一种用于制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统，系统使用的磁控溅射源具有管状结构特点，管状磁控溅射源管壁外侧布置有磁体且内部镶嵌有重稀土靶材，工件架安装在端盖上并可沿管状磁控溅射源轴线转动；在管状溅射源内部形成镀膜空间，由于磁控溅射放电和空心阴极放电耦合在一起，等离子体密度高，因此薄膜沉积速率远高于常规磁控溅射，同时由于管状结构特点，靶材溅出材料主要部分沉积在工件上，另外一部分则重新回到靶材表面，从而具有很高的靶材利用率，同时转动工件架上的工件沿管状源的轴线转动，均匀接收溅出材料，并形成厚度分布均匀的镝/铽镀层。本发明专利技术还公开了一种用于稀土镀层的磁控溅射镀膜方法。

A Magnetron Sputtering Coating System and Method for Preparing Dysprosium/Terbium Coatings

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统和方法
本专利技术涉及磁控溅射
，尤其涉及一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统和方法。
技术介绍
烧结钕铁硼磁体单元具有优良的综合磁性能，目前已经被广泛应用在能源交通、医疗设备、电子通讯、仪器仪表等许多领域。近年来，随着新能源汽车和风力发电行业的迅猛发展，对高端烧结钕铁硼磁体单元的性能提出了新的要求，尤其是磁体单元的耐热性能。具体而言，就是要求磁体单元具有较高的最大磁能积BHmax，同时还有尽可能高的内禀矫顽力Hcj。从而保证磁体单元在高温条件下长期使用，能够保持稳定的磁性能。传统方法在磁体单元制造过程中直接添加重稀土元素Dy、Tb来提高矫顽力，但需要消耗大量的、昂贵的重稀土元素Dy和Tb。同时，重稀土元素和铁的反铁磁耦合会降低磁体单元产品的饱和磁化强度和剩余磁化强度。为解决此问题，近年来发展起来的晶界扩渗处理技术GrainBoundaryDiffusionProcessing，GBDP通过在磁体单元毛坯表面制备一层重稀土元素层，经过合适的热处理步骤后，重稀土元素会穿过烧结毛坯的晶界，扩渗到毛坯内部，并择优分布于主相晶界附近，充分发挥重稀土元素的不均匀各向异性。该技术对于尺寸较小的，尤其是充磁方向厚度小于10mm的磁体单元非常有效，可以在不降低剩磁情况下，明显提高磁体单元矫顽力。晶界扩渗处理技术的核心是通过涂覆、溅射镀或蒸发镀等方法快速、高效且经济的在磁体单元毛坯表面形成重稀土元素的附着层。专利文献CN106205924A公布了一种浆料涂覆的方法在磁体单元表面制备重稀土元素附着层的方法，该方法主要问题是材料浪费大、涂层结合力弱、厚度均匀性差以及不利于后续的热扩散过程。专利文献CN101652821和专利文献CN101163814分别公布一种蒸发镀Dy和Tb的工艺方法和蒸镀设备，但蒸镀的方向性、工艺过程可控制性以及存在大量的蒸出浪费限制了这类方法的使用。相比而言，真空溅射镀膜得到的Dy、Tb镀层具有和磁体单元基底结合力好、膜厚分布均匀等优点，有利于后续的扩渗过程进行并且可以充分发挥Dy、Tb提高矫顽力的作用，避免材料的浪费。然而，对于现在工业界通常使用的磁控溅射镀Dy、Tb系统，依然采用传统的平面磁控溅射源以及通过式的设计来完成镀膜。这类方法和系统存在如下缺点：1沉积速率很低。单源沉积速率小于10微米/小时；2靶材利用率很低，虽然对于大量平铺的磁体单元毛坯溅出利用率可以达到80％以上，但由于靶材溅射位置固定，整体溅出率小于40％，所以最终靶材利用率依然只有30％左右；3设备昂贵复杂、灵活性差；4为满足批量生产的要求，此类系统多采用多源、多腔室的结构，设备造价高、可靠性较差，对于小批量的订单反而处理能力较差。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统和方法。本专利技术提出的一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统，包括：至少一个磁控溅射单元，磁控溅射单元包括：管状溅射源、转动工件架、第一端盖、第二端盖；管状溅射源内部设有沿轴向延伸的镀膜空间，第一端盖和第二端盖分别密封安装在镀膜空间两端且与管状溅射源绝缘连接，所述第一端盖和/或第二端盖上设有抽气口，且所述第一端盖和/或第二端盖上设有气体入口，管状溅射源侧壁设有磁体单元，所述管状溅射源内壁设有环形布置的靶材层；转动工件架位于所述镀膜空间内部，转动工件架可转动安装在第一端盖和/或第二端盖上。优选地，管状溅射源侧壁内设有水冷腔。优选地，所述水冷腔围绕所述镀膜空间环形布置。优选地，包括多个磁体单元，多个磁体单元设置在所述水冷腔内且围绕水冷腔环形分布；优选地，每个磁体单元包括具有环形结构的第一磁体和位于第一磁体中部的第二磁体；更优选地，第一磁体平行于所述水冷腔轴向延伸，第二磁体平行于所述水冷腔轴向延伸。优选地，所述靶材层由多个沿圆周分布的靶材条拼接而成。优选地，所述工艺气体入口和所述抽气口分别位于第一端盖和第二端盖上。优选地，包括多个磁控溅射单元，每个磁控溅射单元的抽气口依次连通。优选地，每个磁控溅射单元的气体入口依次连通。优选地，所述镀膜空间具有柱状结构，转动工件架与所述镀膜空间同轴布置。本专利技术中，所提出的用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统，系统所使用的磁控溅射源具有管状结构特点，通过两端端盖形成镀膜腔室，等离子体放电过程在该空间内发生，管状磁控溅射源管壁外侧布置有磁体单元且内部镶嵌有重稀土靶材，工件架安装在端盖上并可沿管状磁控溅射源轴线转动。通过上述优化设计的用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统，在管状溅射源内部形成镀膜空间，磁控溅射放电与空心阴极放电相耦合，使得等离子体密度高，从而沉积速率高。此外，由于管状结构特点，靶材溅出材料主要部分沉积在工件上，另外一部分则重新回到靶材表面，从而具有很高的靶材利用率，同时转动工件架上的工件沿管状源的轴线转动，均匀接收溅出材料，并形成厚度分布均匀的镝/铽镀层，尤其适合于价格昂贵的稀土材料靶材溅射。本专利技术还提出一种根据上述用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统的磁控溅射镀膜方法，包括下列步骤：S1、将工件基体安装在转动工件架上，将工件基体的待镀面朝向靶材层；S2、通过抽气口抽除所述镀膜空间内的气体；S3、向所述镀膜空间内通入工艺气体到预设压力值；S4、对管状溅射源、磁体单元、靶材层加负压且对转动工件架和工件基体加正压进行溅射镀膜，同时驱动转动工件架旋转；S5、镀膜结束后进行降温冷却，最后取出镀膜后的产品。优选地，在S5中，通过抽气口抽除工艺气体同时通过通过气体入口向所述镀膜空间内充入保护气体；优选地，所述工艺气体和/或所述保护气体采用氩气。优选地，还包括：S5、对镀膜后的产品真空条件下或工艺气体保护下进行高温热扩散，然后进行回火处理；优选地，所述高温热扩散的工作温度为800～1000℃，工作时间为6～15h；优选地，所述回火处理的工作温度为400～600℃，工作时间为1～10h。本专利技术中，所提出的用于稀土镀层的磁控溅射镀膜方法，利用上述磁控溅射镀膜系统，实现镀膜过程的高沉积速率和靶材的高利用率，本方法的技术效果与上述系统相似，因此不再赘述。附图说明图1为本专利技术提出的一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统的结构示意图。图2为本专利技术提出的一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统的靶材层布置的结构示意图。图3为本专利技术提出的一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统的一种磁体单元布置方式的结构示意图。具体实施方式如图1至3所示，图1为本专利技术提出的一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统的结构示意图，图2为本专利技术提出的一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统的靶材层布置的结构示意图，图3为本专利技术提出的一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统的一种磁体单元布置方式的结构示意图。参照图1，本专利技术提出的一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统，包括：至少一个磁控溅射单元，磁控溅射单元包括：管状溅射源1、转动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统，其特征在于，包括：至少一个磁控溅射单元，磁控溅射单元包括：管状溅射源(1)、转动工件架(2)、第一端盖(3)、第二端盖(4)；管状溅射源(1)内部设有沿轴向延伸的镀膜空间，第一端盖(3)和第二端盖(4)分别密封安装在镀膜空间两端且与管状溅射源(1)绝缘连接，所述第一端盖(3)和/或第二端盖(4)上设有抽气口(81)且所述第一端盖(3)和/或第二端盖(4)上设有气体入口(82)，管状溅射源(1)侧壁设有磁体单元，所述管状溅射源(1)内壁设有环形布置的靶材层(6)；转动工件架(2)位于所述镀膜空间内部，转动工件架(2)可转动安装在第一端盖(3)和/或第二端盖(4)上。

【技术特征摘要】
1.一种用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统，其特征在于，包括：至少一个磁控溅射单元，磁控溅射单元包括：管状溅射源(1)、转动工件架(2)、第一端盖(3)、第二端盖(4)；管状溅射源(1)内部设有沿轴向延伸的镀膜空间，第一端盖(3)和第二端盖(4)分别密封安装在镀膜空间两端且与管状溅射源(1)绝缘连接，所述第一端盖(3)和/或第二端盖(4)上设有抽气口(81)且所述第一端盖(3)和/或第二端盖(4)上设有气体入口(82)，管状溅射源(1)侧壁设有磁体单元，所述管状溅射源(1)内壁设有环形布置的靶材层(6)；转动工件架(2)位于所述镀膜空间内部，转动工件架(2)可转动安装在第一端盖(3)和/或第二端盖(4)上。2.根据权利要求1所述的用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统，其特征在于，管状溅射源(1)侧壁内设有水冷腔(11)；优选地，所述水冷腔(11)围绕所述镀膜空间环形布置。3.根据权利要求2所述的用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统，其特征在于，包括多个磁体单元，多个磁体单元设置在所述水冷腔(11)内且围绕水冷腔(11)环形分布；优选地，每个磁体单元包括具有环形结构的第一磁体(51)和位于第一磁体(51)中部的第二磁体(52)；更优选地，第一磁体(51)平行于所述水冷腔轴向延伸，第二磁体(52)平行于所述水冷腔轴向延伸。4.根据权利要求1或2所述的用于在稀土永磁体单元上制备镝/铽镀层的磁控溅射镀膜系统，其特征在于，所述靶材层(6)由多个沿圆周分布的靶材条(61)拼接而成。5.根据权利要求1所述的用于稀土镀层的磁控溅射镀膜系统，其特征在于，所述工艺气体入口(82)和所述抽气口(81)分别位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君，
申请(专利权)人：合肥赉晟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34