包括用于保持旋转对称工件的磁性装置的夹具制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种使用夹具系统的方法以及用于保持待借助于等离子体辅助真空工艺进行处理的工件或部件的夹具系统，所述夹具系统包括磁性装置，所述磁性装置产生磁场，所述磁场具有足够高以便保持所述工件或部件的磁力，其特征在于，所述夹具系统的所述磁性装置被设计并设置成使得所产生的磁场的磁场线至少主要地被限于包括所述夹具系统和所述工件或部件的本体的空间，从而避免了产生由所述磁场线引起的无意的等离子体非均匀性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括用于保持旋转对称工件的磁性装置的夹具
本专利技术涉及包括磁体设置以便保持由能够被磁力吸引的材料制成的工件的夹具以及在等离子体辅助真空工艺中使用该磁性夹具的方法。此外，本专利技术涉及对用于保持工件的本专利技术的夹具的使用从而对工件的表面进行真空等离子体处理。根据本专利技术的夹具特别有利于保持待涂覆有通过使用等离子体辅助化学气相沉积(PACVD)而沉积的类金刚石碳(DLC)层的工件，因为本专利技术的夹具允许避免产生不期望的侧等离子体，该不期望的侧等离子体通常会对形成在工件表面上的DLC涂层的特性产生负面影响。
技术介绍
在如此繁多的反应式和非反应式等离子体工艺中，等离子体辅助被广泛用于通过例如等离子体表面激活、等离子体蚀刻或者等离子体辅助涂覆沉积以及氮化来处理工具、组件、汽车部件、消费产品或者医疗设备的表面。作为一个示例，无定形碳涂层的沉积通常包括多个等离子体辅助工艺步骤，例如在非反应式气氛中进行的基板蚀刻以及在反应式或者非反应式气氛中通过等离子体辅助真空沉积来沉积无定形碳。由具有sp3和sp2配位键两者的混合物的碳原子的无序网络组成的无定形碳涂层通常被称为类金刚石碳涂层或者DLC。取决于其主要键合特性，那些涂层能够展现出定制的物理、化学或者摩擦学性能以用于大范围的工业应用(诸如，切削工具和成形工具上的保护涂层，汽车工业、装饰性应用或者生物医学或消费者产品中的腐蚀和磨损最小化应用中的磨损和摩擦减少组件和部件上的保护涂层)。在包括无氢的(即，a-C涂层)、氢化的或者非金属掺杂DLC(即，a-C：H涂层)或者金属掺杂DLC(即，a-C：H：Me涂层)的不同DLC涂层中，也能够发现四面体无定形碳(即，ta-C涂层)。为了在应用期间实现最佳效果，能够使用各种沉积技术来合成在宽范围的基板材料中选择的DLC涂层。通常已知一些沉积方法(诸如，物理气相沉积(PVD)工艺、化学气相沉积(CVD)、脉冲激光沉积(PLD)或者还有阴极电弧蒸发(CAE))以用于沉积碳涂层，在涂层生长期间通常借助于位于基板表面处的额外的等离子体，从而允许降低沉积温度并且因此允许更宽范围的基板材料。在大多数PVD工艺(诸如，CAE、PLD或者溅射)中，全部涂层材料或者至少涂层成分从主要直接视线中的目标材料朝向工件转移。这通常导致几何涂层厚度取决于基板/工件几何结构和/或生长期间工件朝向颗粒流的对准，这与能够在所有自由的表面上提供大体上均匀厚度的CVD或等离子体辅助CVD(PACVD)工艺显著不同。一般而言，基板能够通过基板保持装置安装在沉积室中，该基板保持装置在下文被称为夹具，基板保持装置和夹具的共同之处在于在沉积期间以及在转移到沉积室中和从沉积室转移期间将基板保持在最佳位置。取决于工件的大小和形状、涂层材料以及沉积参数，通常需要夹具在沉积工艺期间执行相对于沉积室的主对称轴线的单重、双重或者甚至三重旋转。虽然在上述等离子体辅助真空工艺技术中的一些技术中，等离子体在工件处的存在无关紧要，但是在PACVD中，在待涂覆工件的基板表面处的等离子状态对于达到良好的附着力、均匀的涂层性能以及整个基板表面的厚度变得至关重要。尤其是对于沿工件的主轴线具有旋转对称性的精密组件或汽车部件(诸如例如，针、销或者柱塞)，涂层性能的高均匀性对于在应用期间实现最佳效果是必不可少的。为了这个原因，例如，在DLC涂层工艺中，基板支座变成总体工艺组装中的关键部分，其中，在蚀刻期间以及在沉积工艺本身期间，等离子体在工具或者基板表面处是活性的。在许多情况下，使用夹子、钩或者板状/杯状夹具足以将工件安装在沉积室中并且能够实现上述的基板旋转。然而，在机械基板保持器与工件表面之间的接触区附近的遮蔽效果能够导致涂层厚度和涂层性能的非均匀性，而这在任何可能的情况下都必须避免。最近，在US8152971B2中已经公开了用于安装硬质合金刀片的双重旋转磁性保持器的使用。该方法能够实现工件与基板保持器之间的小的接触区并且避免了机械相互作用，并且因此避免了在被涂覆部件的功能表面处的遮蔽效果。如在US8152971B2中所述，进一步发现了在拐角和边缘处的磁场增强以便增加在切割工具的边缘和拐角处的涂层厚度，这能够在车削操作中实现更高的工具使用寿命。不幸的是，由于基板支座的不均匀的磁场可能将导致工件表面上的不均匀的等离子体状态，所以具有未限定的磁场线的这样的磁性夹具不适于通过PACVD工艺在高端汽车部件和精密组件上沉积DLC。尤其是在工件在被涂覆部件的表面上的涂层厚度分布和均匀涂层性能方面展现出旋转对称性和最高精确性的情况下，则该方法无法满足要求。在EP1881086A1中给出了一种用于将大量工件安装在工业间歇式涂覆机中的更复杂的方法，其中，用于链销的磁性夹具的使用被公开。其示出的是，旋转对称的钢部件能够安装在基板保持器上，该基板保持器展现出每一个永磁体与工件的基部直接接触。在磁性夹具与链销之间的保持力被选择得足够高以便将销保持在垂直于旋转夹具保持器的第一旋转轴线的恒定位置中。然而，由于磁场线从永磁体的磁南极延伸并且贯穿工件“进入”部件的基部并且将在位于销与夹具之间的接触区的相反侧的磁北极中发现其端部这一事实，该方法导致沿销的主轴线或者旋转轴线的不均匀的磁场。这在工件和磁性夹具保持器上创建“开放的”磁场，这能够被称为磁泄漏并且将固有地导致磁场分布的不利的非均匀性，并且因此导致沿工件轴线的周围的等离子体状态。根据现有技术的包括磁性装置的上述夹具的使用不幸地导致在等离子体辅助真空工艺期间产生不期望的侧等离子体，其中，等离子体在待处理工件的表面处以及夹具部件的表面处被激活，诸如，在借助于PACVD进行DLC涂层的沉积期间。
技术实现思路
因此，需要找到避免在进行等离子体辅助真空工艺期间产生不期望的侧等离子体的解决方案，其中，反应式或者非反应式等离子体在基板表面处是活性的以便实现对工件的表面的均匀处理，并且独立于待涂覆基板与保持夹具之间的接触区的距离而沿着被完全涂覆的表面产生具有均匀性能的涂层。由于工业涂覆设备的不可避免的常规清洗周期，尚未提到的对夹具的另一要求是对于腐蚀性和磨损性介质的稳定性。这通常是通过对被涂覆夹具进行喷砂清理和/或用腐蚀性介质进行湿式化学清洗来实施的。本专利技术人的构思是构建一种夹具系统，该夹具系统包括磁性装置，但是该磁性装置被设置成使得在磁性夹具与工件之间的磁力能够足够高以便保持工件，但与此同时在沿着工件的主轴线的磁场中具有尽可能少的影响从而避免由工件表面处的不均匀的等离子体状态引起的被涂覆基板的不均匀涂层厚度和涂层性能(例如，由不期望的侧等离子体的产生而引起的)。如上面已经提到的，用于保持工件的夹具通常包括磁性装置以便将工件固定到保持器上。然而，对于一些应用，必须避免这样的磁性装置的磁场泄漏到夹具的周围环境中。例如，在PVD或者PACVD的情况中，由磁性装置建立的磁场不应影响等离子体状态。尤其是在沉积期间夹具通常在涂覆室内移动以便建立均匀的涂层时，在源自夹具的额外磁场存在的情况下等离子体趋于不稳定。本专利技术公开了一种夹具系统，该夹具系统特别有利于保持待借助于等离子体辅助真空工艺进行处理的部件或者工件，特别是在通过PACVD沉积类金刚石碳期间。尤其旋转对称部件(例如，柱塞、针或者销)是当前专利技术的重点，如夹具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括多个部件的夹具系统，所述部件中的至少一个是用于保持包含铁磁性物质的工件的保持部件，所述工件包括本体，所述本体具有两个端部并且沿旋转轴线展现出具有一径向尺寸的对称形状，并且所述本体具有待借助于等离子体辅助真空处理工艺进行处理的表面，所述保持部件包括磁性装置，在所述工件放置在所述保持部件的保持表面上以使得所述工件的端部中的一个与所述保持部件的所述保持表面接触的情况下，所述磁性装置在旋转轴线的方向上产生具有足够高以便保持所述工件的磁力的磁场，其特征在于：所述保持部件的所述磁性装置被设计并设置成使得所产生的磁场的磁场线至少主要地限于所述夹具系统的部件或所述工件的本体占据的空间，从而避免在执行等离子体处理期间产生由所述磁场线引起的侧等离子体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.13 US 62/1157251.一种包括多个部件的夹具系统，所述部件中的至少一个是用于保持包含铁磁性物质的工件的保持部件，所述工件包括本体，所述本体具有两个端部并且沿旋转轴线展现出具有一径向尺寸的对称形状，并且所述本体具有待借助于等离子体辅助真空处理工艺进行处理的表面，所述保持部件包括磁性装置，在所述工件放置在所述保持部件的保持表面上以使得所述工件的端部中的一个与所述保持部件的所述保持表面接触的情况下，所述磁性装置在旋转轴线的方向上产生具有足够高以便保持所述工件的磁力的磁场，其特征在于：所述保持部件的所述磁性装置被设计并设置成使得所产生的磁场的磁场线至少主要地限于所述夹具系统的部件或所述工件的本体占据的空间，从而避免在执行等离子体处理期间产生由所述磁场线引起的侧等离子体。2.根据权利要求1所述的夹具系统，其特征在于，所述保持部件包括：夹具基部(2)；磁轭(6)，所述磁轭(6)包括开口、外径和内径，所述磁轭放置在所述夹具基部的表面与所述保持部件的所述保持表面之间以使得所述开口定位在所述夹具基部的相反侧；至少一个磁体(51)，所述至少一个磁体(51)放置在所述磁轭(6)内以使得所述至少一个磁体(51)通过气隙(53)与所述磁轭(6)在周向上保持相等的距离。3.根据权利要求1所述的夹具系统，其特征在于，所述保持部件包括：夹具基部(2)；磁轭(6)，所述磁轭(6)包括开口、外径和内径，所述磁轭放置在所述夹具基部的表面与所述保持部件的所述保持表面之间以使得所述开口定位在所述夹具基部的相反侧；至少一个磁体(51)，所述至少一个磁体(51)放置在所述磁轭(6)内以使得所述至少一个磁体(51)通过非磁性间隔件(55)与所述磁轭(6)在周向上保持相等的距离。4.根据权利要求2或3的任一项所述的夹具系统，其特征在于，与所述磁轭(6)的所述外径有关的外部半径在所述工件本体的所述径向尺寸的100％到50％的范围内。5.根据权利要求1所述的夹具系统，其特征在于，所述保持部件包括：夹具基部(2)；磁体链板(63)，所述磁体链板(63)放置在所述夹具基部的表面与所述保持部件的所述保持表面之间；以及至少一对磁体(61)，所述至少一对磁体(61)放置在所述磁体链板(63)与所述保持部件的所述保持表面之间以使得所述至少一对磁体(61)中的每一个磁体被定位成与彼此相邻，具有相反的极性并且形成外径。6.根据权利要求5所述的夹具...

【专利技术属性】
技术研发人员：DJ·金，C·科普林格，A·维斯特，J·贝克，
申请(专利权)人：欧瑞康表面解决方案股份公司，普费菲孔，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH