NL8400053A - METHOD FOR EVAPORATING ARC STABILIZATION AND APPARATUS FOR APPLYING THIS METHOD - Google Patents
METHOD FOR EVAPORATING ARC STABILIZATION AND APPARATUS FOR APPLYING THIS METHOD Download PDFInfo
- Publication number
- NL8400053A NL8400053A NL8400053A NL8400053A NL8400053A NL 8400053 A NL8400053 A NL 8400053A NL 8400053 A NL8400053 A NL 8400053A NL 8400053 A NL8400053 A NL 8400053A NL 8400053 A NL8400053 A NL 8400053A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- target
- ring
- arc
- permeable
- determination
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32055—Arc discharge
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
- C23C14/325—Electric arc evaporation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
•V -·* « » VO 5351• V - · * «» VO 5351
Titel: Werkwijze voor ver dampingsboogstabilisatie en inrichting voor het toepassen van deze werkwijze.Title: Method for vaporization arc stabilization and device for applying this method.
De uitvinding heeft, betrekking cp boogstabilisatieprocessen en -inrichtingen, welke bijvoorbeeld kunnen worden toegepast bij boogbe- kledingsstelsels. Dergelijke bekledingsstelsels zijn beschreven in deThe invention relates to arc stabilization processes and devices which can be used, for example, in arc plating systems. Such coating systems are described in the
Amerikaanse octrooischriften no. 3.625.848, 3.836.451,.:3.783.231 en 5 3.793.179. Deze stelsels zijn gekenmerkt door grote neerslagsnelheden en andere gunstige eigenschappen. Deze voordelen kunnen evenwel enigszins teniet worden gedaan door een instabiliteit van de boog. Dat wil zeggen, dat de boog stromen van ongeveer 60 ampère of meer met zich mede brengt, welke in een zo kleine kathodevlek zijn geconcentreerd, dat de stroom- 3 2 10 dichtheden waarden van 165 tot 165.10 A/cm . De spanningen bedragen 15 tot 45 volt. Derhalve zijn de energiedichtheden bij de kleine kathodevlek van de orde van megawatt/cm . Derhalve is locale hevigheid een te zwakke uitdrukking. Het oppervlak van de-trefelektrode onder de kathodevlekflits verdampt tengevolge van de intense hitte. Het is dit 15 verdaotpte trefelektrodemateriaal, dat zich als een bekleding op een substraat afzat. De kathodevlek migreert over het oppervlak van de trefelektrode met een willekeurige, schoksgewijze beweging met opgegeven snelheden van vele meters per seconde. In verband met deze willekeurige beweging kan een beschadiging van de inrichting en de verontreiniging 20 van de bekleding optreden indien de vlek zich van het oppervlak van de trefelektrode afbeweegt. .U.S. Pat. Nos. 3,625,848, 3,836,451, 3,783,231 and 3,793,179. These systems are characterized by high precipitation rates and other favorable properties. However, these advantages can be somewhat offset by an instability of the arc. That is, the arc involves currents of about 60 amperes or more which are concentrated in such a small cathode spot that the current densities are from 165 to 165.10 A / cm. The voltages are 15 to 45 volts. Therefore, the energy densities at the small cathode spot are of the order of megawatts / cm. Local intensity is therefore too weak an expression. The surface of the target under the cathode spot flash evaporates due to the intense heat. It is this vaporized target material that deposited as a coating on a substrate. The cathode spot migrates across the surface of the target with a random jerk movement at specified rates of many meters per second. Because of this random movement, damage to the device and the contamination of the coating can occur if the spot moves away from the surface of the target. .
Er zijn verschillende oplossingen voor het booginstabiliteitspro-bleem voorgesteld. Zo wordt in het Amerikaanse octrooischrift 3.793.179 dicht bij de rand van de trefelektrode een scherm opgesteld. Meer in 25 het bijzonder wordt het scherm op een afstand van de trefelektrode ge-plaatst, welke kleiner is dan de gemiddelde vrije weglengte van het aanwezige gas. In een boogontlading worden gas en plasma bij de kathodevlek met een zo grote heftigheid opgewekt, dat lokale gemiddelde-vrije weglengten soms kunnen worden gereduceerd tot een paar duizendsten van 30 een centimeter. Wanneer een dergelijke stroom met lokale hoge druk om het scherm wordt geblazen, dat zich op een afstand van enige millimeters bevindt, bestaat er een redelijke kans, dat de boog om het scherm migreert. Wanneer dit gebeurt zal de kathode een bcogbeschadiging ondergaan/ 8400053 *v * - 2 - zal de evaporant worden verontreinigd of zal de boog worden gedoofd.Several solutions to the arc instability problem have been proposed. For example, in U.S. Pat. No. 3,793,179, a screen is arranged close to the edge of the target. More particularly, the screen is placed at a distance from the target which is less than the average free path of the gas present. In an arc discharge, gas and plasma are generated at the cathode spot with such intensity that local mean-free path lengths can sometimes be reduced to a few thousandths of 30 centimeters. When such a stream is blown around the screen at a distance of several millimeters with local high pressure, there is a reasonable chance that the arc will migrate around the screen. When this happens, the cathode will be damaged / 8400053 * v * - 2 - the evaporant will be contaminated or the arc extinguished.
Het Amerikaanse octrooischrift 3.783.231 richt zich op dit probleem door te voorzien in een terugkoppelmechanisme met een betrekkelijk complexe bouw, dat de frustraties, veroorzaakt door het probleem, bena-5 drukt. De terugkoppeling brengt het gebruik van een magnetisch veld met zich mede om de kathodevlek op het oppervlak van de trefelektrode te houden. Ook het Amerikaanse octrooischrift 2.972.695 suggereert het gebruik van een magnetisch veld voor het vasthouden van de kathodevlek.US Pat. No. 3,783,231 addresses this problem by providing a relatively complex feedback mechanism that emphasizes the frustration caused by the problem. The feedback involves the use of a magnetic field to keep the cathode spot on the surface of the target. Also U.S. Pat. No. 2,972,695 suggests the use of a magnetic field to hold the cathode spot.
De uitvinding beoogt bij een boogbekledingsinrichting te voorzien 10 in een zodanige wijze van stabilisatie van de boog, dat de inadequaat-heden en complexe bouw van de vroegere benaderingen worden vermeden.The object of the invention is to provide an arc stabilizing device in an arc coating device in such a way that the inadequacies and complex construction of the earlier approaches are avoided.
Dit geschiedt iri het algemeen door een voorafbepaald gebied van het verdampingsoppervlak van de trefelektrode te omgeven door een bepa-lingsring, die contact maakt met de: tref elektrode en de boog naar het 15 verdampingsoppervlak terugricht wanneer de boog zich naar het oppervlak.: van de bepalingsring beweegt zelfs indien de ring is bekleed met geleidend materiaal, dat vanuit de trefelektrode is opgedampt. Zoals later meer gedetailleerd zal worden toegelicht, zijn de materialen waaruit de bepalingsring kan worden vervaardigd, zodanig, dat de ring wordt geken-20 merkt door (a) een geringe absolute waarde van de secundaire elektronen-emissieverhouding, waarbij de verhouding van de trefelektrode bij voorkeur groter is dan die van de ring, en (b) een geringe oppervlakteenergie van de bepalingsring ten opzichte van die van de evaporant.This is generally done by surrounding a predetermined region of the target's evaporation surface with a determination ring which contacts the target and returns the arc to the evaporation surface as the arc extends toward the surface of the target. Determination ring moves even if the ring is coated with conductive material which has been vapor-deposited from the target. As will be explained in more detail later, the materials from which the assay ring can be made are such that the ring is characterized by (a) a low absolute value of the secondary electron emission ratio, the ratio of the target at is preferably greater than that of the ring, and (b) a low surface energy of the assay ring relative to that of the evaporant.
Ofschoon de aan de werking ten grondslag liggende theorie niet vol-25 ledig duidelijk is, wordt gemeend, dat de bovenstaande karakteristieken op de volgende wijze functioneren om de gunstige resultaten volgens de uitvinding te verkrijgen- Tengevolge van de geringe secundaire elektronen-emissieverhouding van de bepalingsring, zal de boog naar de trefelektrode terugkeren wanneer de boog zich naar het oppervlak van de ring beweegt. Tijdens 30 het bekledingsproces kan een deel van het trefelektrodemateriaalevaporant op de ring worden neergeslagen. Dit kan leiden tot een brug voor de boog over de ring ondanks de geringe secundaire emissieverhouding daarvan. Tengevolge van de geringe oppervlakteenergie ten opzichte van die van de evaporant, treedt evenwel geen bevochtiging van de ring door de evaporant 35 op. Derhalve wordt de neerslag direkt door de boog verdampt, zodat de 8400053 ê 4 .Although the theory underlying the operation is not completely clear, it is believed that the above characteristics function in the following manner to obtain the favorable results of the invention due to the low secondary electron emission ratio of the assay ring , the arc will return to the target when the arc moves to the surface of the ring. During the coating process, part of the target material evaporant can be deposited on the ring. This can lead to an arc bridge over the ring despite its low secondary emission ratio. However, due to the low surface energy relative to that of the evaporant, no wetting of the ring by the evaporant occurs. Therefore, the precipitate is evaporated directly through the arc, so that the 8400053 4.
--3- boog weer contact maakt met het oppervlak van de bepalingsring, waardoor de boog naar de trefelektrode wordt teruggevoerd.- 3- arc makes contact again with the surface of the determination ring, returning the arc to the target.
Een materiaal, dat de bovenstaande eigenschappen bezit, is boor-nitride (BN). Dit materiaal is bij hoogspanningsschakelaars als een 5 veegmateriaal en isolator gebruikt. Het materiaal is ook voor een mondstuk bij boogsproeilnrichtingen toegepast. Bij dergelijke inrichtingen weigert BN hen mogelijk te maken, dat op het oppervlak daarvan boog-trekking plaatsvindt-.- In geen van deze beide gevallen wordt BN evenwel tijdens het bedrijf in sterke mate door het tref elektrodemateriaal be-10 kleed* zoals boven is vermeld. Gevallen, waarbij BN voor andere doeleinden is toegepast, zijn beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3.202.862, 3.555.238 en 3.945.240.A material having the above properties is boron nitride (BN). This material has been used with high voltage switches as a sweeping material and insulator. The material has also been used for a nozzle in arc spraying devices. In such devices, BN refuses to allow them to arc-draw on its surface. In neither of these cases, however, is BN heavily coated by the target electrode material during operation * as noted above. . Cases where BN has been used for other purposes are described in U.S. Pat. Nos. 3,202,862, 3,555,238, and 3,945,240.
Resumerende is een primair doei van de uitvinding het verschaffen van een inrichting en werkwijze.voor boogstabilisatie, welke op een 15 direkte wijze voorziet in een stabiliteit op lange termijn voor zowel permeabele als niet-permeabelé trefelektroden en welke kan worden toegepast in gevallen, zoals boogbekleding, en welke tijdens het initiële reinigen van de trefelektrode kan worden gebruikt.In summary, a primary object of the invention is to provide an arc stabilization device and method which directly provides long term stability for both permeable and non-permeable targets and which can be used in cases such as arc coating , and which can be used during the initial cleaning of the target.
De uitvinding zal onder staand nader worden toegelicht onder verwijzing 20 naar de tekening. Daarbij tonen: fig. IA. en 1B schematische afbeeldingen van eerste en tweede uitvoeringsvormen, waarbij bepalingsringen volgens de uitvinding respectievelijk met vastgeklemde trefelektroden worden toegepasti fig. 2A en 2B schematische afbeeldingen van verdere uitvoerings-25 vormen, waarbij de trefelektrode met de kathode is verbonden; fig. 3 een schema in dwarsdoorsnede ter illustratie van het uniforme erosiepatroon, dat optreedt wanneer een niet-permeabele trefelek-trode door een N-ring wordt bepaald; fig. 4 een schema in dwarsdoorsnede ter illustratie van het erosie-30 patroon, dat optreedt wanneer een permeabele trefelektrode door een N-ring wordt bepaald; fig. 5 een schema in dwarsdoorsnede van een illustratieve uitvoeringsvorm van een boogstabilisatieinrichting voor een permeabele tref-elektrode volgens de uitvinding; 35 fig. 6(a), 6(b), 7(a) en 7(b) schematische "ijzervijlsel'*-diagram- men in dwarsdoorsnede, welke verschillende toestanden van permeabele en 8400053 $ ? - 4 - niet-permeabele trefelektroden illustreren; en fig. 8 een schema in dwarsdoorsnede van een illustratieve uitvoeringsvorm van een bocrgstabxlisatielnrichting ten gebruike bij het initieel reinigen van een trefelektrode.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing show: Fig. 1A. and 1B schematic illustrations of first and second embodiments, wherein determination rings according to the invention are used with clamped targets respectively, FIGS. 2A and 2B show schematic illustrations of further embodiments, wherein the target electrode is connected to the cathode; FIG. 3 is a cross-sectional diagram illustrating the uniform erosion pattern that occurs when a non-permeable target electrode is defined by an N-ring; FIG. 4 is a cross-sectional diagram illustrating the erosion pattern that occurs when a permeable target is defined by an N-ring; FIG. 5 is a cross-sectional diagram of an illustrative embodiment of an arc stabilizer for a permeable target according to the invention; Fig. 6 (a), 6 (b), 7 (a) and 7 (b) schematic "iron filings" * - cross-sectional diagrams showing different states of permeable and 8400053 $ - 4 - non-permeable targets and Fig. 8 is a cross-sectional diagram of an illustrative embodiment of an arc stabilizer for use in initially cleaning a target.
5 Opgemerkt wordt, dat in de tekening overeenkomstige onderdelen van dezelfde verwijzingen zijn voorzien. Voorts toont elkv. van de figuren de helft van een omwentelingslichaam, waarbij de symmetrieas van elke figuur is aangegeven bij 10. Derhalve is wat betreft de figuren lA en 1B de linkerhelft van een volledige uitvoeringsvorm weer-10 gegeven in fig. IA, terwijl de rechterhelft van een volledige uitvoeringsvorm in fig. 1B is afgebeeld.It is noted that corresponding parts are provided with the same references in the drawing. Furthermore, elkv. of the figures, half of a body of revolution, the axis of symmetry of each figure being indicated at 10. Thus, with regard to figures 1A and 1B, the left half of a complete embodiment is shown in figure 1A, while the right half of a complete embodiment is shown in figure 1A. embodiment is shown in Fig. 1B.
In figuur IA omvat een boogbekledingsstelsel voor een substraat 12 een anode 14, waarbij, indien gewenst, de anode en de substraat hetzelfde onderdeel kunnen zijn, een trefelektrode 16 van geleidend of isolerend 15 materiaal, eèn kathode 18, waarbij, indien gewenst, de tref elektrode en de kathode hetzelfde onderdeel kunnen zijn, een klemring 20, een bout 22, een bepalingsring 24 en een voedingsbron 26, welke een gelijkstroombron is, indien de tref elektrode geleidend is en een radiofrequentiebron is, indien de trefelektrode isolerend is. Volgens de uitvinding bestaat de 20 bepalingsring uit boornitride of soortgelijk materiaal, zoals hierna meer gedetailleerd zal worden besproken.In Figure 1A, an arc coating system for a substrate 12 includes an anode 14, where, if desired, the anode and the substrate may be the same part, a target electrode 16 of conductive or insulating material, and a cathode 18, where, if desired, the target electrode and the cathode may be the same part, a clamping ring 20, a bolt 22, a determination ring 24 and a power source 26, which is a DC source if the target is conductive and a radio frequency source if the target is insulating. According to the invention, the determination ring consists of boron nitride or similar material, as will be discussed in more detail below.
Tijdens het bedrijf wordt de bron 26 over de anode en de kathode bekrachtigd teneinde tussen de anode en de trefelektrode op een bekende wijze een boog te trekken. Men kan voor het inleiden van de boog gebruik 25 maken van (niet afgebeelce) booginleidorganen. Trefelektrodemateriaal wordt dan "flash" opgedampt vanuit de kathodevlek, die bij de voet van de boog aan het oppervlak van de trefelektrode is gevormd, en wordt als een bekleding op de substraat neergeslagen. De bepalingsring 24 is in aanraking met de trefelektrode 16 en omgeeft een vrij liggend gebied, 30 dat een verdampingsoppervlak van de trefelektrode vormt, teneinde daardoor de kathodevlèk ten opzichte van het verdampingsoppervlak op een zodanige wijze te bepalen, dat een continue, stabiele werking over de gehele levensduur van de trefelektrode wordt verkregen, zelfs ofschoon de ring kan worden bedekt met opgedampt trefelektrodemateriaal waarvan 35 de dikte enige duizendstsn centimeters kan bedragen.During operation, the source 26 is energized across the anode and the cathode to arc in a known manner between the anode and the target. For introducing the arc, use can be made of arc initiators (not shown). Target material is then flashed from the cathode spot formed at the base of the arc on the surface of the target and is deposited on the substrate as a coating. The determination ring 24 contacts the target 16 and surrounds a exposed region 30 which forms an evaporation surface of the target, thereby determining the cathode spot relative to the evaporation surface in such a way that continuous, stable operation across the the entire life of the target is obtained, even though the ring may be covered with vapor-deposited target material, the thickness of which may be several thousand centimeters.
8400053 t l - 5 -8400053 t l - 5 -
In het kort bestaat de bepalingsring uit een zodanig materiaal, dat de ring is gekenmerkt door (a) een geringe absolute waarde van de secundaire emissieverhouding, waarbij de verhouding van de trefelektrode bij voorkeur groter is dan die van de ring, en (b) een geringe oppervlak-S teênergie van de ring ten opzichte van die van de evaporant.Briefly, the determination ring is made of such a material that the ring is characterized by (a) a low absolute value of the secondary emission ratio, the target ratio preferably being greater than that of the ring, and (b) a low surface energy of the ring relative to that of the evaporant.
De secundaire emissieverhouding in δ wordt bepaald als het aantal secundaire elektronen, dat door een primair electron, of een ander geladen deeltje, dat een trefelektrode treft, wordt opgewekt. Derhalve is 5 - aantal elektronen, geëmitteerd door het materiaal per primair geladen deeltje 10 Het aantal elektronen, dat door de trefelektrode wordt geëmitteerd, is niet slechts afhankelijk van het bepaalde trefelektrodemateriaal, doch ook van de energie van het primair geladen deeltje. Volgens een aspect van de uitvinding dient de secundaire emissieverhouding van de bepalingsring, δ (bepalingsring), kleiner te zijn dan één bij de gemid-15 delde vermogens van de geladen primaire deeltjes, welke men meer in het bijzonder aantreft bij boogbekledingsprocessen, zoals beschreven in de bovengenoemde Amerikaanse octrooischriften 3.675.848, 3.836.451, 3.783.231 en 3.793.179, waarbij deze gemiddelde deeltjesvermogens ongeveer 40-60 eV bedragen. Bovendien is de secundaire emissieverhouding van de 20 trefelektrode, δ (trefelektrode) bij voorkeur groter dan δ (bepalings ring) .The secondary emission ratio in δ is determined as the number of secondary electrons generated by a primary electron, or other charged particle, that strikes a target. Therefore, the number of electrons emitted by the material per primary charged particle is 10. The number of electrons emitted by the target is dependent not only on the particular target material but also on the energy of the primary charged particle. In accordance with one aspect of the invention, the secondary emission ratio of the assay ring, δ (assay ring), should be less than one at the average powers of the charged primary particles, which are found more particularly in arc plating processes, as described in the aforementioned U.S. Pat. Nos. 3,675,848, 3,836,451, 3,783,231 and 3,793,179, these average particle powers being about 40-60 eV. In addition, the secondary emission ratio of the target, δ (target), is preferably greater than δ (determination ring).
Een klasse materialen, welke, in het algemeen gesproken, een δ bezit welke kleiner is dan 1 zijn de nitriden en meer in het bijzonder boornitride. De nitriden verschillen ten opzichte van de keramische 25 oxyden daarin, dat de oxiden een secundaire elektronenemissie bevorderen, terwijl de nitriden deze verlagen ten opzichte van de metalen, waarbij de elektronenemissieverhoudingen voor de verschillende metalen bij benadering dezelfde is. Dit is in overeenstemming met de 5 voor aluminium-oxyde (Al)/ welke ongeveer 15-20 bedraagt. Blijkbaar is dit de reden 30 voor de onstabiele boogvorming, welke men waarneemt bij uit aluminium-oxyde bestaande schermen.A class of materials which, generally speaking, has a δ less than 1 are the nitrides and more particularly boron nitride. The nitrides differ from the ceramic oxides in that the oxides promote a secondary electron emission, while the nitrides decrease it relative to the metals, the electron emission ratios for the different metals being approximately the same. This is consistent with the 5 for alumina (Al) / which is about 15-20. Apparently, this is the reason for the unstable arcing observed in alumina screens.
Het: is gebleken, dat boornitride mer uit metaal bestaande tref-elektroden, doeltreffend is. Boornitride kan ook worden toegepast bij isolerende trefelektroden, waarvan vele een grote secundaire elektronenr 8400053 * ï - 6 - emissieverhouding hebben tengevolge van een groot oxydegehalte. Titaan-nitride beperkt, zelfs ofschoon dit materiaal elektrisch betrekkelijk geleidend is, eveneens boogbanen.It has been found that boron nitride metal targets are effective. Boron nitride can also be used with insulating targets, many of which have a high secondary electron emission ratio due to a high oxide content. Even though this material is electrically relatively conductive, titanium nitride also limits arc pathways.
Een ander belangrijk verschil tussen de keramische oxyden en boor-5 nitride en soortgelijke materialen is, dat metallische bekledingen laatstgenoemde materialen niet bevochtigen. Derhalve blijkt, dat een verdamping van een geleidende bekleding bij de rand van een BN-bepalings-ring op een eenvoudige wijze optreedt wanneer een boog zich daartegen beweegt. De boog verdampt direkt de losse bekledingslip aangezien de 10 bekleding niet thermisch wordt ondersteund door binding met het BN.Another important difference between the ceramic oxides and boron nitride and similar materials is that metallic coatings do not wet the latter materials. Therefore, it appears that evaporation of a conductive coating at the edge of a BN determination ring occurs in a simple manner when an arc moves against it. The arc directly evaporates the loose coating lip since the coating is not thermally supported by bonding to the BN.
Hierdoor wordt een opnieuw schoongemaakt isolerend oppervlak over tenminste een kleine afstand bij de rand van de bepalingsring vrijgemaakt, waardoor een beweging van de boog in een andere richting vanaf de ring 'een bijzonder waarschijnlijk alternatief wordt. Voorts zal wanneer de 15 slecht gebonden bekleding bij de rand van de ring eenmaal is weggedampt, een zeer slecht elektrisch contact tussen de geleidende bekleding, die op de ring achterblijft,en de trefelektrode aanwezig zijn. Hierdoor wordt de kans, dat de boog zich op de bekleding voortbeweegt, verder gereduceerd aangezien 60 of meer ampère een betrekkelijk significante 20 verbinding vereist. Weerstandsmetingen bij geringe stroom vertonen dikwijls geen elektrisch contact tussen de trefelektrode en bekledingen op de ring.This clears a newly cleaned insulating surface at least a small distance from the edge of the determination ring, making movement of the arc in a different direction from the ring a particularly likely alternative. Furthermore, once the badly bonded coating at the edge of the ring has evaporated, there will be very poor electrical contact between the conductive coating remaining on the ring and the target. This further reduces the chance of the arc moving on the coating since 60 or more amperes require a relatively significant connection. Low current resistance measurements often show no electrical contact between the target and coatings on the ring.
In het algemeen is een verder aspect van de uitvinding voor het totcstaridrbrengear.vanneen bepaling van de boog de geringe oppervlakte- 25 energie (γ) van de bepalingsring ten opzichte van die van de evaporantIn general, a further aspect of the invention for determining the arc of a determination of the arc is the small surface energy (γ) of the determination ring relative to that of the evaporant.
- dat wil zeggen γ (ring) < γ (evaporant). In dit opzicht wordt BN- that is, γ (ring) <γ (evaporant). In this respect, BN
2 (oppervlakteenergie van 600-700 erg/cm ) doof de meeste metalen niet bevochtigd bij de temperaturen, welke zich voordoen bij de boogbekledings- processen, zoals deze in de bovengenoemde Amerikaanse octrooischriften 30 zijn beschreven. Slechts de oxyden van lood, bismuth, koper en antimoon zullen BN bevochtigen en aantasten, omdat de oppervlakteënergiëer van 2 deze oxyden variëren van 100-300 erg/cm . BN en materialen, welke daaraan soortgelijk zijn, zijn evenwel voor de praktische toepassingen, die zich bij boogbekledingsprocessen voordoen, geschikt.2 (surface energy of 600-700 erg / cm), extinguish most of the metals not wetted at the temperatures encountered in the arc plating processes, as described in the above-mentioned U.S. Patents 30. Only the oxides of lead, bismuth, copper and antimony will wet and attack BN, because the surface energy of these oxides ranges from 100-300 erg / cm. BN and materials similar thereto, however, are suitable for the practical applications encountered in arc coating processes.
35 Resumerende dient de bepalingsring 24 te worden gevormd uit of te worden bekleed met materialen met de bovenstaande eigenschappen. De 8400053 * * - 7 - nitrideverbindingen zijn bijzonder geschikt en meer in het bijzonder de nitriden van boor én titaan. In dit opzicht wordt opgemerkt, dat indien de nitrideverbinding minder dan 100% van de samenstelling van de bepalings-ring vormt, de ring desalniettemin op de gewenste wijze zal werken zolang 5 als de gehele samenstelling de bovenbesproken eigenschappen bezit. Hierna zal een ring van het bovenbeschreven type een "N-ring" worden genoemd.In summary, the determination ring 24 should be formed from or coated with materials having the above properties. The 8400053 * * - 7 - nitride compounds are particularly suitable and more particularly the nitrides of boron and titanium. In this regard, it is noted that if the nitride compound constitutes less than 100% of the composition of the assay ring, the ring will nonetheless operate as desired as long as the entire composition has the properties discussed above. Hereinafter, a ring of the type described above will be called an "N-ring".
Andere configuraties van de bepalingsring 24 zijn weergegeven in de figuren IB, 2A en 2B, waarbij figuur 1B een andere uitvoeringsvorm toont, waarbij de trefelektrode aan de kathode is vastgeklemd door een 10 ring 20 en bouten 22 (niet weergegeven in figuur 1B), terwijl de uitvoeringsvormen volgens de figuren 2a en 2B een verbinding van de tref elektrode 16 met de kathode 18 door geschikte middelen aan het scheidings-oppervlak 28 tonen.Other configurations of the determination ring 24 are shown in Figures IB, 2A and 2B, with Figure 1B showing another embodiment in which the target is clamped to the cathode by a ring 20 and bolts 22 (not shown in Figure 1B), while the embodiments of Figures 2a and 2B show a connection of the target 16 to the cathode 18 by suitable means on the separating surface 28.
Er is betrekkelijk weinig afhankelijkheid van de bepalingsring-15 configuratie en die volgens figuur IA, IB, 2A en 2B zijn gelijkelijk geschikt wat betreft de boog-(kathodevlek)bepalingsfunctie. Voorts kan, als aangegeven in figuur 2A, de ring 24 zijn voorzien van een bekleding op een steunonderdeel 30, waarbij de dikte van de bekleding opzettelijk is vergroot ter illustratie. Indien de ring niet door bekleding wordt 20 gevormd, kan deze door bouten of andere bekende hulpmiddelen worden bevestigd. Indien bouten worden gebruikt, kunnen de koppen van de bouten met het ringmateriaal worden bekleed.There is relatively little dependence on the assay ring configuration, and those of Figures 1A, IB, 2A, and 2B are equally suitable in arc (cathode spot) assay function. Furthermore, as shown in Figure 2A, the ring 24 may be coated on a support member 30, the thickness of the coating being intentionally increased for purposes of illustration. If the ring is not formed by coating, it can be attached by bolts or other known aids. If bolts are used, the heads of the bolts can be coated with the ring material.
Voorts maakt de boogstabilisatie volgens de uitvinding een niet-cilindrische symmetrie oogelijk bijvoorbeeld lineaire, rechthoekige 25 kathoden en cilindrische boogbronnen, waarbij magnetische bepalingsmethoden, zoals die welke zijn beschreven in de bovengenoemde Amerikaanse octrooischriften 3.783.231 en 2.972.695 niet tot dè vereiste uniforme velden voor bepaling leiden. Bovendien wijkt de uitvinding over alle drukgebieden (meer in het bijzonder hoge drukken), terwijl de 30 methode, beschreven in het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 3.793.179 in dit opzicht is beperkt.Furthermore, the arc stabilization according to the invention makes a non-cylindrical symmetry obscure, for example linear, rectangular cathodes and cylindrical arc sources, whereby magnetic determination methods, such as those described in the above-mentioned US patents 3,783,231 and 2,972,695, are not the required uniform fields. lead for determination. In addition, the invention extends over all pressure ranges (more particularly high pressures), while the method described in the aforementioned U.S. Pat. No. 3,793,179 is limited in this regard.
Ofschoon de voorkeursuitvoeringsvormen volgens de uitvinding zijn beschreven voor een boogbekledingsstalsel, is het duidelijk, dat de uitvinding ook van toepassing is op andere stelsels, waarbij materiaal 35 "flash” wordt opgedampt vanuit een trefelektrode door een boog, die tot 8400053 - 8 - , » een voorafbepaald gebied van het oppervlak van de trefelektrode moet worden bepaald.Although the preferred embodiments of the present invention have been described for an arc cladding bead, it is understood that the invention also applies to other systems in which material flash flashes from a target through an arc which is up to 8400053-8. a predetermined area of the target surface must be determined.
Zoals blijkt uit figuur 3, is zolang als de trefelektrode 16 niet-permeabel is, het erosiepatroon 17, verkregen met de bepalingsring volgens 5 figuur IA, IB, 2A en 2B, betrekkelijk uniform. Indien evenwel gebruik wordt gemaakt van een permeabele trefelektrode 16, is het erosiepatroon 17 niet uniform, zoals blijkt. uit figuur,4. Een onderzoek van de trefelektrode volgens figuur 2 leidt tot de conclusie, dat de boog zodanig wordt beïnvloed, dat deze zich naar de rand van de permeabele trefelek-10 trode beweegt aangezien er geen reden is om te verwachten, dat de boog zich meer in het bijzonder op een andere wijze naar de N-ring 24 beweegt.As can be seen from Figure 3, as long as the target 16 is non-permeable, the erosion pattern 17 obtained with the determination ring of Figures 1A, 1B, 2A and 2B is relatively uniform. However, if a permeable target 16 is used, the erosion pattern 17 is not uniform, as it appears. from figure, 4. An examination of the target of FIG. 2 leads to the conclusion that the arc is affected to move towards the edge of the permeable target as there is no reason to expect the arc to be more in the arc. particularly moves to N-ring 24 in a different manner.
Men heeft proeven gedaan, waarbij bij één van deze proeven een N-ring op een grote plaat.· van permeabel materiaal was:.geplaatst, '.eén:.en zodanig,‘ ‘dat het vlakivan-de..ring:,evenwij.dig .was aanddat-van de plaat, 15 waarbij dèjring: bij ..benadering, in. het* midden van de .plaat,.was,gelegen.Experiments have been carried out in which one of these tests had an N-ring on a large plate of permeable material: placed, one: and such, that the plane of the ring, also .dig. was indicated on the plate, 15 with the following approximation. the * center of the plate, was.
In de ring werd een boog getrokken en het resulterende erosiepatroon was normaal - dat wil zeggen het kwam overeen met dat volgens figuur 3.An arc was drawn in the ring and the resulting erosion pattern was normal - that is, it corresponded to that of Figure 3.
De bovenstaande principes zijn verwerkt in de uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, weergegeven in figuur 5, waarbij een permeabele 20 trefelektrode 16 wordt omgeven door een vlakkerring 19, bestaande uit een permeabel materiaal, zoals week ijzer of Permalloy of het trefelektrode-materiaal zelf. In wezen kan elk materiaal, dat als permeabel wordt beschouwd, worden gebruikt, waarbij deze materialen in een niet beperkende zin omvatten ijzer; nikkel; kobalt; en legeringen daarvan met kleine hoe-25 veelheden optionele toevoegingen; ferrieten; staal; enz. Voorts kan de ring 19 een integraal verlengstuk van de trefelektrode. zelf zijn. Hierna zal de ring 19, onafhankelijk van het feit of deze een afzonderlijk onderdeel is, als aangegeven in figuur 5, of een integraal verlengstuk van lde trefelektrode is, een "P-ring" worden genoemd.The above principles have been incorporated into the embodiment of the invention shown in Figure 5, wherein a permeable target 16 is surrounded by a flattened ring 19 consisting of a permeable material, such as soft iron or Permalloy or the target material itself. Essentially, any material considered permeable can be used, these materials in a non-limiting sense including iron; nickel; cobalt; and alloys thereof with small amounts of optional additives; ferrites; steel; etc. Furthermore, the ring 19 can be an integral extension of the target. being yourself. Hereafter, regardless of whether it is a separate part, as shown in Figure 5, or whether it is an integral extension of the target, the ring 19 will be referred to as a "P-ring".
30 De N-ring 24 wordt om de omtrek van de trefelektrode 16 opgesteld en draagt bij tot het bepalen van de boog aan het oppervlak van de trefelektrode. De Nering houdt ook de ring 19 en de trefelektrode 16 op zijn plaats via een bout 21, die in het kathodelichaam 18 is geschroefd.The N-ring 24 is disposed about the circumference of the target 16 and aids in determining the arc on the surface of the target. The Nering also holds ring 19 and target 16 in place via a bolt 21 screwed into cathode body 18.
Ofschoon het niet de bedoeling is zich te beperken tot een bepaalde 35 theorie van de werking, zijn de hiernavolgende overwegingen blijkbaar 84 CO 053 * * - 9 - van toepassing op P-ringen volgens de ui vinding. Men heeft waargenomen, dat een vacuumboog, die bij een niet-permeabele tref elektrode wordt getrokken, op een willekeurige wijze rondzwerft, waarbij de boog dikwijls binnen een seconde of zo de trefelektrode voor andere gebieden van de 5 kathode verlaat. Een permeabele trefelektrode verliest de boog in milli-sec naar andere kathodegebieden. Het is duidelijk, dat voor niet-verontreinigde bekledingen de boog slechts op de trefelektrode moet blijven.Although it is not intended to be limited to any particular theory of operation, the following considerations apparently apply to P-rings according to the invention. It has been observed that a vacuum arc drawn at a non-permeable target wanders randomly, with the arc often exiting the target for other areas of the cathode within a second or so. A permeable target loses the arc in millisec to other cathode regions. Clearly, for non-contaminated coatings, the arc should remain only on the target.
Vroege literatuur omtrent magnetische velden, die aan de vacuumboog worden aangelegd, geeft aan, dat de boog zich het gemakkeli-jkst 10 in de richting van de grootst magnetische velddichtheid beweegt. Wanneer wordt aangenomen, dat dit het mechanisme is om de boog naar de rand van de trefelektrode in figuur 4 te dwingen, blijkt, dat de boog zich afbeweegt van het permeabele materiaal, dat de velddichtheid reduceert.Early literature on magnetic fields applied to the vacuum arc indicates that the arc most easily moves toward the greatest magnetic field density. Assuming that this is the mechanism for forcing the arc to the edge of the target in Figure 4, it appears that the arc moves away from the permeable material, which reduces the field density.
Een ander inzicht, dat betrekking heeft op het bepalingsmechanisme, 15 vindt men in het werk van Naoe en Yamanaka ("Vacuum-Arc Evaporations of Eerrites and Compositions of their Deposits” Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 10, No 6, juni 1971) waarbij ferriet materialen met behulp van een boog uit een komvormige ferriettrefelektrode worden opgedampt. De materialen bereikten een gesmolten gedeelte van de trefelektrode 20 en de oxydematerialen gedroegen zich zeer verschillend ten opzichte van de metalen. De schrijvers rapporteerden een zeer stabiele boog, welke zich volgens een zeer langzame cirkelvormige beweging bij, bij benadering het midden van de kam, bewoog. Zij gaven geen commentaar hierop als een ongebruikelijk gedrag, doch schonken grote aandacht aan de boogbeweging, 25 zoals deze visueel werd waargenomen. Gevolgtrekkingen, welke betrekking hebben op de algemene boogbepaling, ontbraken.Another insight pertaining to the determination mechanism is found in the work of Naoe and Yamanaka ("Vacuum-Arc Evaporations of Eerrites and Compositions of their Deposits" Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 10, No 6, June 1971 ) in which ferrite materials are evaporated from a cup-shaped ferrite target by arc The materials reached a molten portion of the target 20 and the oxide materials behaved very differently from the metals The authors reported a very stable arc, which a very slow circular motion at approximately the center of the crest, they did not comment on this as an unusual behavior, but paid close attention to the arc movement, as observed visually. arc determination, were missing.
Om dit verschijnsel beter te kunnen begrijpen is volgens de uitvinding gebruik gemaakt van een gelijkstroom door een draad voor het opwekken van een cilindrisch magnetisch veld van het type, dat de boog 30 dicht bij de trefelektrode schijnt op te wekken. Deze draad is in de buurt van verschillende geometrieën van permeabele trefelektroden gebracht en verkregen "ijzervijlsel-diagrammen" geven een inzicht omtrent de magnetische invloed van deze permeabele materialen op het magnetische veld.In order to better understand this phenomenon, the present invention utilizes a direct current through a wire to generate a cylindrical magnetic field of the type which appears to generate the arc 30 close to the target. This wire has been brought close to different geometries of permeable targets and "iron filing diagrams" obtained provide an insight into the magnetic influence of these permeable materials on the magnetic field.
35 Er wordt op gewezen, dat dit enigszins afwijkt van het aanleggen van een magnetisch veld om samen te werken met het hoogveld^, zoals be- 8400053 I ·» - 10 - schreven in de bovengenoemde Amerikaanse octrooischriften 2.972.695 en 3.783.231 omdat geen uitwendig veld wordt aangelegd-.Wanneer een stroom door de draad wordt gevoerd, wordt om de draad symmetrisch een magnetische flux opgewekt. Wanneer twee draden evenwijdig aan elkaar worden 5 opgesteld en de stromen in de draden dezelfde richting hebben, worden de draden naar elkaar getrokken. Het tussen de draden opgewekte veld wordt opgeheven omdat de fluxrichting aan de rechterzijde ten opzichte van de linkerzijde van de draad verschilt.35 It should be noted that this differs somewhat from the application of a magnetic field to cooperate with the high field, as described in 8400 05310 in the aforementioned U.S. Pat. Nos. 2,972,695 and 3,783,231. no external field is applied - When a current is passed through the wire, a magnetic flux is generated symmetrically around the wire. When two wires are arranged parallel to each other and the currents in the wires have the same direction, the wires are pulled together. The field generated between the wires is canceled because the flux direction on the right side differs from the left side of the wire.
In werkelijkheid is een boog betrekkelijk uniek en is het moduleren 10 daarvan als een draad, door welke draad een stroom vloeit, geen echte indicator ten aanzien van datgene, dat een boog zal doen. Indien men een voldoende stroom in de boog kan laten vloeien, zal de boog zichzelf in twee simultane boogvlekken splitsen, die zich onafhankelijk over het kathodeoppervlak bewegen.' Dit is geheel tegengesteld aan het geval van 15 de draden, welke zich tezamen bewegen wanneer een stroom vloeit. Een eenvoudige verklaring van dit verschil tussen de boog en de draad wordt soms gegeven in termen van het vrijzijn van elektronen om zijdelings in de ruimte in de boog te bewegen, doch in de draad te zijn vastgelegd. Zij trachten zich in de draad zijdelings te bewegen, waardoor op de 20 draden gelijke en tegengestelde krachten worden uitgeoefend. Derhalve beweegt de draad zich tegengesteld aan de richting waarin de boqg zich beweegt, waarbij de grootte van de kracht, waarmede een boog naar de rand van een permeabele trefelektrode wordt bewogen, significant is ten opzichte van de willekeurige bewegingskrachten, welke de boog meer in 25 het bijzonder over een niet-permeabele trefelektrode bewegen.In reality, an arc is relatively unique and modulating it as a wire through which a current flows is not a true indicator of what an arc will do. If one can allow a sufficient current to flow into the arc, the arc will split itself into two simultaneous arc spots that move independently across the cathode surface. " This is completely opposite to the case of the wires, which move together when a current flows. A simple explanation of this difference between the arc and the wire is sometimes given in terms of the freedom of electrons to move laterally in the space in the arc, but are fixed in the wire. They try to move laterally in the wire, whereby equal and opposite forces are exerted on the 20 wires. Thus, the wire moves opposite to the direction in which the boqg moves, the magnitude of the force with which an arc is moved toward the edge of a permeable target being significant relative to the arbitrary moving forces, which the arc moves more in especially moving over a non-permeable target.
De figuren 6(a),6(b), 7(a) en 7(b) tonen de aard van de vijlsel-diagrammen bij de verschillende toestanden van permeabele en niet-permeabele trefelektroden. In figuur 6 is, zoals blijkt, steeds minder flux-dichtheid 23 aanwezig wanneer de ijzeren plaat 32 wordt genaderd omdat 30 deze lijnen (waarvan slechts de dwarsdoorsneden zijn te zien) in het ijzer worden getrokken omdat zij zich daarin meer gemakkelijk kunnen bewegen. In het geval van de aluminium tref elektrode 34 blijft de flux zeer constant wanneer de plaat wordt genaderd, zoals blijkt uit figuur 6(b)..Door de rand van de trefelektrode te bewegen, zoals in figuur 7(b), 35 wordt geen verandering in het geval van de aluminium trefelektrode gebracht. Echter, zoals aangegeven in figuur 7(a), leidt een beweging naar 8400053 -tide rand van de uit ijzer bestaande trefelektrode tot een redelijk sterke flux buiten de trefelektrode, en in wezen geen daarbinnen. Waar de kracht, die op de boog wordt uitgeoefend, derhalve naar buiten is gericht, is het duidelijk, dat de boog zich snel naar de buitenrand beweegt. De 5 krachten zullen een waarde nul hebben wanneer de boog zich volmaakt in het midden van de trefelektrode bevindt doch normaliter zal door een willekeurige migratie ten opzichte van de boogwerking de boog snel uit het midden worden gebracht. Wanneer de boog dichter bij een rand komt, wordt de kracht naar de rand verveelvoudigd. Het is derhalve logisch, 10 dat erosie zal optreden, als aangegeven in figuur 4, omdat de boog wordt ingevangen tussen de geïnduceerde naar buiten gerichte elektromagnetische kracht, en de "N”-ring, welke belet, dat de boog zich verder naar buiten beweegt. Er is slechts in het vak van figuur 4 een relatieve vrijheid van beweging. Derhalve beweegt de boog zich om de trefelektrode loodrecht 15 op de invanging. De poging hier is niet het volledig bepalen van de boogbeweging doch slechts aan te geven, dat bepaalde aspecten daarvan op een significante wijze voor besturingsdoeleinden kunnen worden beïnvloed.Figures 6 (a), 6 (b), 7 (a) and 7 (b) show the nature of the filing diagrams at the different states of permeable and non-permeable targets. In Figure 6, as appears, less and less flux density 23 is present when approaching the iron plate 32 because these lines (of which only the cross sections can be seen) are drawn into the iron because they can move more easily therein. In the case of the aluminum target 34, the flux remains very constant as the plate is approached, as shown in Figure 6 (b). By moving the edge of the target, as in Figure 7 (b), 35 changed in the case of the aluminum target. However, as indicated in Figure 7 (a), a movement towards 8400053 -tide edge of the iron target leads to a fairly strong flux outside the target, and substantially none within it. Thus, where the force applied to the arc is directed outward, it is evident that the arc moves rapidly toward the outer edge. The 5 forces will have a value of zero when the arc is perfectly centered in the target, but normally arbitrary migration from arc action will quickly bring the arc out of the center. When the arc gets closer to an edge, the force to the edge is multiplied. It makes sense, therefore, that erosion will occur, as shown in Figure 4, because the arc is trapped between the induced outward electromagnetic force, and the "N" ring, which prevents the arc from moving further out There is relative freedom of movement only in the box of Figure 4. Therefore, the arc moves about the target perpendicular to the capture. The attempt here is not to fully determine the arc movement but merely to indicate that certain aspects can be significantly affected for control purposes.
Verder volgt hieruit, dat bij de aanwezigheid van de P-ring 19 20 volgens figuur 5 de krachtlijnen zich even gemakkelijk door de ring 19 bewegen als door de trefelektrode 16, die binnen de binnenomtrek van de ring is opgesteld. Derhalve is de fluxdichtheid binnen de ring in hoofdzaak gelijk aan die buiten de binnenomtrek van de ring. Op de boog wordt derhalve geen naar buiten gerichte kracht uitgeoefend, zoals het geval 25 is bij de inrichting volgens figuur 4. Derhalve migreert de boog op een willekeurige wijze over het gehele oppervlak van de permeabele trefelektrode op dezelfde wijze als die, waarop de boog over de niet-permea-bele trefelektrode volgens figuur 3 migreert, waardoor een uniforme erosie van de permeabele trefelektrode optreedt.It further follows that, in the presence of the P-ring 19 20 of Figure 5, the lines of force travel through the ring 19 as easily as through the target 16, which is disposed within the inner circumference of the ring. Therefore, the flux density within the ring is substantially equal to that outside the inner circumference of the ring. Therefore, no outwardly directed force is exerted on the arc, as is the case in the device of Figure 4. Therefore, the arc migrates randomly across the entire surface of the permeable target in the same manner as that over the arc. the non-permeable target of Figure 3 migrates, resulting in uniform erosion of the permeable target.
30 Thans zal worden verwezen naar figuur 8, welke een verdere toepas sing vein de uitvinding toont. Door proeven is vastgesteld, dat een P-ring, die een niet-permeabele trefelektrode omgeeft, zeer doeltreffend is om een boog op een dergelijke trefelektrode te houden wanneer de trefelektrode bijzonder schoon is. Zoals thans zal worden beschreven, maakt 35 de configuratie volgens figuur 8 het mogelijk, dat de trefelektrode door 8400053 #' c - 12 - een boog bijzonder schoon wordt gemaakt, zodat de P-ring daarna kan worden gebruikt om de boogvasthoudfunctie daarvan uit te oefenen, waarbij, in figuur 8, de Nering 24 een (a) afzonderlijk deksel van of (b) een bekleding, welke is geverfd, gespetterd, opgedampt of op een 5 andere wijze is aangebracht op de P-ring 19 kan zijn.Reference will now be made to Figure 8, which shows a further application of the invention. Tests have established that a P-ring surrounding a non-permeable target is very effective in keeping an arc on such a target when the target is particularly clean. As will now be described, the configuration of Figure 8 allows the target to be arc cleaned by 8400053 # 'c - 12 - an arc so that the P-ring can thereafter be used to perform its arc retention function wherein, in Figure 8, the Nering 24 may be a (a) separate cover of or (b) a coating that has been painted, splashed, vaporized, or otherwise applied to the P-ring 19.
In de literatuur is herhaaldelijk de nadruk gelegd op de noodzaak tot een bijzonder schone toestand van het trefelektrodestelsel doch wordt weinig vermeld omtrent het gedrag van een niet-schone trefelektrode, welke met oxyden en dergelijke is verontreinigd. Aangegeven wordt, dat 10 de oxyden van het oppervlak worden verdampt (of geëxplodeerd) door een boog voordat een betekenisvolle metaalopdamping kan beginnen. Het grootste gedeelte van het verwijderen van deze verontreinigingen vindt plaats tijdens de initiële reinigingsfase van de trefelektrode, waarbij de substraat., in sommige gevallen niet in'het stelsel aanwezig is.Literature has repeatedly emphasized the need for a particularly clean state of the target system, but little is said about the behavior of an unclean target contaminated with oxides and the like. It is indicated that the surface oxides are vaporized (or exploded) by an arc before meaningful metal vapor deposition can begin. Most of the removal of these contaminants occurs during the initial cleaning phase of the target, with the substrate, in some instances, not present in the system.
15 Gedurende deze tijd worden zogenaamde "type-one" kathodevlekken gevormd, die de trefelektrode niet op een doeltreffende wijze verdampen. Slechts nadat de verontreinigingen op een doeltreffende wijze zijn verwijderd, worden de "type-one" vlekken vervangen door de zogenaamde "type-two" vlekken,welke effectief zijn voor het verdampen van de trefelektrode.During this time, so-called "type-one" cathode spots are formed, which do not effectively evaporate the target. Only after the contaminants have been effectively removed, the "type-one" spots are replaced by the so-called "type-two" spots, which are effective for evaporating the target.
20 Op dit moment kan de substraat in het stelsel worden opgenomen in voorbereiding voor het bekleden daarvan, indien de substraat zich niet reeds op zijn plaats bevindt.At this time, the substrate may be included in the system in preparation for coating it if the substrate is not already in place.
De N-ring- blijkt de boog tijdens de initiële reinigingsfase te begrenzen zelfs wanneer de trefelektrode in een vuile toestand wordt ge-25 monteerd. De P-ring is niet zo'n absoluut afstootmiddel, dat de boog de trefelektrode en de P-ring voor de eerste paar starts van de boog tijdens de initiële reinigingsfase kan beïnvloeden. Wanneer de tref-elektrode eenmaal voldoende schoon is voor het verdampen van trefelek-trodemateriaal, wordt het gedeelte van de ring onmiddellijk bij de tref-30 elektrode bekleed en wordt de besturing van de boog bijna absoluut.The N-ring appears to limit the arc during the initial cleaning phase even when the target is mounted in a dirty state. The P-ring is not such an absolute repellant that the arc can affect the target and the P-ring for the first few starts of the arc during the initial cleaning phase. Once the target is sufficiently clean to vaporize target electrode material, the portion of the ring is immediately coated at the target and arc control becomes almost absolute.
Tijdens de initiële reinigingsfase echter, kan de boog zich naar de achterzijde en zijden van het kathodelichaanr 18 bewegen, waar de boog het geheel kan beschadigen, of verontreinigingsmetalen in de kamer kan verdampen.During the initial cleaning phase, however, the arc can move to the back and sides of the cathode electrode 18, where the arc can damage the whole, or evaporate contaminant metals in the chamber.
8400053 - 13 -8400053 - 13 -
In sommige gevallen, heeft de N-ring de neiging om (a) iets fragiel te zijn, (b) een betrekkelijk. beperkte levensduur te hebben, (c) duur te zijn en (d) trefelektrodemateriaal te verliezen, datc.daarin.is .neerge-slagen tengevolge van het geringe bevochtigingsvermogen van de ring.In some cases, the N-ring tends to be (a) slightly fragile, (b) relatively. have limited life, (c) be expensive, and (d) lose target material, which has been precipitated due to the low wetting ability of the ring.
5 Derhalve is het wenselijk voordeel te trekken van het boogvasthoudver-mogen van de N-ring tijdens het initiële reinigingen (dat wil zeggen, dat de N-ring blijkt "type-one" bogen voor vele trefelektrodematerialen, vermoedelijk alle, vast te houden, tenminste diegene, welke tot nu toe zijn beproefd) en daarna een P-ring te gebruiken nadat de trefelektrode 10 eenmaal door een boog is gereinigd.Therefore, it is desirable to take advantage of the arc holding ability of the N-ring during initial cleanings (ie, the N-ring appears to retain "type-one" arcs for many target materials, presumably all of them, at least those that have been tested so far) and then use a P-ring after the target 10 has been arc-cleaned.
In het algemeen zijn twee punten van groot belang. In de eerste plaats is het nodig niet-trefelektrodegebieden van de kathode tegen erosie, meer in het bijzonder bij de isolatoren te beveiligen. Derhalve moet de boogreinigingsactiviteit tot de trefelektrode en het klemstelsel 15 worden beperkt. In de tweede plaats moet de boogdooffrequentie worden gereduceerd, een en ander zodanig, dat een paar maal trekken van de boog tot een. schoon oppervlak leidt. Bij de huidige methoden kan het zijn, dat meer dan honderd boogtrekkingen nodig zijn bij een grote aluminiumkathode met een gering vasthouden door een P-ring.In general, two points are of great importance. First, it is necessary to protect non-target areas of the cathode against erosion, more particularly at the insulators. Therefore, the arc cleaning activity must be limited to the target and clamp assembly 15. Secondly, the arc quenching frequency must be reduced, such that pulling the arc a few times into one. clean surface. Current methods may require more than a hundred arc pulls with a large aluminum cathode with low P-ring retention.
20 De ernst van het boogreinigingsprobleem is een functie van. het trefelektrodemateriaal. Zo is aluminium bijvoorbeeld zeer slecht, .....20 The severity of the arc cleaning problem is a function of. the target material. For example, aluminum is very bad, .....
zirkonium zeer goed. Waargenomen is, dat "type-one"-bogen een hiërarchie van functies hebben. In de eerste plaats zoeken zij geoxideerde gebieden en tasten deze aan. Dit is redelijk omdat dergelijke materialen zoals de 25 metaaloxyden, de neiging hebben om gemakkelijk elektronen te emitteren.zirconium very good. It has been observed that "type-one" arcs have a hierarchy of functions. First of all, they search for and attack oxidized areas. This is reasonable because such materials, such as the metal oxides, tend to emit electrons easily.
Het blijkt echter, dat bij deze oxydeopzoekmodes de P-ring op een eenvoudige wijze kan worden oversprongen. Wanneer de heftige "flashes" van de voor de hand liggende oxydegebieden zijn verstreken, wordt voortgang gemaakt met nog veel meer boogtrekkingen, gewoonlijk met steeds langere 30 bedrijfsperioden voordat de boog wordt gedoofd. Tijdens het grootste gedeelte van deze periode komt praktisch geen verdampt metaal uit de ontlading - zelfs ofschoon deze vele seconden kan duren. De boog blijkt nog steeds als een "type-one” boog te werken, welke slechts een geringe verdamping teweeg brengt. Dit is waarschijnlijk het plotseling optreden 35 van scherpe punten en ruggen, dat kan leiden tot grote aantallen elek- 8400053However, it has been found that in these oxide look-up modes the P-ring can be skipped in a simple manner. When the violent flashes of the obvious oxide regions have elapsed, much more arc twitching is progressed, usually with progressively longer operating periods before the arc is quenched. During most of this period, practically no vaporized metal comes out of the discharge - even though it may take many seconds. The arc still appears to function as a "type-one" arc, which produces only minor evaporation. This is likely to be the sudden appearance of sharp points and ridges, which can lead to large numbers of electrodes. 8400053
r “Wr “W
- 14 - tronen bij betrekkelijk geringe hoogspanningen.- 14 - thrones at relatively low high voltages.
In de oxydefase van de reiniging gaat de boog gemakkelijk over naar de P-ring en naar de niet-elektrodedelen van de kathode. In de punt- en rugfase houdt de P-ring de ontlading vast doch wordt de ontla-S ding zeer vaak gedoofd. Slechts wanneer de "type-one" boog is geëlimineerd, veranderen alle ter beschikking staande elektronenbronnen de boog in een "type-two" boog en wordt voortgegaan met "flash” verdamping van het trefelektrodeoppervlak.In the oxide phase of cleaning, the arc easily transitions to the P-ring and to the non-electrode parts of the cathode. In the point and back phases, the P-ring retains the discharge, but the discharge is extinguished very often. Only when the "type-one" arc has been eliminated will all available electron sources transform the arc into a "type-two" arc and "flash" evaporation of the target surface is continued.
Omdat, zoals boven is vermeld, de N-ring de oxydefaseontlading zal 10 vasthouden, kan de uitvoeringsvorm volgens figuur 8 worden gebruikt om de respectieve voordelen van de N-ring 24 en de P-ring 19 optimaal te maken. Wanneer de Nrring als een afzonderlijk deksel wordt gebruikt, is deze op zijn plaats tijdens de initiële boogreinigingsfase totdat de "type-two" boog bij de trefelektrode tot stand wordt gebracht. Het deksel 15 wordt dan van de tref elektrode verwijderd om deze vrij te geven. Er treedt dan een tweede boogreinigingsfase op, waarbij de oxydegebieden enz., die door de N-ring 24 tijdens de eerste reinigingsfase zijn bedekt, worden verwijderd. Er zijn er evenwel minder dan eerst en de totale reinigings-tijd is kleiner dan die, welke nodig zou zijn in afwezigheid van de 20 N-ring. Bovendien wordt aangezien dit deksel wordt verwijderd na het reinigen (om'daarna de P-ring het mogelijk te maken de boogvasthoudfunctie uit te oefenen, zoals boven is besproken) de levensduur van de deksel aanmerkelijk vergroot. Voorts is het verlorengaan van trefelektrodemateriaal, dat::daarop. wordt.vneergeslagenh. geen.’ probleem.Since, as mentioned above, the N-ring will retain the oxide phase discharge, the embodiment of Figure 8 can be used to optimize the respective advantages of the N-ring 24 and the P-ring 19. When the Nrring is used as a separate lid, it is in place during the initial arc cleaning phase until the "type-two" arc is established at the target. The cover 15 is then removed from the target to release it. A second arc cleaning phase then occurs, removing the oxide regions, etc., covered by the N-ring 24 during the first cleaning phase. However, there are fewer than before and the total cleaning time is less than that which would be necessary in the absence of the 20 N-ring. In addition, since this cover is removed after cleaning (after which the P-ring makes it possible to perform the arc retention function, as discussed above), the life of the cover is significantly increased. Furthermore, the loss of target material which is thereon. is precipitated h. no problem.
25 Wanneer de N-ringdeksel 24 als een dunne filmbekleding wordt aange bracht, dient dit voor elke nieuwe trefelektrode te geschieden. Ofschoon dit in bepaalde situaties een bezwaar kan zijn, zijn er ook bepaalde voordelen aan verbonden meer in het bijzonder wanneer de bekleding uit TiN of een soortgelijk materiaal bestaat. De BN-verven hechten zich niet 30 zeer goed. Radiofrequenties spetteren van BN op de ring 19 is beter. De meest aanvaardbare benadering is het gebruik van titaannitride - juist het materiaal, waarvoor vele boogstelsels bestemd zijn om dit te verschaffen. Een extra uit ijzer bestaande ring 19 kan tezamen met bijvoorbeeld een..hoeveelheid werktuigen worden bekleed. Deze ring kan dan bij de vol-35 gende trefelektrode, welke uit titaan kan bestaan, van dienst zijn. Het TiN gaat een zeer hechte binding met de ijzeren ring aan. Zelfs ofschoon 8400053 * « - 15 - deze bekleding elektrisch geleidend is, stoot deze de boog niet af en wel om redenen, zoals boven is besproken- Het is slechts nodig, dat deze nitridebekleding wordt vrijgegeven tijdens de oxydefase van de tref-elektrodereiniging, zodat deze methode zeer praktisch kan zijn. Voorts 5 leidt de TiM-bekleding niet tot vlokvoxming.When the N-ring cover 24 is applied as a thin film coating, this should be done for each new target. While this may be a drawback in certain situations, it also has certain advantages, particularly when the coating is made of TiN or a similar material. The BN paints do not adhere very well. Radio frequencies splashing BN on ring 19 is better. The most acceptable approach is to use titanium nitride - the very material for which many arc galaxies are intended to provide this. An additional iron ring 19 can be coated together with, for example, a number of tools. This ring can then be of service to the next target electrode, which may consist of titanium. The TiN forms a very tight bond with the iron ring. Even though this coating is electrically conductive, 8400053 * 15, it does not repel the arc for reasons as discussed above. It is only necessary that this nitride coating be released during the oxide phase of the target electrode cleaning, so that this method can be very practical. Furthermore, the TiM coating does not lead to flake flamming.
84000538400053
Claims (22)
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US49283183 | 1983-05-09 | ||
| US06/492,831 US4430184A (en) | 1983-05-09 | 1983-05-09 | Evaporation arc stabilization |
| US53128783 | 1983-09-12 | ||
| US06/531,287 US4559121A (en) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | Method and apparatus for evaporation arc stabilization for permeable targets |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8400053A true NL8400053A (en) | 1984-12-03 |
| NL181880B NL181880B (en) | 1987-06-16 |
| NL181880C NL181880C (en) | 1993-01-18 |
Family
ID=27050887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8400053A NL181880C (en) | 1983-05-09 | 1984-01-06 | METHOD FOR COVERING A MATERIAL ON AN OBJECT USING A VAPOR DEVICE |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1210824A (en) |
| DE (1) | DE3345493C2 (en) |
| FR (1) | FR2545840B1 (en) |
| GB (1) | GB2140040B (en) |
| NL (1) | NL181880C (en) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4448659A (en) * | 1983-09-12 | 1984-05-15 | Vac-Tec Systems, Inc. | Method and apparatus for evaporation arc stabilization including initial target cleaning |
| DE3901401C2 (en) * | 1988-03-01 | 1996-12-19 | Fraunhofer Ges Forschung | Process for controlling a vacuum arc discharge |
| DE4006456C1 (en) * | 1990-03-01 | 1991-05-29 | Balzers Ag, Balzers, Li | Appts. for vaporising material in vacuum - has electron beam gun or laser guided by electromagnet to form cloud or pre-melted spot on the target surface |
| GB9108553D0 (en) * | 1991-04-22 | 1991-06-05 | Ion Coat Ltd | Ionised vapour source |
| DE4220588C2 (en) * | 1992-06-24 | 2001-02-15 | Leybold Ag | Arc vaporization device |
| JP2002525431A (en) * | 1998-09-14 | 2002-08-13 | ユナキス・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト | Arrangement of target for arc evaporating room |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3783231A (en) * | 1972-03-22 | 1974-01-01 | V Gorbunov | Apparatus for vacuum-evaporation of metals under the action of an electric arc |
| SU636266A1 (en) * | 1976-04-05 | 1978-02-10 | Предприятие П/Я В-8851 | Electric arc metal evaporator |
| FR2393079A1 (en) * | 1977-06-01 | 1978-12-29 | Balzers Hochvakuum | PROCESS FOR VAPORIZING MATERIALS IN A VACUUM EVAPORATION DEPOSIT INSTALLATION |
| FR2416273A1 (en) * | 1978-01-31 | 1979-08-31 | Inst T Avtomobilno | Vacuum coating appts. esp. for high speed steel or hard metal tools - has coating source material coaxially beneath hollow carrier for tools |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3836451A (en) * | 1968-12-26 | 1974-09-17 | A Snaper | Arc deposition apparatus |
| US3793179A (en) * | 1971-07-19 | 1974-02-19 | L Sablev | Apparatus for metal evaporation coating |
| JPS6011103B2 (en) * | 1981-02-23 | 1985-03-23 | レオニド パフロヴイツチ サブレフ | Consumable cathode for electric arc metal evaporation equipment |
-
1983
- 1983-12-07 GB GB08332650A patent/GB2140040B/en not_active Expired
- 1983-12-14 CA CA000443298A patent/CA1210824A/en not_active Expired
- 1983-12-15 FR FR8320123A patent/FR2545840B1/en not_active Expired
- 1983-12-15 DE DE19833345493 patent/DE3345493C2/en not_active Expired
-
1984
- 1984-01-06 NL NL8400053A patent/NL181880C/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3783231A (en) * | 1972-03-22 | 1974-01-01 | V Gorbunov | Apparatus for vacuum-evaporation of metals under the action of an electric arc |
| SU636266A1 (en) * | 1976-04-05 | 1978-02-10 | Предприятие П/Я В-8851 | Electric arc metal evaporator |
| FR2393079A1 (en) * | 1977-06-01 | 1978-12-29 | Balzers Hochvakuum | PROCESS FOR VAPORIZING MATERIALS IN A VACUUM EVAPORATION DEPOSIT INSTALLATION |
| FR2416273A1 (en) * | 1978-01-31 | 1979-08-31 | Inst T Avtomobilno | Vacuum coating appts. esp. for high speed steel or hard metal tools - has coating source material coaxially beneath hollow carrier for tools |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SOVIET INVENTIONS ILLUSTRATED, vol. B37, 24 oktober 1979, Derwent, LONDEN (GB), & SU - A - 636 266 (E.G. GOLDINER)(10-12-1978). * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL181880B (en) | 1987-06-16 |
| FR2545840A1 (en) | 1984-11-16 |
| GB2140040A (en) | 1984-11-21 |
| DE3345493C2 (en) | 1986-01-16 |
| DE3345493A1 (en) | 1984-11-15 |
| FR2545840B1 (en) | 1985-11-29 |
| GB8332650D0 (en) | 1984-01-11 |
| GB2140040B (en) | 1986-09-17 |
| CA1210824A (en) | 1986-09-02 |
| NL181880C (en) | 1993-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| BE898630A (en) | METHOD FOR EVAPORATING ARCH STABILIZATION AND APPARATUS FOR USING THIS METHOD | |
| US4448659A (en) | Method and apparatus for evaporation arc stabilization including initial target cleaning | |
| EP2788522B1 (en) | Filtered cathodic arc deposition apparatus and method | |
| EP0225680B1 (en) | Improved electric arc vapor deposition method | |
| JPS6036468B2 (en) | Vacuum arc plasma equipment | |
| US4452686A (en) | Arc plasma generator and a plasma arc apparatus for treating the surfaces of work-pieces, incorporating the same arc plasma generator | |
| RU2168233C2 (en) | Cathode for spraying or electric-arc evaporation (alternatives) and device for coating or ion-beam implantation of substrates | |
| US5972185A (en) | Cathodic arc vapor deposition apparatus (annular cathode) | |
| US5387326A (en) | Method and arrangement for stabilizing an arc between an anode and a cathode particularly for vacuum coating devices | |
| US4559125A (en) | Apparatus for evaporation arc stabilization during the initial clean-up of an arc target | |
| NL8201806A (en) | CONSUMABLE CATHOD FOR AN ELECTRIC BOW METAL ATOMIZER. | |
| Ehrich | The anodic vacuum arc. I. Basic construction and phenomenology | |
| JPH03500109A (en) | Plasma switch with disordered chromium cold cathode | |
| US4600489A (en) | Method and apparatus for evaporation arc stabilization for non-permeable targets utilizing permeable stop ring | |
| NL8400053A (en) | METHOD FOR EVAPORATING ARC STABILIZATION AND APPARATUS FOR APPLYING THIS METHOD | |
| NL8001402A (en) | CATHED BEAM TUBE. | |
| JP2571252B2 (en) | Stabilizer for anode-cathode arc | |
| EP0211413A2 (en) | Arc ignition device | |
| JP2006169630A (en) | Method and apparatus for cathodic arc deposition of materials on a substrate | |
| Oates et al. | A high-current pulsed cathodic vacuum arc plasma source | |
| GB2150947A (en) | Evaporation arc stabilization for non-permeable targets utilizing permeable stop ring | |
| JP3555033B2 (en) | Apparatus for coating a substrate with a material vapor under negative pressure or vacuum | |
| RU2384911C1 (en) | Method for treatment of electrodes in insulating gaps of high-voltage electric vacuum instruments | |
| JP2004076160A (en) | Shielding apparatus | |
| JPS60135570A (en) | Arc stabilization and device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A1B | A search report has been drawn up | ||
| A85 | Still pending on 85-01-01 | ||
| BC | A request for examination has been filed | ||
| R1B | Notice of opposition during period of laying open | ||
| NP1G | Patent granted (not automatically) [patent specification modified] | ||
| SNR | Assignments of patents or rights arising from examined patent applications |
Owner name: HAUZER INDUSTRIES B.V. |
|
| V1 | Lapsed because of non-payment of the annual fee |
Effective date: 20020801 |