PL229339B1 - Rurowy magnetron do napylania powłok wielowarstwowych lub kompozytowych - Google Patents

Abstract

Istota rurowego magnetronu, złożonego z cylindrycznej katody (K), we wnętrzu której jest usytuowany mimośrodowo podłużny, jedno- lub wieloczłonowy chłodzony magnes (M), osadzony w katodzie (K) obrotowo i ewentualnie przesuwnie względem wzdłużnej osi katody (K), polega na tym, że katoda (K) składa się z co najmniej dwóch segmentów (n1, n2) wykonanych z różnych napylanych materiałów, które to segmenty (n1, n2) są ze sobą trwale znanymi sposobami zespawane, przy czym magnes (M) jest osadzony wahadłowo, a kąt jego obrotu względem katody (K) jest ograniczony do obszaru wyznaczonego przez jeden, aktywny materiał (n1) lub (n2) katody (K).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest rurowy magnetron do napylania powłok wielowarstwowych lub kompozytowych.

Technologia magnetronowa wykorzystuje zjawisko rozpylania metalicznej powierzchni katody, która jest źródłem jonów materiału katody tworzących plazmę wchodzącą w reakcje chemiczne i oddziaływania fizyczne z podłożem, na którym ma być utworzona powłoka. Silne pole magnetyczne powoduje jonizację atomów materiału napylanego w pobliżu podłoża a pole elektryczne między katodą i podłożem powoduje przyśpieszanie jonów w kierunku podłoża silnie go bombardując. Towarzyszące temu silne wyładowania jarzeniowe w pobliżu katody wyzwalają jednak znaczną ilość energii cieplnej, wskutek czego magnes niekorzystnie nagrzewa się, co stwarza niebezpieczeństwo, że po przekroczeniu właściwej mu temperatury Curie gwałtownie traci swoje właściwości magnetyczne i staje się paramagnetykiem. Aby temu zapobiec źródło pola magnetycznego otacza się rurowym płaszczem, z korzystnie zamkniętym obiegiem wodnym, co jednak nie zawsze jest wystarczające. W celu zwiększenia oddającej ciepło powierzchni magnesu podzielono go na człony. Aby zapobiec nierównomiernemu trawieniu katody, albo magnes albo katodę wprowadza się w ruch obrotowy, natomiast by zapobiec nierównomiernemu rozkładowi sił pola magnetycznego magnes wieloczłonowy wprowadza się w ruch posuwisto-zwrotny.

Gdy istnieje potrzeba napylania powłok wielowarstwowych albo kompozytowych w piecu próżniowym przedmiot napylany ustawia się centralnie a co najmniej dwa magnetrony z katodami wykonanymi z różnych materiałów ustawia się na obwodzie koła zbliżonego do ścian komory pieca. Przedmiot napylany osadza się obrotowo, tak aby ustawiał się prostopadle do aktywnego w danej chwili magnetronu. Taka metoda jest jednak kosztowna ze względu na dużą liczbę zasilaczy, układów chłodzenia i samych magnetronów.

Celem wynalazku było opracowanie takiego urządzenia do napylania powłok wielowarstwowych albo kompozytowych, który zdecydowanie zmniejszałby koszty procesu.

Istota magnetronu według wynalazku, złożonego z cylindrycznej katody, we wnętrzu której jest usytuowany mimośrodowo podłużny, jedno- lub wieloczłonowy chłodzony magnes, przy czym magnes jest osadzony w katodzie obrotowo i ewentualnie przesuwnie względem wzdłużnej osi katody, polega na tym, że katoda składa się z co najmniej dwóch segmentów wykonanych z różnych napylanych materiałów, które to segmenty są ze sobą trwale zespawane, przy czym magnes jest osadzony wahadłowo a kąt jego obrotu względem katody jest ograniczony do obszaru wyznaczonego przez jeden, aktywny materiał katody.

Magnetron wprowadza się do wnętrza pieca próżniowego, w którym umieszcza się również przedmiot powlekany. Po nałożeniu pierwszej powłoki, na przykład z tytanu katodę skokowo obraca się tak, aby na przedmiot był skierowany ten jej segment, który jest wykonany z innego materiału, na przykład z chromu. Podczas nakładania danej warstwy magnes obraca się ruchem wahadłowym tylko względem aktywnej części katody w celu jej równomiernego wytrawiania. Dzięki temu proces napylania powłok kompozytowych prowadzi się z wykorzystaniem tylko jednego magnetronu, co zmniejsza koszty procesu. Nieoczekiwanie okazało się, że za pomocą takiego magnetronu powłoki kompozytowe można nakładać również na wewnętrzne powierzchnie przedmiotów, na przykład rur lub wycinków walców i to w tym samym procesie, stosując taki sam dodatkowy magnetron od strony tych wewnętrznych powierzchni.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono bliżej w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia katodę magnetronu, fig. 2 - magnetron z magnesem wieloczłonowym a fig. 3 - magnetron z magnesem jednoczłonowym.

Magnetron ma kształt cylindra stanowiącego katodę K, która składa się z dwóch równych segmentów n1 i n2, z których jeden jest wykonany z chromu Cr a drugi z tytanu Ti. Segmenty n1 i n2 są ze sobą trwale zespawane korzystnie za pomocą wiązki elektronowej lub laserowej. Tą samą metodą jest przyspawane neutralne dno D katody K. Wewnątrz katody K jest osadzona na łożyskach rurka R objęta zamocowanym do niej magnesem M. Rurka R jest wygięta, tak aby magnes M maksymalnie zbliżyć do powierzchni katody K. Magnes M może być wykonany jako monolit, jak to pokazano na fig. 4. W przypadku gdy magnes M jest wieloczłonowy jak na fig. 3, jest osadzony przesuwnie względem osi wzdłużnej katody K. Podczas nakładania danej warstwy magnes M obraca się ruchem wahadłowym tylko względem aktywnej części n1 albo n2 katody K w obszarze kąta a celu jej równomiernego wytrawiania. W innym wykonaniu magnetronu część rurki R może być zastąpiona kanałem wydrążonym w magnesie M. Przy zastosowaniu wieloczłonowego magnesu M wprowadza się go w ruch posuwistozwrotny w celu zwiększenia równomiernego rozkładu jego pola, co skutkuje równomiernym wytrawianiem katody.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Rurowy magnetron do napylania powłok wielowarstwowych lub kompozytowych złożony z cylindrycznej katody, we wnętrzu której jest usytuowany mimośrodowo podłużny, jedno- lub wieloczłonowy chłodzony magnes, przy czym magnes jest osadzony w katodzie obrotowo i ewentualnie przesuwnie względem wzdłużnej osi katody, znamienny tym, że katoda K składa się z co najmniej dwóch segmentów ni., n2 wykonanych z różnych napylanych materiałów, które to segmenty są ze sobą trwale zespawane, przy czym magnes M jest osadzony wahadłowo a kąt a jego obrotu względem katody K jest ograniczony do obszaru wyznaczonego przez jeden, aktywny materiał n1 lub n2 katody K.