序自动控制弧光电子源和负偏压电源的电参数，以实现加热过程的升温、保温和降温全过程准确控制。

Claims (9)

1.一种可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，包括通过真空管道（2）外连真空抽气机组（1）的真空镀膜室（6），其内设有水平的工件架公转盘（11），工件架公转盘（11）由下方的中空磁流体密封轴组件（14）支承并带转，工件架公转盘上竖有若干工件自转轴（10），工件自转轴上固定有装挂工件用的多层自转盘，工件架公转盘通过中空磁流体密封轴组件与真空镀膜室外的偏压电源（12）的负极连接，偏压电源的正极则连接真空镀膜室室壁并接地，其特征是还包括：

一弧光电子源的柱状阴极电弧阴极（4），竖立在真空镀膜室内且靠近室壁，其朝向室内中心的前面设有一用于遮挡向炉内喷射的金属等离子体流的电弧前挡板（4-1），电弧前挡板侧旁开有长条形侧缝开口；

一炉外弧光电子源的柱状阴极电弧电源（3），其负极连接弧光电子源的柱状阴极电弧阴极（4）、正极接真空镀膜室室壁并接地；

一弧光电子源的辅助阳极棒（8），竖立在弧光电子源的柱状阴极电弧阴极（4）的一侧旁，弧光电子源的辅助阳极棒靠其正电位通过遮挡板侧旁的窗口把遮挡板内的弧光等离子体中的电子流吸拉出来；

一炉外弧光电子源的辅助阳极电源（9），其正极连接所述弧光电子源的辅助阳极棒（8）、负极接真空镀膜室室壁并接地。

2.根据权利要求1所述的可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，其特征是还包括：

一公转探温杆（13），竖立在工件自转轴的旁边、在工件架公转盘上随同公转；

若干探温组件竖直排列地安装在公转探温杆上，信号线引至下方从中空磁流体密封轴组件引出真空镀膜室外后与一温度监控仪表（15）电连接。

3.根据权利要求2所述的可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，其特征是还包括：

第一中频磁控溅射旋转柱状阴极（5）和第二中频磁控溅射旋转柱状阴极（7）组成一对，悬挂竖立在所述的真空镀膜室内并分别连接设在炉外的中频磁控溅射电源的输出电极；

一PLC控制器（16），分别与所述的偏压电源、炉外弧光电子源的辅助阳极电源、弧光电子源的柱状阴极电弧电源以及温度监控仪表电连接。

4.根据权利要求2所述的可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，其特征是：所述的若干探温组件竖直排列地安装在公转探温杆上的结构为：

所述的公转探温杆的上、中、下三个高度位置分别安装了第一第二和第三共三支K型热电偶，每支热电偶分别用三个探温抱箍固定在公转探温杆上，第二探温抱箍（32）为下端头径较粗的套筒，下端头一侧有突出块，它嵌入对应的公转探温杆一侧孔内，第一探温抱箍（31）从对应的公转探温杆另一侧箍着公转探温杆，并通过穿过公转探温杆的螺钉与第二探温抱箍嵌入突出块的螺孔固连；

各探温k型热电偶从第二探温抱箍通孔上端插入，伸至下端台阶孔处后用第三探温抱箍（33）在该通孔上端口把热电偶固定，热电偶的信号线分别沿公转探温杆下引到该公转探温杆下端的转公盘处，套入一铁氟隆管（38）内。

5.根据权利要求4所述的可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，其特征是：所述的信号线引至下方后，从中空磁流体密封轴组件（14）的中空转轴引出真空镀膜室外的结构为：

信号线沿公转探温杆延伸至下端后，穿入横置于沿公转盘上的铁氟隆管（38）内，铁氟隆管（38）用探温卡扣（37）固定在工件架公转盘上，随同公转盘同步转动；

测温信号线引至中心转动轴处，进入中空磁流体密封轴组件的空心轴腔内，并引至空心轴腔的下部，连接到十六针的航空插（22）的插头上，航空插的插座密封固定在航空插固定盖板（25）上。

6.根据权利要求5所述的可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，其特征是：所述航空插固定盖板通过航空插头绝缘法兰（27）、第二O型圈（28）和第一O型圈（26），并通过套有绝缘子（23）的第三内六角圆头螺钉（24）与中空磁流体密封轴组件的中空轴下端面绝缘密封连接；上述中空轴内壁套有绝缘衬套筒（29）。

7.根据权利要求6所述的可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，其特征是：所述的航空插由插头和插座组成，炉内的信号线连接在插头上，而炉外信号线接在插座对应位置上，插头与插座可分离。

8.根据权利要求7所述的可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，其特征是：所述的插座下端连接一外延伸的空心轴，其往下与帽式带通孔滑环器件的上端转动空心轴对接，上述插座引出信线穿过外延伸空心轴进入帽式带通孔滑环的上端转动空心轴后，进入帽式带通孔滑环内部，通过动静转换机构，把原转动的信线的电信号转成由对应不动的信号线传输出来，外连接到温控仪表；帽式带通孔滑环（21）通过帽式带通孔滑环固定弯板（18），并使用第一内六角圆柱头螺钉（19）、第二内六角圆柱头螺钉（20）固连在磁流体保护罩（17）上。

9.根据权利要求8所述的可无污染加热及准确控制工件温度的离子镀设备，其特征是：所述的工件架公转盘通过中空空心磁流体密封轴组件与真空镀膜室外的偏压电源的负极连接的结构为：

工件架公转盘与中空空心磁流体密封轴组件固连，工件架主轴采用中空空心磁流体密封轴组件，与工件架转盘固连处为空心磁流体密封轴组件的金属中空轴的上端，真空室外的偏压电源的负极与伸至室外的中空轴下端连接，把负偏压输送到工件架公转盘和工件自转轴上；偏压电源的正极接室壁并接地。

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