新型电磁控阴极电弧源制造技术

本发明专利技术是采用电磁控阴极电弧源的镀渗设备，属于真空镀膜、离子镀膜、离子渗金属领域。其技术特征在于控制电磁线圈的排布方式，在放电过程中不断改变线圈电流的方向和大小。在靶面产生的轴向磁场分量和径向磁场分量在靶材径向不断变化，使场致发射式阴极电弧在靶面上均匀放电。阴极弧斑在靶面上由小圈到大圈周期变化，靶材烧蚀均匀，靶材利用率高、镀膜厚度均匀，渗金属件温度均匀，有效沉积速率高。适于镀渗细长工件、板材、厚涂层等。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于采用电磁控阴极电弧源的真空镀膜、离子镀膜和电弧离子渗金属领域的设备。目前，采用阴极电弧源的镀膜设备中，所用的阴极电弧源有永磁控和电磁控两种方式控制电弧放电。永磁控型电弧源尺寸较小，一般小于φ100mm，在靶材后面安装环形、棒形、环块组合型永磁体，细化弧斑尺寸，提高电弧在靶面的移动速度;电磁控型电弧源尺寸较大，在靶材后面安装电磁线圈，通入直流电，靶面产生固定磁场，控制阴极电弧沿固定轨道运动。目前，美国Vac Tec公司(真空技术公司)生产的ATC-400型镀膜机的靶材尺寸24″×8″。方型靶(1)后面安装两组空心线圈(2)，固定在阴极靶座(3)上。每组只有一个线圈，由于两个线圈内均通入直流的同向电流，在靶面上产生固定磁场，在弧电流和磁场的共同作用下电弧稳定燃烧，并沿一定的环行轨道运动，靶材的其他部位不产生电弧放电。产生电弧的部位因不断蒸发金属而烧蚀，很快在弧斑轨迹部位出现沟槽。这种结构的阴极电弧源有以下缺点1、靶材利用率低，只利用沟槽部分的金属，大部分靶材利用不上。当沟槽处即将穿透时必须更换靶材，大部分靶材被浪费掉。2、蒸发角不合理，一般工件安置在靶对面，当靶材出现沟槽后，金属蒸汽向前方喷射量减少，有效沉积速率降低。3、沿靶材长度方向膜厚分布不均匀。以上缺点限制了大弧源应具有的沉积层厚度均匀、沉积速率高，镀膜面积大等优点的发挥。本专利技术的任务是制造一种采用新型电磁控方式，使场致发射电弧能在靶面上均匀放电、阴极弧斑轨迹在靶面上由小圈到大圈周期变化、靶材烧蚀均匀、靶材利用率高的阴极电弧源的真空蒸发镀、离子镀、离子渗金属设备。本专利技术的技术方案是通过改变电磁线圈的排布方式，在放电过程中，改变电磁线圈中电流大小和方向，在靶面产生的轴向磁场和径向磁场沿靶面不断变化，阴极电弧轨迹随之在靶面上呈环形或其他形状，由小圈到大圈不断变化。本专利技术可以在每个靶材后面安装n组(n为整数)线圈。每组线圈可以由n个(n为整数)线圈组成。相邻线圈可以互相独立或抽头式的。线圈可以密排或有一定间隔。线圈可以沿靶面径向布满或绕成小截面线圈。每组线圈也可采用永磁体为辅、电磁线圈为主的组合结构。线圈的形状可以是园形、方形、其他形状的。通入线圈的电流可以一路变化或多路变化。可以改变电流的大小、方向。线圈的匝数和电流值均可改变，使靶面的轴向磁场分量，径向分量沿径向不断变化。磁感应强度B在10°-10-2特斯拉范围。电磁线圈中通入的电流可以是直流的或脉动的。电流值的变化率可以是线性的或非线性的，电流的控制可以是手动的，调节自耦调压器控制整流电源输出一定电流，也可采用微机控制方式、控制可控硅整流电路的输出电压，控制电流值按一定程序变化。也可采用硬件电路控制，或三种方式的任意组合。真空镀膜、离子镀膜、离子渗金属设备可以安装n个(n为整数)电磁控阴极电弧源。电弧源可以安装在真空室(Ⅰ)内，也可安装在真空室侧壁上、顶盖上、底板上。本专利技术控制阴极弧斑的运动轨迹，大面积均匀烧蚀靶材，提高靶材利用率、提高膜层的沉积速率，膜层厚度的均匀性和多弧离子渗金属工件温度的均匀性。充分发挥了大面积弧源的优点。本专利技术适于获得较厚的镀层;适于镀细长工件或面积较大的板状，带状工件;适于塑料、陶瓷金属化，金属镀膜、离子镀、离子渗金属等方面。本专利技术有如下附图附图说明图1为ATC-400型设备的阴极电弧源结构示意图。靶材(1)安装在阴极靶座(2)上，靶材后安放两组线圈(3)。每组线圈只有一个线圈。靶面上的弧斑轨迹(4)为固定的两个环，靶材烧蚀出很深的沟槽(5)。图中表示电流流出线圈，X表示电流流入线圈。图2为本专利技术电磁控阴极电弧源的真空镀膜、离子镀膜、离子渗金属设备示意图。图中(Ⅰ)真空室，(Ⅱ)抽气系统，(Ⅲ)工件转动机构，(Ⅳ)进气系统，(Ⅴ)阴极电弧源，(Ⅵ)弧源电源，(Ⅶ)偏压电源。弧源中靶材(1)安装在靶座(2)上，座内安置电磁线圈(3)。靶座(2)通过绝缘件(4)固定在真空室(Ⅰ)上。镀膜时通过引弧极(5)引燃弧光。图3为本专利技术一种实施例的阴极电弧源结构示意图。靶材(1)安装在阴极靶座(2)上，靶材后安放两组线圈(3)，每组线圈由两个独立线圈组成。两线圈绕制方向相同，紧密排列。电磁线圈外形尺寸200×200×20mm，内腔空心尺寸30×30×20mm。两个线圈径向宽度相同。线圈由线径0.3-3mm铜线绕成。通入电流0.5-15A。分别由两个直流电源供电。两线圈中通入反向电流。通过微机控制两路电流的变化。阴极电弧班轨迹(4)为小圈到大圈在靶面上扫描。靶材烧蚀均匀，没有明显沟痕(5)。图4为上一种实施例的电流控制框图。两组电路均采用微机控制方式。单板机(1)通过接口(2)、D/A转换器(3)控制可控硅触发脉冲移相电路(4)，去调整可控硅整流电路(5)的输出电压，分别控制两个线圈(6)中的电流。图5为本专利技术第二种实施例的阴极电弧源结构示意图。靶材(1)安装在阴极靶座(2)上，靶材后安放一组电磁线圈(3)，由两个有一定间隔的线圈组成。线圈外形尺寸φ200mm，内腔尺寸φ50mm。两线圈径向宽度相同，间隔为20mm。内层线圈用手控方式调整固定电流，外层线圈由图4所述的微机控制方式控制电流变化。电流方向如图中电流方向所示。线径0.5-5mm，通入电流0-20A变化。图6为本专利技术的第二种实施例中的电流手动调节方式框图。手调自耦调压器(1)，通过整流电路(2)，接到第二种实施例的内层线圈上。图7为本专利技术的第三种实施例的阴极电弧源结构示意图。靶材(1)安装在阴极靶座(2)上，靶材后安放一组电磁线圈(3)。由一个线圈组成，中间抽头。线圈布满靶面径向，在半径1/2处抽头，用一个电源控制线圈电流。接线方式如图所示。线圈外形尺寸为120×120×30mm，线径0.5-5mm，通入电流0-20A，电流手动，微机控制方式均可。图8为本专利技术的第四种实施例的阴极电弧源结构示意图。靶材(1)安装在阴极靶座(2)上，靶材后安放一个电磁线圈(3)和一个永磁棒(或圈)(4)，线圈外形尺寸φ150×20mm，内径φ100×20mm。线径0.3-3mm，通入电流0-15A。永磁体尺寸φ30×50mm。权利要求1.一种采用电磁控场致发射型阴极电弧的真空蒸镀，离子镀、离子渗金属设备。由真空室(Ⅰ)，抽气系统(Ⅱ)，工件转动机构(Ⅲ)，进气系统(Ⅳ)，阴极电弧源(Ⅴ)，弧源电源(Ⅵ)，偏压电源(Ⅶ)等主要部件组成。本专利技术的技术特征在于控制电磁线圈的排布方式，在放电过程中改变电磁线圈中电流大小和方向。使阴极电弧沿全靶面均匀放电、阴极电弧弧斑由小圈到大圈周期变化。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于每个电磁控阴极电弧源中安装n组(n组整数)线圈。每组线圈由n个(n为整数)线圈组成。线圈内流过电流后，靶面产生的轴向磁场和径向磁场分量在10°-10-2特斯拉范围不断变化。3.如权利要求1、2所述的设备，其特征在于相邻电磁线圈是独立的或抽头的。密排的或有一定间隔的;线圈沿靶面径向布满的或绕成小截面的。n个线圈全是空心线圈的或以永磁体为辅、电磁线圈为主的组合结构。线圈形状是方形的或园形的或其他形状的。4.如权利要求1、2所述的设备，其特征在于通入线圈中的电流可以是直流的或脉动的;电流的控制是一路的或多路的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用电磁控场致发射型阴极电弧的真空蒸镀，离子镀、离子渗金属设备。由真空室（Ⅰ），抽气系统（Ⅱ），工件转动机构（Ⅲ），进气系统（Ⅳ），阴极电弧源（Ⅴ），弧源电源（Ⅵ），偏压电源（Ⅶ）等主要部件组成。本专利技术的技术特征在于控制电磁线圈的排布方式，在放电过程中改变电磁线圈中电流大小和方向。使阴极电弧沿全靶面均匀放电、阴极电弧弧斑由小圈到大圈周期变化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王福贞，袁哲，唐希源，周友苏，张树林，程永清，
申请(专利权)人：北京联合大学机械工程学院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]