本申请公开了一种用于PBIID批量生产的工件架和装置。本申请的用于等离子体基离子注入与沉积批量生产的工件架，包括用于放置工件的架体，以及罩设于架体外的网状导电栅，网状导电栅与架体之间绝缘。本申请的工件架，在架体外罩设网状导电栅，负高压不连接在架体和工件上，而是连接在网状导电栅上，实现离子加速，避免了高压电源输出总功率对处理工件数量的限制，杜绝了工件打火问题；同时，也不存在因工件之间的距离太近造成等离子体鞘层重叠，影响离子加速过程的问题。本申请的工件架，解决了等离子体基离子注入与沉积产业化过程中的三个重要技术问题，特别适合于大规模的批量工件镀膜生产。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及基于等离子体基离子注入与沉积技术的表面处理领域，特别是涉及一种用于等离子体基离子注入与沉积的批量生产的工件架和用于等离子体基离子注入与沉积批量生产的装置。
技术介绍
涂层技术目前已经广泛的应用于工具、模具、机械防护等工业工程领域，以及手机、手表、照明等日常生活中，体现出巨大的市场价值。随着涂层材料的发展，涂层的性能越来越强，但与基体材料的差异也越来越大，这就使得涂层与基体之间的结合力受到更加严峻的挑战。等离子体基离子注入与沉积技术(Plasma Based 1n Implantat1nandDeposit1n，缩写PBIID)结合了离子注入技术产生的注入效应和离子镀技术可制备较厚涂层的特点，其沉积的涂层与基体之间形成成分的梯度过渡，大大提高了膜基结合力。因此在大载荷应用领域，比如高速重载切削刀具、冲压模具、承力轴承等方面，获得了广泛关注。PBIID技术一般使用金属蒸发弧离子源提供金属离子，俗称MeVVA，最早由美国伯克利劳伦兹国家实验室的1.G.Brown于1982年提出。随后，发展为脉冲阴极弧金属等离子体源，由于阴极弧产生大量的电弧热，形成金属液滴，因此一般需要磁过滤技术。但是过滤管又造成沉积效率大大降低，“液滴”和效率形成一对不可调和的矛盾。之后也有一些研究者开发基于蒸发镀膜和磁控溅射放电的金属离子源，由于常规蒸发镀膜和磁控溅射技术获得的均为金属原子，所以需要增加额外的离化装置，虽然可以实现一定原子的离化，但是效率不高，同时附加的装置还会在镀膜过程中形成“阴影效应”等。随着磁控溅射技术的发展，1999年V.Kouznetsov等人提出了高功率脉冲磁控溅射技术(缩写HPPMS)，采用较高的峰值功率将磁控溅射技术的离化率提高到60% -90%，离化率根据靶材料不同而不同，且这个高离化率的粒子束流中不含“液滴”。鉴于其高的金属材料离化率，本申请的申请人之前提出了基于HPPMS的离子注入与沉积技术，专利申请公开号:CN101838795A，公开日期:2010年09月22日，并将其应用于各种高结合力要求的应用中。除了金属离子以外，气体离子也是进行PBIID镀膜主要元素，比如C、N、0、S1、B等，都可以通过气体电离引入，从而对待处理工件进行等离子体离子注入与沉积。气体电离的方式多种多样，比如电感耦合放电、电容耦合放电、微波放电、直流放电、脉冲放电等等，只要可以使气体电离，都可以用于PBIID技术进行材料表面处理。采用PBIID技术进行涂层沉积时，一般需要在工件上施加负高压，从而使离子加速，进而注入与沉积到工件表面形成镀层，强烈的离子注入效应和轰击效应保证了涂层与基体之间较强的结合。但是，在其产业化过程中，却遇到较大的困难。其一，由于目前可研制出的负高压电源的总输出功率是有限的，在施加到工件上的电压值较高时，其可允许的总电流将会大大降低，而其电流又与待处理工件的总表面积呈正比，电流降低生产效率会受到影响；也就是说，由于高压电源的输出功率是一定的，在保障负高压的同时，高压电源输出电流是一定的，由于电流与待处理工件的总表面积成正比，这就限制了每批次处理的工件的数量，造成效率难以提高，即每批次处理的工件数量就受到电源总输出的限制。其二，当工件上施加负高压后，如果工件两两之间的距离较近时，其等离子体鞘层将重叠，影响离子的加速过程，这也会影响每批次加工工件数量。其三，当工件上施加负高压后，对工件镀膜的前处理要求很高，不然会出现严重的打火，一旦打火，工件镀膜质量将受到破坏，从而使成品率大大降低。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种改进的，专门用于等离子体基离子注入与沉积的批量生产镀膜工件的工件架，以及采用该工件架的等离子体基离子注入与沉积装置。本申请采用了以下技术方案:本申请的一方面公开了一种用于等离子体基离子注入与沉积批量生产的工件架，工件架包括用于放置工件的架体，以及罩设于架体外的网状导电栅，网状导电栅与架体之间绝缘。需要说明的是，本申请的工件架在使用时，等离子体基离子注入与沉积中，原本连接架体的高压电源不再连接架体，而是连接网状导电栅，网状导电栅连接高压电源后在其内部形成等势区或近似等势区，网状导电栅对离子进行加速，离子加速穿过网状导电栅的网孔后匀速运动，注入或沉积到置于架体上的工件上。采用本申请的工件架，输出的总电流取决于网状导电栅的总表面积，而与批量处理的工件的数量或工件的总表面积无关，因此，在网状导电栅罩设的范围内可以处理多件工件，不用担心工件数量太多而导致输出电流下降，进而影响生产质量和生产效率。并且，也完全避免了工件两两之间的距离太近，其等离子体鞘层重叠，影响离子加速过程的问题。此外，采用本申请的工件架，负高压直接施加于网状导电栅上，不需要在工件上施加负高电压，因此，对工件镀膜的前处理的要求不用太高，不会出现工件打火现象，也杜绝了因工件打火造成的镀膜质量受损，成品率降低的问题。需要补充说明的是，现有技术中，工件打火的原因是，工件表面因前处理不善，存在绝缘区，例如细微的灰尘，在工件连接负高压时灰尘覆盖区域就会产生电弧，即打火，影响镀膜质量，严重的甚至对工件造成损坏；采用本申请的工件架，由于负高压不是直接施加到工件上，而是施加到网状导电栅上，因此，工件完全没有打火的风险；而网状导电栅是长期置于真空室内的，也很少会出现灰尘污染的问题，造成打火。还需要说明的是，本申请的工件架，其网状导电栅的作用是将架体与等离子体源隔开，在网状导电栅极内部形成一个等势区或近似等势区，因此，网状导电栅罩设于架体夕卜，不一定是完全围闭的，只要能使待处理工件全部处于等势区内，使得离子穿过网状栅极后不返回即可，例如可以是沿着架体水平的围一圈，围成类似两头开口的圆柱体形，当然也可以是直接将架体完全围起来，围成一个球形或半球形；又或者，根据架体的形状围成各种不规则的形状，在此不做具体限定。还需要说明的是，本申请的网状导电栅就是导电材料所制成，即在施加负高压后能够在其内部形成等势区或近似等势区，具体可以采用不锈钢、Cu、Al、V、T1、Cr、Mn、N1、Zn、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Ta、W、Pt、Au、Fe、N1、Co、V、Ru、Rh、Pb、C、稀土等单质或它们的合金，在此不做具体限定。还需要说明的是，本申请的网状导电栅其目的是代替工件施加负高压对离子进行加速，并在其内部形成等势区或近似等势区，离子穿过其网孔继续匀速前进；至于网孔的大小或形状，只要能够保障网状导电栅施加负高压后，待处理工件全部处于等势区或近似等势区内，并且能够容许离子穿过网孔即可，网孔的形状可以是圆形、方形、三角形、多边形或其它各种不规则形状，在此不做具体限定。优选的，网状导电栅与架体活动连接，架体转动时，网状导电栅可以随架体转动或固定不动。优选的，网状导电栅的网孔大小为平均孔径10需要说明的是，网状导电栅的网孔大小必须满足两个条件，第一，网状导电栅施加负高压后能使当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于PBIID批量生产的工件架，其特征在于：所述工件架包括用于放置工件的架体，以及罩设于所述架体外的网状导电栅，所述网状导电栅与所述架体之间绝缘。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴忠振，肖舒，马正永，林海，潘锋，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：新型
国别省市：广东;44
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