CS276840B6 - Method for applying coatings to articles - Google Patents

Method for applying coatings to articles Download PDF

Info

Publication number
CS276840B6
CS276840B6 CS903361A CS336190A CS276840B6 CS 276840 B6 CS276840 B6 CS 276840B6 CS 903361 A CS903361 A CS 903361A CS 336190 A CS336190 A CS 336190A CS 276840 B6 CS276840 B6 CS 276840B6
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
coating
cathode
space
chamber
coated material
Prior art date
Application number
CS903361A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CS336190A3 (en
Inventor
Mojmir Jilek
Frantisek Ing Brdecka
Jaroslav Ing Subrt
Original Assignee
Vyzk Ustav Praskovou Metal
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vyzk Ustav Praskovou Metal filed Critical Vyzk Ustav Praskovou Metal
Priority to CS903361A priority Critical patent/CS276840B6/en
Publication of CS336190A3 publication Critical patent/CS336190A3/en
Publication of CS276840B6 publication Critical patent/CS276840B6/en

Links

Landscapes

  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Řešení se týká zařízení pro nanášení povlaků na výrobky fyzikální metodou z plynné fáze u těch typů povlakovacích zařízení, kde k odpařování jedné nebo více složek povlaku dochází pomocí stejnosměrného nízkonapěťového oblouku. Zařízení sestává ze systému pro" odpařování povlakovaciho materiálu, z povlakovací komory (6) s prostorem (5) pro umístění povlakovaného materiálu, z vakuové aparatury a z elektrického zdroje pro povlakování. Podstatou řešení je, že v povlakovací komoře (6) je prostor (6) pro umístění povlakovaného materiálu uspořádán v jejím obvodu a chlazená kovová katoda (1) je umístěna v jejím středu nebo jeho blízkosti.The solution relates to a device for applying coatings to products by a physical method from the gas phase in those types of coating devices where the evaporation of one or more components of the coating occurs using a direct current low-voltage arc. The device consists of a system for evaporation of the coating material, a coating chamber (6) with a space (5) for placing the coated material, a vacuum apparatus and an electrical source for coating. The essence of the solution is that in the coating chamber (6) the space (6) for placing the coated material is arranged in its circumference and the cooled metal cathode (1) is placed in its center or near it.

Description

Vynález se týká zařízení pro nanášení povlaků na výrobky fyzikální metodou z plynné fáze, sestávajícího ze systému pro odpařování povlakovacího materiálu, z povlakovací komory s prostorem pro umístění povlakovaného materiálu, z vakuové aparatury a z elektrického zdroje pro povlakování.The invention relates to a device for applying coatings to articles by a physical gas phase method, consisting of a system for evaporating the coating material, a coating chamber with a space for accommodating the coated material, a vacuum apparatus and an electrical source for the coating.

V současné době se používá uspořádání jednotlivých prvku tohoto typu povlakovacího zařízení takové, že odpařované katody jsou umístěny v oblasti pláště povlakovací komory, zatímco povlakovaný materiál je umístěn ve středu komory na rotujícím držáku. Mezi kovovou katodou a pláštěm povlakovací komory hoří stejnosměrný nízkonapěťový oblouk. Kovová katoda je připojena na záporný pól a komora na kladný pól zdroje pro nízkonapěťový oblouk. Výboj nízkonapěťového oblouku hoří za nízkého tlaku v povlakovací komoře (obvykle nižším než 1 Pa) na anodě po celé její ploše, zatímco na katodě pouze v místě momentálního výskytu pohybující se katodové skvrny. V místě katodové skvrny dosahuje teplota hodnoty přibližně v rozmezí 5 000 až 10 000 K. V tomto místě dochází k intenzivnímu odpařování materiálu katody. Páry odpařené nízkonapěťovým obloukem jsou v tomto výboji silně ionizovány (řádově desítky procent). Záporným napětím, přiloženým na držák se vzorky, jsou z tohoto nízkonapěťového oblouku vytahovány kladně nabité ionty, které jsou nanášeny na povlakovaný materiál, přičemž zároveň zahřívají materiál na požadovanou teplotu. V případě, že je do povlakovací komory připouštěn reakční plyn, lze na povlakovaném materiálu získat vrstvu sloučeniny tvořenou materiálem odpařeným z povrchu katody a reakčnim plynem (například vrstvu nitridu titanu /TiN/).At present, an arrangement of the individual elements of this type of coating device is used such that the evaporated cathodes are located in the region of the coating chamber shell, while the coated material is located in the center of the chamber on a rotating holder. A DC low voltage arc burns between the metal cathode and the coating chamber shell. The metal cathode is connected to the negative pole and the chamber to the positive pole of the low voltage arc source. The discharge of the low-voltage arc burns at low pressure in the coating chamber (usually less than 1 Pa) on the anode over its entire surface, while on the cathode only at the moment of the moment of occurrence of the moving cathode spot. At the location of the cathode spot, the temperature reaches a value in the range of approximately 5,000 to 10,000 K. At this location, the cathode material evaporates intensively. Vapors evaporated by a low-voltage arc are strongly ionized (in the order of tens of percent) in this discharge. By the negative voltage applied to the sample holder, positively charged ions are drawn from this low-voltage arc, which are applied to the coated material while heating the material to the desired temperature. If a reaction gas is admitted to the coating chamber, a layer of a compound consisting of a material evaporated from the cathode surface and a reaction gas (e.g., a titanium nitride (TiN) layer) can be obtained on the coated material.

Nevýhodou tohoto klasického uspořádání jednotlivých prvků povlakovacího zařízení je nutnost pohybu povlakovaných součástek během povlakování, aby byla zajištěna rovnoměrná rychlost, růstu povlaku na všech povlakových předmětech- Tím se komplikuje způsob měření teploty během povlakovacího procesu.The disadvantage of this conventional arrangement of the individual elements of the coating device is the need to move the coated components during coating in order to ensure a uniform rate of coating growth on all coating objects. This complicates the method of measuring temperature during the coating process.

Další nevýhoda spočívá v poměrně malé kapacitě povlakovacího zařízení, čímž výrazně rostou náklady na povlakování.Another disadvantage is the relatively small capacity of the coating equipment, which significantly increases the cost of coating.

Další nevýhoda tohoto zařízeni spočívá v problematickém udržování teploty zvláště na vyšších hodnotách. Konstrukce zařízení zapříčiňuje značné ztráty tepla z povlakovaného materiálu tepelným zářením. Tento fakt se projeví zvláště výrazně při povlakování materiálu ze slinutého karbidu, kdy je vhodnější nanášet povlaky za vyšších teplot. Při povlakování těchto materiálů při teplotách okolo 600 až 700 °C by neúměrně vzrostl odběr elektrické energie.Another disadvantage of this device lies in the problematic maintenance of the temperature, especially at higher values. The design of the device causes significant heat loss from the coated material by thermal radiation. This fact is particularly pronounced when coating sintered carbide material, where it is more appropriate to apply coatings at higher temperatures. Coating these materials at temperatures around 600 to 700 ° C would increase the electricity consumption disproportionately.

Uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro nanášení povlaků na výrobky fyzikální metodou z plynné fáze, sestávající ze systému pro odpařování povlakovacího materiálu, z povlakovací komory s prostorem pro umístění póvlakovaného materiálu, z vakuové aparatury a z elektrického zdroje pro povlakování podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá υ tom, že v povlakovací komoře je prostor pro umístění povlakovaného materiálu uspořádán po jejím obvodu a chlazená kovová katoda ie umístěna v jejím středu neboThese disadvantages are eliminated by a device for applying coatings to products by a physical gas phase method, consisting of a system for evaporating the coating material, a coating chamber with a space for placing the coated material, a vacuum apparatus and an electrical coating source according to the invention. that in the coating chamber a space for accommodating the coated material is arranged around its circumference and the cooled metal cathode is located in its center, or

Výhodou nového typu povlakovacího zařízení podle vynálezu je, že pro většinu součástek není třeba, aby byly upevněny na pohyblivém držáku, přičemž rovnoměrnost nanesené vrstvy je na celé vsádce zachována. Přitom lze snadno měřit (a tím pádem i přesně regulovat) teplotu povlakovaných součástek během procesu.The advantage of the new type of coating device according to the invention is that most components do not need to be mounted on a movable holder, while the uniformity of the applied layer is maintained throughout the batch. At the same time, the temperature of the coated components during the process can be easily measured (and thus precisely regulated).

Další výhoda spočívá ve zvýšení kapacity zařízení při stejném objemu komory přibližně 2,5x.Another advantage is to increase the capacity of the device at the same chamber volume approximately 2.5 times.

* jeho blízkosti.* its proximity.

Vhodnou tepelnou Izolací recipientu lze snížit tepelné ztráty a nanášet povlaky za vyšších teplot (okolo 600 až 700 °C) než v klasickém typu zařízení (okolo 450 °C). Tento fakt má význam především pro povlakování nástrojů ze slinutého karbidu, protože zvýšením povlakovací teploty se zvýší soudržnost povlaku s podkladovým materiálem.By suitable thermal insulation of the recipient it is possible to reduce heat losses and apply coatings at higher temperatures (about 600 to 700 ° C) than in the classic type of equipment (about 450 ° C). This fact is especially important for the coating of sintered carbide tools, because increasing the coating temperature increases the cohesiveness of the coating with the substrate material.

Na připojeném výkrese ie znázorněn příklad konstrukčního uspořádání jednotlivých prvkíi uvnitř povlakovací komory.The attached drawing shows an example of the structural arrangement of the individual elements inside the coating chamber.

Základem zařízení je systém pro odpařování povlakovacího materiálu, sestávající z katody 1, anody 2, stínění 3 a zapalovací elektrody 4, umístěný ve středu povlakovací komory. Odpařovaný materiál, který tvoři katodu 1 při hoření nízkonapěťového oblouku je chlazený vodou přiváděnou chladicím systémem 10. Zdroj pro nízkonapěťový oblouk má záporný pól připojen na katodu 1. kladný pól na anodu 2. V prostoru 5 pro umístění povlakovaného materiálu je na držácích uchycen povlakový materiál. Stínění 3 muže být na plovoucím potenciálu, popřípadě muže být vhodným odporem spojeno s anodou 2. Zvonový recipient provedený jako povlakovací komora 6 je vakuově těsně položen na přírubě 7. Plášť povlakovací komory 6 je uzemněn, muže být na společném potenciálu s anodou 2Zařízení padle vynálezu pracuje následovně. Vakuovou aparaturou 8 je povlakovací komora 6 ©vakuována na požadované vakuum. Do zařízení může, ale i nemusí, být připouštěn reakční nebo 1nertní plyn. Katoda 1 a anoda 2 se připojí na zdroj stejnosměrného nízkonapěťového oblouku. Zapalovací elektroda 4 napálí nízkonapěťový oblouk. Katodová skvrna hořící ve stejnosměrném nízkonapěťovém oblouku se bude pohybovat po celém povrchu vnější válcové části katody 1, a tím zajistí rovnoměrné nanášení povlaku do prostoru 5 pro umístění povlakovaného materiálu. Pohybu katodové skvrny na čelech katody 1 zabráni stíněni 3. Mezi anodu 2 a vzorky v oblasti prostoru 5 se přiloží povlakovací napětí tak, že na anodě 2 stejnosměrného nízkonapěťového oblouku bude kladný pól a na vzorcích záporný pól. Záporným napětím přiloženým na vzorcích se bude během procesu regulovat teplota povlakovaných součástí. Tímto napětím jsou z prostoru hoření nízkonapěťového oblouku 9 vytahovány kladně nabité ionty materiále odpařeného z katody 1 a urychlovány směrem ke vzorkům. Na vzorcích roste povlak tvořený odpařeným materiálem katody 1, popřípadě i reakčním plynem (pro katodu z titanu (Ti) a dusík roste na vzorcích povlak nitridu titanu (TiN)) vpouštěným do komory.The basis of the device is a system for evaporating the coating material, consisting of a cathode 1, an anode 2, a shield 3 and an ignition electrode 4, located in the middle of the coating chamber. The vaporized material which forms the cathode 1 during the combustion of the low voltage arc is cooled by the water supplied by the cooling system 10. The low voltage arc source has a negative pole connected to the cathode 1. positive pole to the anode 2. . The shield 3 can be connected to the anode 2 at a floating potential or can be connected by a suitable resistor. The bell recipient designed as a coating chamber 6 is vacuum-sealed on the flange 7. The coating chamber shell 6 is earthed, can be at a common potential with the anode 2. works as follows. With the vacuum apparatus 8, the coating chamber 6 is evacuated to the desired vacuum. Reaction or inert gas may or may not be admitted to the plant. Cathode 1 and anode 2 are connected to a DC low voltage arc source. The ignition electrode 4 fires a low voltage arc. The cathode spot burning in the DC low voltage arc will move over the entire surface of the outer cylindrical part of the cathode 1, thus ensuring a uniform application of the coating in the space 5 for placing the coated material. The movement of the cathode spot on the faces of the cathode 1 is prevented by shielding 3. A coating voltage is applied between the anode 2 and the samples in the region 5 so that there will be a positive pole on the anode 2 of the DC low voltage arc and a negative pole on the samples. The negative voltage applied to the samples will regulate the temperature of the coated parts during the process. By this voltage, positively charged ions of the material evaporated from the cathode 1 are pulled out of the combustion space of the low-voltage arc 9 and accelerated towards the samples. On the samples, the coating formed by the evaporated material of cathode 1 or the reaction gas (for titanium (Ti) cathode) grows, and nitrogen increases on the samples as a coating of titanium nitride (TiN) introduced into the chamber.

CS 276840 86CS 276840 86

Zařízeni je vhodné především pro povlakování materiálu ze slinutého karbidu. Přiložením magnetického pole do oblasti katody, jehož siločáry půjdou rovnoběžně s osou katody, lze dosáhnout zrychleni pohybu katodové skvrny, a tím i zdokonalení odpařování katody. Aplikace takového magnetického pole má význam zvláště v případě povlakováni ocelových nástrojů.The device is especially suitable for coating sintered carbide material. By applying a magnetic field to the cathode region, the lines of force of which run parallel to the axis of the cathode, it is possible to accelerate the movement of the cathode spot, and thus to improve the evaporation of the cathode. The application of such a magnetic field is particularly important in the case of coating steel tools.

Claims (1)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS Zařízení pro nanášení povlaků na výrobky fyzikální metodou z plynné fáze, sestávající ze systému pro odpařování povlakovacího materiálu, z povlakovací komory s prostorem pro umístění povlakovaného materiálu, z vakuové aparatury a z elektrického zdroje pro povlakování, vyznačující se tím, že v povlakovací komoře (.6) je prostor (5) pro umístěni povlakovaného materiálu uspořádán po jejím obvodu a chlazená kovová katoda (1) je umístěna v jejím středu nebo jeho blízkosti.Apparatus for applying coatings to products by a physical gas-phase method, consisting of a system for evaporating the coating material, a coating chamber with a space for accommodating the coated material, a vacuum apparatus and an electrical source for coating, characterized in that in the coating chamber (.6 ), the space (5) for placing the coated material is arranged around its circumference, and the cooled metal cathode (1) is located at or near its center.
CS903361A 1990-07-09 1990-07-09 Method for applying coatings to articles CS276840B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS903361A CS276840B6 (en) 1990-07-09 1990-07-09 Method for applying coatings to articles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS903361A CS276840B6 (en) 1990-07-09 1990-07-09 Method for applying coatings to articles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS336190A3 CS336190A3 (en) 1992-03-18
CS276840B6 true CS276840B6 (en) 1992-08-12

Family

ID=5373423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS903361A CS276840B6 (en) 1990-07-09 1990-07-09 Method for applying coatings to articles

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS276840B6 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
CS336190A3 (en) 1992-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4112137A (en) Process for coating insulating substrates by reactive ion plating
US6570172B2 (en) Magnetron negative ion sputter source
US4038171A (en) Supported plasma sputtering apparatus for high deposition rate over large area
US5294322A (en) Electric arc coating device having an additional ionization anode
US4619748A (en) Method and apparatus for the reactive vapor deposition of layers of oxides, nitrides, oxynitrides and carbides on a substrate
JPS61295377A (en) Formation of membrane
Tyunkov et al. An experimental test-stand for investigation of electron-beam synthesis of dielectric coatings in medium vacuum pressure range
GB1257015A (en)
Maskrey et al. The role of inclusions and surface contamination arc initiation at low pressures
Ehrich et al. Plasma deposition of thin films utilizing the anodic vacuum arc
CN103469164A (en) Device and method for realizing plasma activation electron beam physical vapor deposition
CS276840B6 (en) Method for applying coatings to articles
GB2323855A (en) Depositing a coating on a conductive substrate using positive bias and electron bombardment
JPS5534689A (en) Sputtering device
Klimov et al. Electron beam evaporation of alumina ceramics at forevacuum pressure range
US4354910A (en) Method and apparatus for the partial coating of a substrate by cathode sputtering
JPH04228566A (en) Conductive fiber coating method and apparatus by sputter ion plating
RU2676719C1 (en) Method of low-temperature application of nanocrystalline coating from alpha-oxide aluminum
SU1710596A1 (en) Method of obtaining carbon-based films
FI66656B (en) FOERFARANDE FOER TILLVERKNING AV TITANNITRIDBELAEGGNING VID LAG TEMPERATUR MED HJAELP AV GLIMURLADDNING
US3227581A (en) Process for rendering ceramics slightly conductive
Grigoriev et al. A new method for production of titanium vapor and synthesis of titanium nitride coatings
RU1070949C (en) Method of producing diamond-like coatings
Gridilev et al. DC Magnetron Deposition by Sputtering a Pure Boron Target in an Oxygen Atmosphere
England et al. A laboratory electron bombardment furnace