一种旋转磁场阴极弧源制造技术

本发明专利技术公开了一种旋转磁场阴极弧源，包括可进行弧光放电的阴极体以及磁体；所述的阴极体上固定有靶材，所述的阴极体背对靶材的一侧设置有磁体，所述的磁体包括中心磁组和二级横向旋转磁场发生装置，中心磁组置于所述二级横向旋转磁场发生装置中部；所述的二级横向旋转磁场发生装置为三相绕制的电磁线圈，可在靶面产生旋转磁场，旋转磁场可影响放电过程中的电子的运动轨迹，极大的提升等离子体的浓度，同时减少靶材表面大颗粒的迸射。通过利用中心磁组可实现阴极体的弧光放电的稳定性，旋转磁场对弧光放电中靶面弧斑及等离子体中电子的影响，既可以高利用率的靶材刻蚀，又可以减少大颗粒的产生，提升涂层的质量。

A Cathode Arc Source with Rotating Magnetic Field

The invention discloses a rotating magnetic field cathode arc source, which comprises a cathode body capable of arc discharge and a magnet; a target is fixed on the cathode body, and a magnet is arranged on one side of the cathode body opposite the target. The magnet comprises a central magnetic group and a secondary transverse rotating magnetic field generating device, and the central magnetic group is placed in the middle of the secondary transverse rotating magnetic field generating device. The two-stage transverse rotating magnetic field generator is a three-phase wound electromagnetic coil, which can generate a rotating magnetic field on the target surface. The rotating magnetic field can affect the trajectory of electrons in the discharge process, greatly enhance the plasma concentration, and reduce the burst of large particles on the target surface. The stability of cathode arc discharge can be achieved by using central magnetic group. The effect of rotating magnetic field on target arc spot and electrons in plasma in arc discharge can not only etch target with high utilization rate, but also reduce the generation of large particles and improve the quality of coating.

【技术实现步骤摘要】
一种旋转磁场阴极弧源
本专利技术涉及真空镀膜技术关键部件阴极弧源技术装备领域，具体是指一种多磁场集成阴极弧源。
技术介绍
离子镀的基本原理就是把蒸发源（靶材）作为阴极，通过它与阳极壳体之间的弧光放电，使靶材蒸发并离化，形成空间等离子体，对工件进行沉积镀覆。电弧离子镀膜技术是当今一种先进的离子镀膜技术，由于其结构简单，离化率高，入射粒子能量高，绕射性好，可实现低温沉积等一系列优点，使电弧离子镀技术得到快速发展并获得广泛应用，展示出很大的经济效益和工业应用前景。但是大颗粒的喷射造成了薄膜表面污染，导致表面的粗糙度增大而降低薄膜的光泽，对装饰及抗磨应用带来不利影响，严重影响薄膜的质量，导致镀层附着力降低并出现剥落现象，镀层严重不均匀等。电弧离子镀高离化率，低温沉积的突出优点使其在工模具镀上展现出其他镀膜方式所不具备的优势，但是电弧放电的特点使得大颗粒的存在成为工模具镀的阻碍，也成为阻碍电弧离子镀技术更深入广泛应用的瓶颈问题。此外，现阶段的常规弧源主要通过单个磁组来控制弧斑的运动，靶材刻蚀容易出现大量沟道，靶材有效利用率较低。目前对于大颗粒的解决方式主要是磁过滤及机械过滤两种，虽然两种过滤方式都有比较好的效果，但等离子体在传输过程中损耗很大，能够到达待镀基体表面的等离子体浓度不高于30%。现阶段对于弧源靶材有效利用的有效途径主要是通过手动调节单个磁组与靶材表面的距离，通过磁场的变化来控制弧斑的运动区域，这种方式为手动经验性操作，存在一定的不可控性，操作繁琐；传统的阴极弧源靶材多采用靶材背面加工小于靶材直径的外螺纹，例如靶材100mm的小圆靶通常其螺纹为80mm，螺纹直径小于靶材一方面造成材料的浪费成本的提高，另一方面靶材刻蚀过程中，因螺纹直径小于靶材直径，靶材通常使用过程中，为保护靶材螺纹连接处，刻蚀深度较小，经常更换靶材，造成靶材的浪费。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术在于提供一种旋转磁场阴极弧源，通过设置旋转电磁场，实现电弧运动轨迹进行引导，达到靶材表面均匀燃烧的目的。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种旋转磁场阴极弧源，包括可进行弧光放电的阴极体以及磁体；所述的阴极体上固定有靶材，所述的阴极体背对靶材的一侧设置有磁体，所述的磁体包括中心磁组和二级横向旋转磁场发生装置，所述的中心磁组置于所述二级横向旋转磁场发生装置中部；所述的二级横向旋转磁场发生装置为三相绕制的可通过调节输入电流的大小调节旋转磁场的大小的电磁线圈，可在阴极体靶面产生旋转磁场；阴极体包括阴极座、阴极后盖、绝缘套、基座、屏蔽环、屏蔽支撑杆，靶材通过螺纹固定在阴极座上，阴极座与阴极后盖形成水冷腔，阴极座通过螺栓固定在基座上，并通过绝缘套实现电位绝缘，屏蔽支撑杆固定在基座上，屏蔽环固定在屏蔽支撑杆上，基座与真空腔室之间设置有绝缘环，从而实现基座电位悬浮，阴极后盖后可装配中心磁组及二级横向旋转磁场发生装置；阴极体在放电过程中，中心磁组作为稳弧磁场，用以提升放电过程中的稳定性。本设置的创新机理和有益效果是：阴极体在放电过程中，中心磁组可作为稳弧磁场，来提升放电过程中的稳定性，三相绕制的电磁线圈可通过调节输入电流的大小调节旋转磁场的大小，旋转磁场一方面可对靶面弧光放电中弧斑的运动产生影响，使整个靶面都可以得到弧斑的刻蚀，提升靶材利用率，同时旋转磁场可提升弧斑的运动速度，进而减少大颗粒的迸射，另一方面旋转磁场可以改变放电过程中的等离子体中的电子的运动轨迹，从而提升电子的运动行程，提升电子的碰撞次数，提高等离子体浓度可影响放电过程中的电子的运动轨迹，极大的提升等离子体的浓度，提升粒子能量，可获得致密细腻的涂层。本专利技术进一步设置为：所述的二级横向旋转磁场发生装置包括六组铁芯和绕组线圈，六组铁芯分为三组，相对的为一组，铁芯表面涂有绝缘层；绕组线圈按二级磁场规律连接成对称的三相绕制，每组绕制一相；绕组线圈采用相位差为120°的三相变频正弦交流电源激励，电流频率和电压单独调节，通过电压调节二极横向旋转磁场的强度，通过电流频率调节二极横向旋转磁场的旋转速度。本专利技术进一步设置为：所述的阴极座与阴极座后盖形成水冷腔，阴极座背向靶材面加工有隔水条，阴极座后盖背侧为内凹腔，其内凹腔内可放置磁体。本专利技术进一步设置为：所述的阴极座背向靶材面加工有隔水条，阴极座后盖背侧为内凹腔，其内凹腔内可放置磁体。本专利技术进一步设置为：所述的磁体装配在阴极后盖的内凹腔内，中心磁组既可以为单个平行于阴极体轴向方向的强磁铁，亦可以为多个平行于阴极体轴向方向的强磁铁形成的磁组，也可以为多个平行于阴极体靶面方向的强磁铁形成的磁组，亦可以为两种方向磁组形成的复合磁场。本专利技术进一步设置为：所述的阴极体装配在真空腔室上为悬浮电位，阴极座通过绝缘套装配在基座上，并形成电位绝缘。本专利技术进一步设置为：所述的阴极座上可通过螺纹装配固定靶材，靶材外螺纹线径与靶材工作直径相等。本专利技术进一步设置为：所述的绝缘套的材料包括陶瓷、尼龙、氧化锆、云母、聚四氟乙烯中的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术提供的多磁场集成阴极弧源，还具有如下实质性区别和显著性进步：1）采用旋转磁场，极大的改善了弧光放电过程中的等离子分布，有效的提升了靶材的利用率；2）通过中心磁组及旋转磁场集成及阴极铜座水冷隔条设计，靶材表面的冷却效率大大提高，从根源上减少了大颗粒的产生；3）采用靶材同直径尺寸的外螺纹，有效的提高了靶材的使用范围，进一步提高靶材利用率；4)相较于传统的阴极弧源，本装置结构简单，可制备获得高质量的涂层；总之，本专利技术所提供的阴极弧源，在高真空利用旋转磁场对弧光放电中电子运动轨迹的影响，在涂层制备过程中获得表面致密的优质涂层。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。图1是本专利技术的刨面结构示意图；图2是旋转磁场阴极弧源的外部结构示意图；图3是体现磁体的结构示意图；图4是中心磁组磁场模拟示意图；图5为二级横向旋转磁场发生装置的磁感线图。附图标记：1、阴极体；11、阴极座；12、屏蔽支撑杆；13、基座；14、绝缘套；15、阴极后盖；16、屏蔽环；10、靶材；2、磁体；21、中心磁组；22、二级横向旋转磁场发生装置。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本专利技术，而非对本专利技术保护范围的限制。下面，对本专利技术中工件的具体工作方式进行说明。如图所示，一种旋转磁场阴极弧源，包括可进行弧光放电的阴极体1以及磁体2；阴极体1上固定有靶材10，阴极体1背对靶材10的一侧设置有磁体2，磁体2包括中心磁组21和二级横向旋转磁场发生装置22，中心磁组21置于二级横向旋转磁场发生装置22中部；二级横向旋转磁场发生装置22为三相绕制的电磁线圈，可在阴极体靶面产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转磁场阴极弧源，其特征为：包括可进行弧光放电的阴极体以及磁体；所述的阴极体上固定有靶材，所述的阴极体背对靶材的一侧设置有磁体，所述的磁体包括中心磁组和二级横向旋转磁场发生装置，所述的中心磁组置于所述二级横向旋转磁场发生装置中部；所述的二级横向旋转磁场发生装置为三相绕制的可通过调节输入电流的大小调节旋转磁场的大小的电磁线圈，可在阴极体靶面产生旋转磁场；阴极体包括阴极座、阴极后盖、绝缘套、基座、屏蔽环、屏蔽支撑杆，靶材通过螺纹固定在阴极座上，阴极座与阴极后盖形成水冷腔，阴极座通过螺栓固定在基座上，并通过绝缘套实现电位绝缘，屏蔽支撑杆固定在基座上，屏蔽环固定在屏蔽支撑杆上，基座与真空腔室之间设置有绝缘环，从而实现基座电位悬浮，阴极后盖后可装配中心磁组及二级横向旋转磁场发生装置；阴极体在放电过程中，中心磁组作为稳弧磁场，用以提升放电过程中的稳定性。

【技术特征摘要】
1.一种旋转磁场阴极弧源，其特征为：包括可进行弧光放电的阴极体以及磁体；所述的阴极体上固定有靶材，所述的阴极体背对靶材的一侧设置有磁体，所述的磁体包括中心磁组和二级横向旋转磁场发生装置，所述的中心磁组置于所述二级横向旋转磁场发生装置中部；所述的二级横向旋转磁场发生装置为三相绕制的可通过调节输入电流的大小调节旋转磁场的大小的电磁线圈，可在阴极体靶面产生旋转磁场；阴极体包括阴极座、阴极后盖、绝缘套、基座、屏蔽环、屏蔽支撑杆，靶材通过螺纹固定在阴极座上，阴极座与阴极后盖形成水冷腔，阴极座通过螺栓固定在基座上，并通过绝缘套实现电位绝缘，屏蔽支撑杆固定在基座上，屏蔽环固定在屏蔽支撑杆上，基座与真空腔室之间设置有绝缘环，从而实现基座电位悬浮，阴极后盖后可装配中心磁组及二级横向旋转磁场发生装置；阴极体在放电过程中，中心磁组作为稳弧磁场，用以提升放电过程中的稳定性。2.根据权利要求1所述的一种旋转磁场阴极弧源，其特征是：所述的二级横向旋转磁场发生装置包括六组铁芯和绕组线圈，六组铁芯分为三组，相对的为一组，铁芯表面涂有绝缘层；绕组线圈按二级磁场规律连接成对称的三相绕制，每组绕制一相；绕组线圈采用相位差为120°的三相变频正弦交流电源激励，电流频率和电压单独调节，通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎文昌，王向红，胡晓忠，
申请(专利权)人：温州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33