SE431473B - DEVICE FOR PREPARING VACUUM COATINGS - Google Patents
DEVICE FOR PREPARING VACUUM COATINGSInfo
- Publication number
- SE431473B SE431473B SE7813467A SE7813467A SE431473B SE 431473 B SE431473 B SE 431473B SE 7813467 A SE7813467 A SE 7813467A SE 7813467 A SE7813467 A SE 7813467A SE 431473 B SE431473 B SE 431473B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- substrate holder
- reaction gas
- plasma
- source
- substrates
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 53
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 35
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 27
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 25
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 2
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 239000008207 working material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- C23C14/50—Substrate holders
-
- 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
-
- 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
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
- H01J37/3178—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for applying thin layers on objects
Description
78134674; filmbeläggningar, som erhålles. De kända anordningarna för påföran~ de av beläggningar genom föràngning under vakuum får således ett begränsat användningsområde för páförande av skyddsbeläggningar av hög kvalitet på delar, vilka är avsedda att arbeta under extrema förhållanden, exempelvis under intensiva förslitningsförhállanden. 78134674; film coatings, which are obtained. The known devices for application ~ those of coatings by evaporation under vacuum thus get a limited use for the application of protective coatings of high quality parts, which are designed to work under extreme conditions, for example under intense wear conditions.
Anordningar för katodsprutning är vidare kända, vilka är baserade på sprutning av atomer av beläggningsmaterialet från en träffplåt, som bombarderas av joner av plasma av en elektrisk hjälp- urladdning, som alstras 1 en atmosfär av inert gas, med efterfölj- ande avsättning av sprutade (pulveriserade) partiklar pá ytan av ett substrat. Anordningarna för katodsprutning gör det möjligt att åstadkomma en högre joniseringsgrad för det arbetsmaterial, som skall sprutas, och att avsevärt öka partiklarnas energi. De belägg- ningar, som skall framställas medelst dessa kända anordningar, har tämligen hög kvalitet men filmens tillväxthastighet är vid pàföran- de av slitbeständiga beläggningar mycket låg och uppfyller icke de krav, som ställas på serietillverkning.Devices for cathode injection are further known, which are based on the spraying of atoms of the coating material from a hit plate, which is bombarded by plasma ions by an electric auxiliary discharge, which is generated in an atmosphere of inert gas, with subsequent deposition of sprayed (powdered) particles on the surface of a substrate. The cathode injection devices make it possible to achieve a higher degree of ionization of the working material, which to be sprayed, and to significantly increase the energy of the particles. The evidence devices to be manufactured by means of these known devices have rather high quality, but the growth rate of the film is those of wear-resistant coatings very low and do not meet those requirements, which are placed on series production.
De kända anordningarna av dessa bada typer kan således icke effektivt användas industriellt vid serietillverkning vid páförande av slitbeständlga beläggningar med komplex sammansättning, exempel- vis beläggningar av nitrider, karbider, oxider, sulfider samt andra föreningar av metaller, exempelvis titan, molybden, krom, aluminium, etc.The known devices of these two types can thus not effectively used industrially in series production by application of wear-resistant coatings with a complex composition, e.g. certain coatings of nitrides, carbides, oxides, sulphides and others compounds of metals, for example titanium, molybdenum, chromium, aluminum, etc.
På senare tid användes anordningar för pàförande av belägg- ningar under vakuum medelst källor för accelererade joner, vilka källor är baserade på generering av plasma av beläggningsmaterialet under en 1ågspänningsbågurladdning vid stora strömstyrkor vid elektro- magnetisk aooeleration av plasma i riktning mot ett substrat. Dessa kända anordningar gör det möjligt att inom vida gränser reglera viktiga parametrar, vilka karaktäriserar pàförandet av beläggningar under vakuum, dvs. Jonströmtätheten och partikelenergin. De belägg- ningar, som erhålles medelst dessa kända anordningar, har bättre kvalitet 1 jämförelse med kvaliteten av de genom vakuumföràngning framställda beläggningarna, medan beläggningsfilmens tillväxthas- tighet i regel är väsentligt högre än vid de kända anordningarna för pàförande av beläggningar genom katodsprutning.Recently, devices for applying coatings have been used. under vacuum by means of accelerated ion sources, which sources are based on plasma generation of the coating material during a low voltage arc discharge at high currents at the electrode magnetic acceleration of plasma in the direction of a substrate. These known devices make it possible to regulate within wide limits important parameters, which characterize the application of coatings under vacuum, i.e. Ion density and particle energy. The evidence devices obtained by means of these known devices are better quality 1 comparison with the quality of those by vacuum evaporation the coatings produced, while the growth film of the coating film is generally significantly higher than with the known devices for the application of coatings by cathode injection.
En anordning för páförande av beläggningar under vakuum medelst en källa för aocelererade joner är känd, vilken anordning innefattar följande i en vakuumkammare anordnade konstruktionsele- 7815467-3 3 ment: dels en källa för aoeelererade joner, vilken innefattar koaxi- ella elektroder (en av beläggningsmaterialet framställd katod och en anod), ett organ för alstrande av en ljusbágurladdning vid stor strömstyrka mellan elektroderna och en koaxiellt med elektroderna anordnad elektromagnetspole, dels en plàtformad, under negativ potential stående substrathàllare och dels ett organ för inmatning av en reaktionsgas 1 vakuumkammaren.A device for applying coatings under vacuum by means of a source of aocelated ions is known, which device comprises the following structural elements arranged in a vacuum chamber 7815467-3 3 on the one hand, a source of alloyed ions, which includes coaxial electrodes (a cathode made of the coating material and an anode), a means for generating an arc charge at large current between the electrodes and one coaxial with the electrodes arranged solenoid coil, partly a plate-shaped, below negative potential standing substrate holder and partly a means for feeding of a reaction gas in the vacuum chamber.
Vid denna kända anordning inmatas reaktionsgasen 1 ojoni- serat tillstànd i vakuumkammaren, varvid den - genom att blandas med ett flöde av plasma av beläggningsmaterialet - gör plasmajoni- seringsgraden lägre. En låg plasmajoniseringsgrad gör det omöjligt att tillräckligt effektivt genomföra den plasmakemiska reaktionen vid pàförande av en beläggning med komplex sammansättning på sub- stratet. Det är känt, att den plasmakemiska reaktionens effektivitet, dvs. reaktionshastigheten och omsättningsgraden 1 arbetsrummet och vid kondensationsytan, beror på den potentiella energin i de i reak- tionsförloppet deltagande partiklarna. Ju högre exciteringsgraden för de partiklar, som skall pàföras substratets yta är, desto högre blir den plasmakemiska reaktionshastigheten respektive desto full- ständigare förlöper den plasmakemiska reaktionen. Den plasmakemiska reaktionens omsättningsgrad påverkar beläggningskvaliteten 1 synner- het beläggningens adhesions- och strukturegenskaper, medan den plasmakemiska reaktionshastigheten bestämmer tillväxthastigheten för den film, som skall pàföras substratytan. Beläggningens påför- ingshastighet och kvaliteten hos de beläggningar, som skall fram- ställas, står således i direkt samband med plasmapartiklarnas Joni- seringsgrad vid den tidpunkt, då plasmat påföres substratets yta.In this known device, the reaction gas 1 is fed into the ionic acid. state in the vacuum chamber, whereby it - by mixing with a flow of plasma of the coating material - makes the plasma ion degree of lowering. A low degree of plasma ionization makes it impossible to carry out the plasma chemical reaction sufficiently efficiently when applying a coating of complex composition to the sub- stratet. It is known that the efficiency of the plasma chemical reaction, i.e. reaction rate and turnover rate in the working room and at the condensation surface, depends on the potential energy in the reactants the participating particles. The higher the degree of excitation for the particles to be applied to the surface of the substrate, the higher the plasma chemical reaction rate becomes respectively the the plasma chemical reaction proceeds more constantly. The plasma chemical the degree of turnover of the reaction affects the coating quality 1 in particular the adhesion and structural properties of the coating, while the plasma chemical reaction rate determines the growth rate for the film to be applied to the substrate surface. Application of the coating speed and quality of the coatings to be produced is thus directly related to the ionicity of the plasma particles degree at which time the plasma is applied to the surface of the substrate.
Den praktiska erfarenheten vid användningen av denna kända anordning för pàförande av slitbeständiga filmbeläggningar har visat, att man med denna kända anordning icke kan uppnå den önskade höga Joniseringsnivån, varför man icke kan erhålla den optimala belägg- ningspàföringshastigheten och beläggningskvaliteten.The practical experience of using this known device for applying wear-resistant film coatings has been shown, that with this known device it is not possible to achieve the desired height The level of ionization, so that the optimum coating can not be obtained. application rate and coating quality.
Ett syfte med föreliggande uppfinning är att eliminera dessa nackdelar.An object of the present invention is to eliminate these disadvantages.
Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att så för- bättra anordningen för påförande av vakuumbeläggningar medelst en källa för acoelererade joner, att man kan öka beläggningspåförings- hastigheten och förbättra kvaliteten hos de beläggningar, som skall framställas, genom ökning av Joniseringsgraden för plasmat i arbets- \'I 0.* -Jh OJ 42- G\ 7-3 I; rummet och vid substratets yta.The main object of the invention is to provide improve the device for applying vacuum coatings by means of a source of acoelated ions, that one can increase the coating application speed and improve the quality of the coatings to be produced, by increasing the degree of ionization of the plasma in the working \'IN 0. * -Jh OH 42- G \ 7-3 IN; the room and at the surface of the substrate.
Detta uppnås medelst anordningen enligt föreliggande upp- finning, vilken utmärker sig av att substrathållaren är uppbyggd i form av en ihålig kropp, som har en enda öppen, mot källan för accelererade joner vänd ändyta, varvid substrathàllarens insida är anordnad att uppbära till substrathàllaren elektriskt kopplade substrat.This is achieved by means of the device according to the present invention. finning, which is characterized by the fact that the substrate holder is constructed in the form of a hollow body, which has a single open, towards the source of accelerated ions facing end surface, leaving the inside of the substrate holder is arranged to carry to the substrate holder electrically connected substrate.
Substrathállaren är således anordnad att tillsammans med substraten bilda en konstruktionsenhet, som under anordningens arbetsförlopp alstrar den för en ihålig katod typiska effekten (den s.k. hálkatodeffekten). Elektroner, som hamnar i hålrummet i suhstrathàllaren stötes bort från den under potential med negativ polaritet stående substrathàllarens väggar, varigenom elektronerna oscillerar 1 detta hàlrum. Elektronernas fria löplängd blir avse- värt större, varigenom deras joniserande förmàga blir högre, vilket i sin tur ökar den totala Joniseringsgraden för plasmaflödet.The substrate holder is thus arranged to together with the substrates form a construction unit, as under the device workflow produces the effect typical of a hollow cathode (the so-called slippery effect). Electrons, which end up in the cavity in the substrate holder is repelled from it below potential by negative polarity of the walls of the substrate holder, whereby the electrons oscillates 1 this cavity. The free running length of the electrons becomes worth greater, whereby their ionizing ability becomes higher, which in turn, the total degree of ionization of the plasma flow increases.
Det är lämpligt, att organet för tillförsel av reaktions- gasen är anordnat mellan substrathàllaren och källan för accelere- rade joner och uppbyggt i form av ett samlingsrör, som är försett med hål för direkt inmatning av reaktionsgasen i plasmaflödet.It is appropriate that the means for supplying the reaction the gas is arranged between the substrate holder and the source of accelerator ions and constructed in the form of a manifold, which is provided with holes for direct input of the reaction gas into the plasma flow.
Då reaktionsgasen införas i plasmastràlen, joniseras reak- tionsgasen genom att gasatomer stöter samman med plasmaflödespartik- lar med hög energi, vilket ökar gasens reaktionsförmåga.When the reaction gas is introduced into the plasma jet, the reaction gas is ionized. the gas by colliding with gas atoms high energy, which increases the reactivity of the gas.
Det är att föredra, att substrathållarens sidovägg är ihålig och att den bildar ett samlingshàlrum och är försedd med hål för tillförsel av reaktionsgasen över ett av samlingshålrummet begränsat parti, varvid samlingshålrummet och hålen i substrathàllarens sido- vägg är avsedda att fungera som tillförselorgan för reaktionsgasen.It is preferred that the side wall of the substrate holder be hollow and that it forms a collection cavity and is provided with holes for supply of the reaction gas over one of the collection cavities is limited portion, the collection cavity and the holes in the side of the substrate holder wall are intended to act as supply means for the reaction gas.
Genom att potential med negativ polaritet från substrathàlla- ren överföras till samlingshàlrummet, joniseras reaktionsgasen i för- väg i substrathàllarens hâlrum innan reaktionsgasen införts i plasma- flödet, vilket i sin tur befrämjar en ytterligare ökning av plasma- Joniseringsgraden.By potentially negative polarity from the substrate holding transferred to the collection cavity, the reaction gas is ionized in the path in the cavity of the substrate holder before the reaction gas is introduced into the plasma flow, which in turn promotes a further increase in plasma The degree of ionization.
Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig. 1 visar ett blockschema över anord- ringen för pàförande av beläggningar i vakuum enligt föreliggande uppfinning, fig. 2 visar ett kopplingsschema över anordningen en- ligt uppfinningen, och fig. 3 visar en utföringsform av en substrat- hållare.The invention is described in more detail below with reference to attached drawing, in which Fig. 1 shows a block diagram of the device the ring for applying coatings in a vacuum according to the present invention Fig. 2 shows a wiring diagram of the device according to according to the invention, and Fig. 3 shows an embodiment of a substrate holder.
Ufln i fia. l visade anordningen enligt uppfinningen för pa- r 1 00 ...b 6:1 Co. \'| l CH förande av heläggningar under vakuum innefattar en kammare 1, som är avgränsad av en huv 2 (rig. 1, 2), som är hermetiskt anordnad på en basplatta 5 via ett mellanlägg 4 (flg. 2) av gummi. Basplattan 3 är försedd med hål 5 för evakuering av kammarens l arbetsrum med- elst ett system av vakuumpumpar, vilket system exempelvis kan inne- fatta en pump för förberedande evakuering och en oljeàngdiffusions- pump för slutevakuering. Vid basplattans 3 insida är medelst en skruv 6 ett stödorgan 7 anordnat. På stödorganet 7 är medelst ett mellanlägg 9 av gummi anordnad en katod 9 (rig. l och 2), som är framställd av beläggningsmaterialet och har formen av en skiva med en övre ändyta 10, som utsättes för erosion under anordningens arbetsförlopp.U fl n i fia. 1 shows the device according to the invention for r 1 00 ... b 6: 1 Co. \ '| l CH carrying of whole deposits under vacuum comprises a chamber 1, which is delimited by a hood 2 (rig. 1, 2), which is hermetically arranged on a base plate 5 via a rubber liner 4 (fig. 2). The base plate 3 is provided with holes 5 for evacuating the working space of the chamber 1 with or a system of vacuum pumps, which system may, for example, include take a preparatory evacuation pump and an oil vapor diffusion pump for final evacuation. At the inside of the base plate 3 is by means of a screw 6 a support member 7 arranged. On the support member 7 is by means of a rubber pads 9 provided with a cathode 9 (rig. 1 and 2), which are made of the coating material and has the shape of a disc with an upper end surface 10 which is subject to erosion below the device workflow.
Stödorganets 7 (rig. 2) övre yta och katodens 9 undre änd- yta är anordnade att avgränsa ett hàlrum ll, som står i förbindelse med katodens 9 kylsystem, i vilket en kylvätska cirkulerar. PA bas- plattan 3 är koaxiellt med katoden 9 medelst lämpliga stödorgan, exempelvis skruvar 12, anordnad en ihålig ringformad anod 13 (rig. l, 9), som har formen av en stympad kon, vars toppyta är vänd mot kato- den 9. Anoden 13 kan framställas av beläggningsmaterialet eller något annat elektriskt ledande material. Under arbetsförloppet är katoden 9 kopplad till minuspolen hos en làgspänningskälla 14 för matning av en ljusbàgurladdning, medan anoden 13 är kopplad till källans 14 pluspol.The upper surface of the support member 7 (rig. 2) and the lower end of the cathode 9 surface are arranged to delimit a cavity ll, which is in communication with the cooling system of the cathode 9, in which a coolant circulates. PA bas- the plate 3 is coaxial with the cathode 9 by means of suitable support means, for example screws 12, arranged a hollow annular anode 13 (rig. 1, 9), which is in the form of a truncated cone, the top surface of which faces the the 9. The anode 13 may be made of the coating material or something other electrically conductive material. During the work process is the cathode 9 connected to the negative pole of a low voltage source 14 for supply of an arc charge, while the anode 13 is connected to the source 14 pluspol.
Kring katodens 9 sidoyta är med en viss spalt anordnad en elektrostatisk skärm 15, som är fäst vid basplattans 3 övre yta medelst elektriskt isolerande brickor 16 och skruvarna 12. Skärmen 15 är avsedd att förhindra att katodfläcken överföres till katodens 9 overksamma sidoyta.A side gap is arranged around the side surface of the cathode 9 with a certain gap electrostatic shield 15, which is attached to the upper surface of the base plate 3 by means of electrically insulating washers 16 and the screws 12. The screen 15 is intended to prevent the cathode spot from being transferred to the cathode 9 idle side surface.
På basplattans 5 överyta är koaxiellt med katoden 9 och anoden lö anordnad en elektromagnetspole 17, som under arbetsför- loppet är kopplid till en elektrisk strömkälla 18. Då matningsspän- ningen påtryckes olektromagnetspolen 17, alstras ett magnetfält längs en sträcka mellan elektroderna.The upper surface of the base plate 5 is coaxial with the cathode 9 and anode lo arranged an electromagnet coil 17, which during working conditions the circuit is connected to an electrical power source 18. When the supply voltage When the electromagnetic coil 17 is applied, a magnetic field is generated along a distance between the electrodes.
Anordningen innefattar vidare ett system för initiering av en ljusbånurladdning mellan katoden 9 och anoden 13, vilket system innefattar en rörligt anordnad tändßlektrod 19 (fig. 1), som kan hrinvas till kontakt med katodfln 9 och som via ett strömbegränsande motstånd 20 är kopplad till anoden 15, som är kopplad till pluspol- en hos làgspäningskällan 14 för matning av bägurladdningen. \1 UU -à o: -zs m w I o: Tändsystemet kan även vara uppbyggt på annat sätt.The device further comprises a system for initiating an arc discharge between the cathode 9 and the anode 13, which system comprises a movably arranged ignition electrode 19 (Fig. 1), which can hrinvas to contact with cathode 9 n 9 and as via a current limiter resistor 20 is connected to the anode 15, which is connected to the positive pole one at the low voltage source 14 for supplying the beaker charge. \ 1 UU -à O: -zs m w IN O: The ignition system can also be constructed in another way.
Det ovan beskrivna koaxiella systemet, innefattande den kylda kacoden 9, ansden 13 och eiektromagnecspoien 17 (rig. 2), utgör i kombination med lågspänningskällan lüför matning av bågur- laddningen mellan elektroderna en källa för acoelererade joner av beläggningsmaterialet.The coaxial system described above, including the the cooled cacode 9, the ansden 13 and the egetromagnecspoien 17 (rig. 2), in combination with the low voltage source lüfor supplying the arc belt the charge between the electrodes a source of acoelated ions of the coating material.
I kammaren l är mitt för källan för accelererade joner och koaxiellt med densamma anordnad en substratnållare 21 (fig. l och 2) som är avsedd att under arbetsförloppet kopplas till en högspännings- källas 22 minuspol. Substrathàllaren 21 är uppbyggd i form av en ihålig kropp, exempelvis en cylinder, vars ena närmast källan för acoelererade joner liggande ändyta är öppen, medan cylinderns bakre ändyta är tillsluten.In chamber l is the center of the source of accelerated ions and coaxially with the same arranged a substrate needle 21 (Figs. 1 and 2) which is intended to be connected during the work process to a high-voltage source 22 minus pole. The substrate holder 21 is built in the form of a hollow body, for example a cylinder, one of which is closest to the source acoelated ions lying end surface is open, while the rear of the cylinder end surface is closed.
Under anordningens arbetsförlopp är vid substrathållarens 21 insida anordnade substrat 23 (fig. 2), som skall beläggas (exem- pelvis gängtappar, borrar, dragbrotschar, etc.).During the operation of the device is at the substrate holder 21 arranged substrate 23 (Fig. 2) to be coated (e.g. pelvic threaded pins, drills, pull reamers, etc.).
I anordningens (fig. l och 2) vakuumkammare 1 är koaxiellt med källan för accelererade joner och substrathållaren 21 anordnat ett samlingsrör 24 för tillförsel av reaktionsgasen, som är förbun- det med en icke visad gaskälla. Samlingsrörets 24 väggar är försedda med hål 25, genom vilka reaktionsgasen direkt inmatas i ett flöde av det plasma, som alstras av källan för aoeelererade joner. ' I fig. 3 visas en andra utföringsform för anordnande av or- ganet för inmatning av reaktionsgasen, vid vilken gynnsammare för- hàllanden skapas för att öka plasmajoniseringsgraden. Organet för inmatning av reaktionsgasen är vid denna utföringsform utfört i ett stycke med en substrathállare 21 och utgöres av ett samlingsrum 26, som är utformat i substrathállarens 21 vägg koaxiellt med hàllaren 21'. Samlingsrummet 26 är förbundet med en icke visad källa för reaktionsgas (eller reaktionsgaser). Det av samlingsrummet 26 av- gränsade partiet av substrathållarens 21' sidovägg är försett med hål 27 för omedelbar tillförsel av reaktionsgaserna till substrat 23'. Det bör därvid påpekas, att substrathàllaren 21' och det i ett stycke med densamma utförda samlingsrummet 26 under anordningens arbetsförlopp är kopplade till högspänningskällans 22 (fig. 2) minuspol.In the vacuum chamber 1 of the device (Figs. 1 and 2) is coaxial with the source of accelerated ions and the substrate holder 21 provided a manifold 24 for supplying the reaction gas, which is connected that with a gas source not shown. The 24 walls of the manifold are provided with holes 25, through which the reaction gas is fed directly into a stream of the plasma generated by the source of aoelectric ions. ' Fig. 3 shows a second embodiment for arranging the device the means for feeding the reaction gas, in which more favorable conditions are created to increase the degree of plasma ionization. The body for feeding of the reaction gas in this embodiment is performed in one piece with a substrate holder 21 and consists of a collection space 26, which is formed in the wall of the substrate holder 21 coaxially with the holder 21 '. The assembly room 26 is connected to a source (not shown) reaction gas (or reaction gases). The of the meeting room 26 the adjacent portion of the side wall of the substrate holder 21 'is provided hole 27 for immediate supply of the reaction gases to substrate 23 '. It should be pointed out that the substrate holder 21 'and that in one piece with the same assembly space 26 under the device workflows are connected to the high voltage source 22 (fig. 2) minuspol.
Anordningen enligt uppfinningen för påförande av beläggning- ar under vakuum fungerar på följande sätt. Kammaren 1 (fig. l och 2) evakueras tills ett tämligen lågt tryck, exempelvis ett tryck av Q g) i (2 I »Än CK I f få! 7 10"; Pa, alstrats. Via en speciell icke visad ventil inmatas i kamma- ren l inert eller reaktiv gas, som utgör brinnmediet för en glimur- laddning, Efter det att gasen införts i kammaren 1, är trycket i vakuumkammaren 1 lika med 1 Pa. Glimurladdningen initieras genom att en spänning av ca 1,5 kV från högspänningskällan 22 pàlägges mellan källan för aocelererade joner och substrathållaren 21. Glimurladd- ningsjoner bombarderar ytan av substrathållaren 21 med de i densamma anordnade substraten 25, varigenom man åstadkommer en s.k. Jonrening av substraten 23 i glimurladdningen och således iordningställer dem för páförande av beläggningen. Jonreningstiden beror på substratens föroreningsgrad. Högspänningskällan 22 innefattar en tyristorspän- i ningsregulator, som är kopplad till en icke visad högspänningstrans- formators primärlindning och som är avsedd att samtidigt förhindra att källan 22 genomflytes av en ström, som överstiger den tillåtna maximala strömmen. Under jonreningens initialfas har glimurladd- ningen benägenhet att övergå till bàgurladdning genom att ljusbag- fläck uppkommer vid förorenade ställen. Tyristorspänningsregulatorn är avsedd att i detta fall bortkoppla matningsspänningen för urladd- ningen och efter en kort tidsperiod återställa förloppet. Reningen anses vara avslutad, då glimurladdningen brinner stabilt under ett långt tidsintervall.The device according to the invention for applying the coating s under vacuum works as follows. Chamber 1 (Figs. 1 and 2) evacuated until a fairly low pressure, such as a pressure off Q g) in (2 I "Than CK IN f get! 7 10 "; Pa, generated. Via a special valve (not shown) is fed into the chamber. pure inert or reactive gas, which constitutes the burning medium for a charge, After the gas is introduced into the chamber 1, the pressure is in vacuum chamber 1 equal to 1 Pa. The glow discharge is initiated by a voltage of about 1.5 kV from the high voltage source 22 is applied between the source of aocelated ions and the substrate holder 21. ions bombard the surface of the substrate holder 21 with those therein arranged the substrates 25, whereby a so-called Jonrening of the substrates 23 in the glow discharge and thus prepares them for applying the coating. The ion purification time depends on the substrate degree of pollution. The high voltage source 22 includes a thyristor voltage regulator, which is connected to a high voltage transmission (not shown) primary winding of the formator and which is intended to prevent at the same time that the source 22 is flowed through by a current which exceeds the allowable maximum current. During the initial phase of ion purification, tendency to switch to baggage charging by stain occurs at contaminated sites. Thyristor voltage regulator is intended in this case to disconnect the supply voltage for the discharge and after a short period of time restore the process. The purification is considered completed, as the glow charge burns stably during one long time interval.
Sedan reningen avslutats, upphör inmatningen av inert gas i kammaren l, varvid trycket i densamma minskar till l0"3 Pa. Högspän- ningen bortkopplas, samtidigt som substrathàllaren 21 pålägges en potential med negativ polaritet, som kan variera mellan 50 och 200 V i beroende av beläggningsmaterialets slag.After the purification is completed, the inert gas supply in chamber 1, the pressure therein decreasing to 10 "3 Pa. the disconnect is disconnected, at the same time as the substrate holder 21 is applied to one potential with negative polarity, which can vary between 50 and 200 V depending on the type of coating material.
Den i fig. l och 2 visade källan för accelererade joner fungerar pá följande sätt.The source of accelerated ions shown in Figures 1 and 2 works as follows.
Mellan elektroderna 9 och 13 pàlägges potentialdifferensen från lágspänningskällan 14 för matning av bågurladdningen. Medelst tändelektroden initieras en bågurladdning mellan katoden 9 och anod- en 13, varvid katodens 9 ändyta 10 eroderas 1 de zoner, där vakuum- bàgens katodfläck ligger. Den elektrostatiska skärmen 15 är avsedd att förhindra att katodfläcken överföres till katodens 9 overksamma sidoyta. Erosionsprodukter från katoden 9 kastas 1 form av s.k. katodstrálar, med hög energi från katodfläcken, vilka katodstrålar innehåller mlkrodrnpp-, äng- och Joniserad fas. Det är av stor be- tydelse, att katoden 9 kyles effektivt under anordningens arbets- förlopp så, att man kan begränsa mängden mikrodroppfas i plasmaflö- 73ï3467-3 8 det, för vilket ändamål man bringar kylvätskan att intensivt cirku- lera via hàlrummet ll mellan kylstödorganet 7 och katoden 9.Between the electrodes 9 and 13 the potential difference is applied from the low voltage source 14 for supplying the arc discharge. By the ignition electrode initiates an arc discharge between the cathode 9 and the anode 13, the end surface 10 of the cathode 9 being eroded in the zones where the vacuum the cathode spot of the bag is located. The electrostatic shield 15 is intended to prevent the cathode spot from being transferred to the idle 9 of the cathode 9 sidoyta. Erosion products from the cathode 9 are thrown in the form of so-called cathode rays, with high energy from the cathode spot, which cathode rays contains mlkrodrnpp, meadow and Ionized phase. It is of great importance that the cathode 9 is effectively cooled during the operation of the device. so that the amount of microdroplet phase in the plasma flux can be limited. 73ï3467-3 8 the purpose for which the coolant is to be intensively circulated clay via the cavity 11 between the cooling support member 7 and the cathode 9.
Då elektromagnetspolen 17 inkopplas, pálägges ett yttre magnetfält över flödet av genererat plasma, vilket magnetfälts kraftlinjer är så riktade, att de korsar kraftlinjerna hos det elek- triska fältet fràn källan för accelererade joner. Dessa båda, varandra korsande fält verkar så, att elektronerna driver i sidled längs elektrodsträckan, varvid elektronernas livslängd blir avse- värt större och deras joniseringsförmàga göres högre, vilket resul- terar 1 en ökning av plasmajoniseringsgraden och jonenergin, samti- digt som plasmat accelereras i riktning mot substratet 23.When the solenoid coil 17 is switched on, an external one is applied magnetic field over the flow of generated plasma, which is magnetic field power lines are so directed that they intersect the power lines of the electrical trical field from the source of accelerated ions. These two, intersecting fields appear so that the electrons drift laterally along the electrode distance, the lifetime of the electrons being significantly greater and their ionization capacity is made higher, which increases the plasma ionization rate and ion energy, while as the plasma is accelerated towards the substrate 23.
Då anordningen enligt uppfinningen användes för påförande av beläggningar med komplex sammansättning, inmatas en reaktionsgas eller blandning av gaser, exempelvis kvävgas, syrgas, acetylen, svavelväte, etc., i vakuumkammaren l (fig. 1) via samlingsorganets 24 hal 25. Reaktionsgasen införes direkt i plasmaflödet, där den joniseras genom sammanstötning mellan gasatomer och plasmaflödes- partiklar med hög energi, vilket ökar reaktionsgasens reaktionsför- måga . .When the device according to the invention is used for application of coatings of complex composition, a reaction gas is fed or mixture of gases, for example nitrogen, oxygen, acetylene, hydrogen sulphide, etc., in the vacuum chamber 1 (Fig. 1) via the collecting means 24 hal 25. The reaction gas is introduced directly into the plasma stream, where it ionized by collision between gas atoms and plasma flow high energy particles, which increases the reaction rate of the reaction gas. måga. .
Plasmaflödet och reaktionsgasen strömmar in i hàlrummet i substrathàllaren 21, som är uppbyggd i form av en ihålig katod och som därigenom uppvisar alla de effekter, som är typiska för en sådan katod.The plasma flow and the reaction gas flow into the cavity in the substrate holder 21, which is constructed in the form of a hollow cathode and which thereby exhibits all the effects which are typical of one such cathode.
Elektroner, som i plasmaflödet införes i hàlrummet i mißtrat- hállaren 21, stötes bort från dess, under negativ potential stående väggar och måste oscillera i detta hålrum. Elektronernas fria löp- längd göres således avsevärt större, samtidigt som deras jonise- ringsförmàga blir högre. Detta resulterar i en ökning av den totala plasmajoniseringsgraden såväl i hålrummet som vid substratets 23 yta.Electrons introduced into the cavity of the plasma stream in the holder 21, is repelled from its negative potential walls and must oscillate in this cavity. The free running of the electrons length is thus made considerably larger, at the same time as their ionization earning capacity will be higher. This results in an increase in the total the degree of plasma ionization both in the cavity and at the substrate 23 surface.
En ännu högre plasmajoniseringsgrad kan uppnås genom att inmata reaktionsgasen via samlingsrummets 26 hál 27 i substrat- hållarens 21' (fig. 3) sidovägg.An even higher degree of plasma ionization can be achieved by feed the reaction gas via the hollow 27 of the collection space 26 into the substrate the side wall of the holder 21 '(Fig. 3).
Reaktionsgasen från samlingsrummet 26 strömmar in i hål- rummet i substrathållaren 21' och tillföres direkt till substraten 23', som samtidigt matas med det plasmaflöde, som alstrats av käll- an för aoeelererade joner.The reaction gas from the collection space 26 flows into the the space in the substrate holder 21 'and is supplied directly to the substrates 23 ', which is simultaneously fed with the plasma flow generated by the source an for aoeelererated ions.
Den i samlingsrummet 26 befintliga reaktionsgasen jonise- ras även genom det pågående för hàlkatoden nämnda typiska förlopp- et. Reaktionsgasen införes således i joniserat tillstànd i plasma-The reaction gas present in the collection space 26 is ionized. also by the ongoing typical course of the hollow cathode. et. The reaction gas is thus introduced in the ionized state into the plasma
Claims (3)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU782568105A SU796248A1 (en) | 1978-01-31 | 1978-01-31 | Device for coating |
| SU782593106A SU1125291A2 (en) | 1978-03-30 | 1978-03-30 | Apparatus for application of coatings |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE7813467L SE7813467L (en) | 1979-08-01 |
| SE431473B true SE431473B (en) | 1984-02-06 |
Family
ID=26665654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE7813467A SE431473B (en) | 1978-01-31 | 1978-12-29 | DEVICE FOR PREPARING VACUUM COATINGS |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS54110988A (en) |
| DE (1) | DE2902142C2 (en) |
| FR (1) | FR2416273A1 (en) |
| IT (1) | IT1101076B (en) |
| SE (1) | SE431473B (en) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1040631A1 (en) * | 1980-06-25 | 1983-09-07 | Предприятие П/Я В-8851 | Vacuum arc apparatus |
| DE3152736C2 (en) * | 1981-02-23 | 1984-04-05 | Leonid Pavlovič Sablev | Self-consuming cathode for an arc metal evaporator |
| CH657242A5 (en) * | 1982-03-22 | 1986-08-15 | Axenov Ivan I | ARC PLASMA SOURCE AND ARC SYSTEM WITH SUCH AN ARC PLASMA SOURCE FOR PLASMA TREATMENT OF THE SURFACE OF WORKPIECES. |
| GB2140040B (en) * | 1983-05-09 | 1986-09-17 | Vac Tec Syst | Evaporation arc stabilization |
| DE3331707A1 (en) * | 1983-09-02 | 1985-03-21 | Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln | METHOD AND DEVICE FOR REACTIVELY SPRAYING CONNECTIONS FROM METALS AND SEMICONDUCTORS |
| FR2557822B1 (en) * | 1984-01-11 | 1987-10-16 | Instr I | CUTTING TOOL AND METHOD FOR MANUFACTURING SAID TOOL |
| US4724058A (en) * | 1984-08-13 | 1988-02-09 | Vac-Tec Systems, Inc. | Method and apparatus for arc evaporating large area targets |
| DE3615361C2 (en) * | 1986-05-06 | 1994-09-01 | Santos Pereira Ribeiro Car Dos | Device for the surface treatment of workpieces |
| DE19600993A1 (en) * | 1995-01-13 | 1996-08-08 | Technics Plasma Gmbh | Appts. for high rate anodic evapn. for substrate coating |
| DE10044419C1 (en) * | 2000-09-08 | 2002-05-02 | Infineon Technologies Ag | Shading ring for plasma coating systems and its use |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3305473A (en) * | 1964-08-20 | 1967-02-21 | Cons Vacuum Corp | Triode sputtering apparatus for depositing uniform coatings |
| US3329601A (en) * | 1964-09-15 | 1967-07-04 | Donald M Mattox | Apparatus for coating a cathodically biased substrate from plasma of ionized coatingmaterial |
| US3369990A (en) * | 1964-12-31 | 1968-02-20 | Ibm | Cathodic sputtering apparatus including thermionic means for increasing sputtering efficiency |
| US3625848A (en) * | 1968-12-26 | 1971-12-07 | Alvin A Snaper | Arc deposition process and apparatus |
| US3749662A (en) * | 1972-04-17 | 1973-07-31 | Materials Research Corp | Heated substrate support station for sputtering systems |
| US4038171A (en) * | 1976-03-31 | 1977-07-26 | Battelle Memorial Institute | Supported plasma sputtering apparatus for high deposition rate over large area |
| JPS581186B2 (en) * | 1977-12-13 | 1983-01-10 | 双葉電子工業株式会社 | Ion plating device |
-
1978
- 1978-12-28 JP JP16127778A patent/JPS54110988A/en active Granted
- 1978-12-29 SE SE7813467A patent/SE431473B/en not_active IP Right Cessation
- 1978-12-29 IT IT31436/78A patent/IT1101076B/en active
-
1979
- 1979-01-19 DE DE2902142A patent/DE2902142C2/en not_active Expired
- 1979-01-30 FR FR7902330A patent/FR2416273A1/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IT7831436A0 (en) | 1978-12-29 |
| DE2902142A1 (en) | 1979-08-16 |
| FR2416273B1 (en) | 1981-11-06 |
| IT1101076B (en) | 1985-09-28 |
| DE2902142C2 (en) | 1983-03-17 |
| JPS54110988A (en) | 1979-08-30 |
| FR2416273A1 (en) | 1979-08-31 |
| SE7813467L (en) | 1979-08-01 |
| JPS5651228B2 (en) | 1981-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4992153A (en) | Sputter-CVD process for at least partially coating a workpiece | |
| US4871434A (en) | Process for equipment to coat tools for machining and forming techniques with mechanically resistant layers | |
| US5580429A (en) | Method for the deposition and modification of thin films using a combination of vacuum arcs and plasma immersion ion implantation | |
| US5846608A (en) | Process for ion-supported vacuum coating | |
| EP1727406B1 (en) | Plasma generator | |
| US4749587A (en) | Process for depositing layers on substrates in a vacuum chamber | |
| KR100333800B1 (en) | An apparatus for generation of a linear arc discharge for plasma processing | |
| JPH0633451B2 (en) | Surface treatment method of work piece | |
| EP0899772B1 (en) | Cathodic arc vapor deposition apparatus | |
| KR19990006317A (en) | RF-DC Coupling Magnetron Sputtering | |
| JPS63230866A (en) | Vacuum vapor deposition method and apparatus by arc discharge between anode and cathode | |
| WO2000068451A2 (en) | Magnetron negative ion sputter source | |
| US4411733A (en) | SPER Device for material working | |
| US5441624A (en) | Triggered vacuum anodic arc | |
| Coll et al. | Design of vacuum arc-based sources | |
| SE431473B (en) | DEVICE FOR PREPARING VACUUM COATINGS | |
| US3639151A (en) | Vapor randomization in vacuum deposition of coatings | |
| AU2003224204A1 (en) | Method for the plasma cleaning of the surface of a material coated with an organic substance and the installation for carrying out said method | |
| Rother et al. | Cathodic arc evaporation of graphite with controlled cathode spot position | |
| CN114540779B (en) | Composite cathode, magnetron sputtering coating equipment and coating method | |
| Tochitsky et al. | Electrical erosion pulsed plasma accelerators for preparing diamond-like carbon coatings | |
| CN103469164A (en) | Device and method for realizing plasma activation electron beam physical vapor deposition | |
| DE19610253A1 (en) | Sputtering apparatus for coating glass, packaging material, tools etc. | |
| RU2063472C1 (en) | Method and apparatus for plasma treatment of pieces | |
| JPH05331634A (en) | Sputtering device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 7813467-3 Effective date: 19920704 Format of ref document f/p: F |