一种高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及材料表面防护领域，具体地说是一种高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置。该装置用具有细长型靶材底柱紧凑结构的离子镀枪装置配合双层水冷传输法兰套，采用具有一定锥度的锥台形靶材，通过细长型靶材底柱周围靶座背面的内轴向磁场（Ⅰ级轴向磁场）发生装置与传输法兰套上的外轴向磁场（Ⅱ、Ⅲ级轴向磁场）发生装置的配合，形成与锥台形靶材锥面相交的约束轴向磁场及传输空间聚焦导引轴向磁场兼容可调的多级轴向复合磁场结构。本实用新型专利技术达到既改善弧斑放电，控制弧斑运动，减少颗粒发射，又改善传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和密度等镀膜关键参数的双重效果。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及材料表面防护领域，具体地说是一种高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置。
技术介绍
表面防护涂层技术是提高工模具及机械部件质量和使用寿命的重要途径，作为材料表面防护技术之一的物理气相沉积技术，已在现代刀具、模具以及机械零件的应用方面取得了十分理想的效果。在实际应用中，高性能防护涂层必须具有高硬度、高韧性、低摩擦系数、良好的化学稳定性、较好的抗粘着能力和抗热磨损性能，以及特别重要的与基体有很好的结合性能。这就要求镀层技术能够提供高的等离子体离化率、高的等离子体密度、高的粒子能量、较快的沉积速率以及较少的缺陷，而目前尚未有某种技术可以同时达到这些目标。物理气相沉积技术主要分为真空蒸镀、磁控溅射和离子镀三个类型，真空蒸镀和磁控溅射由于粒子能量和离化率低，导致膜层疏松多孔、力学性能差、难以获得良好的涂层与基体之间的结合力，严重限制了该类技术在防护涂层制备领域的应用。电弧离子镀的离化率高、等离子体密度高、粒子能量高、沉积速率快以及可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，是目前工模具及机械零件防护涂层制备的最佳工艺。离子镀源是电弧等离子体放电的源头，是离子镀技术的核心部件。为了产生高离化率、高离子密度、高粒子能量、高的等离子体传输效率以及较少的缺陷的等离子体，必须有合理的弧斑放电机制和控制以及等离子体在传输空间的有效高密度分布，而这都必须有合理的机械结构与磁场结构的配合。离子镀源磁场的设置必须有两方面的作用，一方面有效的改善弧斑放电，控制弧斑运动，减少颗粒发射，维持自持放电稳定发生；另一方面有效的改善传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和密度等镀膜关键参数。因此，必须同时考虑靶面附近的磁场和传输空间的磁场设计。而传统的离子镀源设计主要是考虑在靶材附近施加磁场来控制弧斑的运动,来 提高放电稳定性和靶材刻蚀率,并没有同时解决等离子在传输空间分布的不均匀性，造成了等离子体传输空间及基体处离子密度的下降。或者是主要考虑了提高等离子传输效率，设置的磁场又对靶面附近的磁场分布造成了很大的影响，难以达到弧斑放电改善所需磁场状态，而弧斑的有效控制是产生优质等离子体的源头，因此没有完善有效的靶面附近的磁场设计，将不会有良好的等离子体的发生，而没有传输空间磁场的合理分布，将不会有高效高密度均匀的等离子体的传输，提供给高性能涂层制备所需的等离子体的量和质。因此，在离子镀源的设计中，如何提供复合的磁场，能够兼容靶面附近和等离子体传输空间的磁场分布，是性能优越的离子镀源所需考虑的。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置，解决现有技术等离子在传输空间分布的不均匀性，造成了等离子体传输空间及基体处离子密度的下降等问题。本技术的技术方案:一种高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置，采用具有靶材底柱紧凑结构的离子镀枪装置配合双层水冷传输法兰套，采用锥台形靶材，通过靶材底柱周围靶座背面的内轴向磁场发生装置与传输法兰套上的外两级轴向磁场发生装置的配合，形成与锥台形靶材锥面相交的约束轴向磁场及传输空间聚焦导引轴向磁场兼容的多级轴向复合磁场结构。所述的高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置，离子镀枪装置设有靶材、靶材底座、冷却水进水管道、永磁体或导磁环、靶材底柱、靶材底柱绝缘套、离子镀枪底盘、离子镀枪底盘紧固板、冷却水通道底座、内轴向磁场发生装置，锥台形靶材安装在靶材底座上，锥台形靶材的外侧设置靶材屏蔽罩，靶材底部与靶材底座冷却铜板紧密接触，通过靶材底座冷却铜板间接冷却；靶材底柱的内侧设置永磁体或导磁环和冷却水进水管道,永磁体或导磁环设置于冷却水进水管道的外侧；靶材底座中设置有靶材底座冷却通道隔板，靶材底座冷却通道隔板将靶材底座中的空腔分成靶材底座冷却水上通道和靶材底座冷却水下通道；靶材底座安装在靶材底柱的一端，靶材底柱外径尺寸为靶材底座外径尺寸的1/4 1/2，内轴向磁场发生装置围套在靶材底座后的靶材底柱周围；靶材底柱内部设有冷却水进水管道，与靶材底柱外筒形成冷却水通道，冷却水进水管道与靶材底柱一起安装在底部的冷却水通道底座上；靶材底柱的外侧设置靶材底柱绝缘套，通过绝缘套与靶材底柱之间的密封圈密封；靶材底柱绝缘套的外侧设置离子镀枪底盘绝缘盘、离子镀枪底盘、离子镀枪底盘紧固板，离子镀枪底盘的一侧设置离子镀枪底盘紧固板，离子镀枪底盘紧固板通过靶材底柱绝缘套上的绝缘套盘与离子镀枪底盘隔开，离子镀枪底盘的另一侧设置离子镀枪底盘绝缘盘，离子镀枪底盘通过底部密封圈、离子镀枪底盘紧固板通过顶部密封圈与绝缘套上的绝缘盘相互形成紧密接触密封；电源接头端子安装在靶材底柱上，离子镀枪装置通过离子镀枪底盘安装在双层水冷传输法兰套上。所述的高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置，双层水冷传输法兰套采用不导磁的不锈钢法兰套，·法兰套为空心结构，法兰套中通有冷却水；法兰套的外侧设有法兰套绝缘套，法兰套绝缘套的外侧设有外轴向磁场发生装置，外轴向磁场发生装置、法兰套与靶材三者之间同轴，外轴向磁场发生装置在法兰套上的位置可调；法兰套截面单边形状为L形，中间法兰套冷却水通道由双层不锈钢筒同轴围套组成，冷却水通道上部焊接一环形法兰盘，法兰盘内径与法兰套内径平齐，外径与炉体法兰外径平齐，法兰盘边缘开有6-8个法兰安装孔，通过法兰安装孔将法兰整体与炉体连接；冷却水通道下部连接不锈钢法兰环，法兰环内、外径与法兰套一致，法兰环底部开有8个螺纹孔，其中对称两个螺纹孔为通孔，作为进出水口，另外6个作为离子镀枪底盘连接孔。所述的高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置，多级轴向复合磁场是内轴向磁场与外两级轴向磁场耦合形成的与锥台形靶材锥面相交的约束轴向磁场及传输空间聚焦导引轴向磁场兼容的复合轴向磁场之一:(I)由外长、短单级轴向磁场单独作用形成单级轴向磁场；(2)由内轴向磁场与外长单级轴向磁场耦合的两级轴向磁场；(3)由内轴向磁场与外短单级轴向磁场耦合的两级轴向磁场；(4)由内轴向磁场与外两级轴向磁场I禹合的三级轴向磁场。所述的高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置，内轴向磁场为靶材背面的辅助磁场，线圈中心强度为20-80G的弱磁场；外轴向磁场为靶面附近的轴向过渡磁场，线圈中心强度为50-150G的弱磁场；或者，外轴向磁场为线圈中心强度为100-500G的聚焦导引强磁场；或者，外轴向磁场为靶面附近的轴向过渡磁场与聚焦导引强磁场的叠加磁场。所述的高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置，与锥台形靶材锥面相交的约束轴向磁场为线圈中心强度为20-100G的弱磁场，由外长、短单级轴向磁场与锥台形革巴材锥面相交形成，或由内轴向磁场与外单级 轴向磁场耦合形成，或由内轴向磁场与外两级轴向磁场的轴向过渡磁场磁场I禹合形成；传输空间聚焦导引轴向磁场为线圈中心强度为100-500G的强磁场，由外长、短单级轴向磁场在传输空间形成,或由外两级轴向磁场I禹合形成。所述的高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置，内轴向磁场发生装置由放置于祀材后面革巴材底柱内部的高导磁率磁轭及与磁轭同轴放置的电磁线圈组成；内轴向磁场发生装置的电磁线圈外径尺寸与靶材外径尺寸一致，内径尺寸与靶材底柱外径尺寸一致，通直流电，通过电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置，其特征在于，采用具有靶材底柱紧凑结构的离子镀枪装置配合双层水冷传输法兰套，采用锥台形靶材，通过靶材底柱周围靶座背面的内轴向磁场发生装置与传输法兰套上的外两级轴向磁场发生装置的配合，形成与锥台形靶材锥面相交的约束轴向磁场及传输空间聚焦导引轴向磁场兼容的多级轴向复合磁场结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郎文昌，
申请(专利权)人：温州职业技术学院，
类型：实用新型
国别省市：