用等离子体增强化学气相沉积在长管内表面沉积薄膜装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于材料表面改性领域，涉及一种用等离子体增强化学气相沉积在长管内表面沉积薄膜的装置，解决现有PECVD方法在管内轴向等离子体放电的不均匀性，而且直接造成管内表面轴向薄膜沉积均匀性差等问题。在待处理的细长金属管置于管型真空室内，在金属管状工件的中心轴向放置一钨丝电极，向金属管内通入工作气体，在钨丝电极与真空室壁之间施加直流脉冲或射频信号，激励放电以产生等离子体。在真空室外缠绕漆包线构成电磁线圈，电磁线圈接直流稳压电源以产生电磁场。利用磁场对等离子体束流进行约束和控制，从而实现等离子体在管内壁均匀沉积薄膜的目的，适用于作为服役表面的管状工件的内壁表面镀膜。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术属于材料表面改性领域，涉及一种用等离子体增强化学气相沉积在长管内表面沉积薄膜的装置，解决现有PECVD方法在管内轴向等离子体放电的不均匀性，而且直接造成管内表面轴向薄膜沉积均匀性差等问题。在待处理的细长金属管置于管型真空室内，在金属管状工件的中心轴向放置一钨丝电极，向金属管内通入工作气体，在钨丝电极与真空室壁之间施加直流脉冲或射频信号，激励放电以产生等离子体。在真空室外缠绕漆包线构成电磁线圈，电磁线圈接直流稳压电源以产生电磁场。利用磁场对等离子体束流进行约束和控制，从而实现等离子体在管内壁均匀沉积薄膜的目的，适用于作为服役表面的管状工件的内壁表面镀膜。【专利说明】用等离子体增强化学气相沉积在长管内表面沉积薄膜装置
:本技术属于材料表面改性领域，涉及一种用等离子体增强化学气相沉积在长管内表面沉积薄膜的装置。
技术介绍
:在工业应用中有大量金属工件的内表面需要改性处理，特别是对于管件，例如油田上的抽油泵泵筒、输油管道、化工管道、汽车汽缸套，以及军事领域，特别是海军舰艇上配置的舰炮炮管以及鱼雷发射管等在恶劣环境下工作的内壁亟待强化处理的管状零部件，普通处理方法无法满足其表面强化要求。这些工件常因内壁磨损、腐蚀、氧化而发生早期失效，因此开发具有抗磨损、抗腐蚀、抗氧化的表面改性技术及工艺，是目前表面改性领域急需解决的难题。相比于工件的外表面而言，管状工件内壁改性处理主要存在以下几个技术难题:一是受到内腔形状和尺寸的限制，一些处理方法很难实施，或者是即使能实施也很难得到良好的改性效果，尤其是对于一些细长的管件更是如此。二是受到内腔形状和尺寸的限制，一些处理介质很难进入管腔内部，或者是即使进入也难以保证改性层的均匀性。三是受到内腔形状和尺寸的限制，改性层与管壁的结合强度不高，限制了其使役性能的发挥。对于金属管内壁改性，最早人们提出用电镀和化学镀进行处理。但是化学镀由于常常使用有害化学药品，对环境有害，且镀层致密性较差；电镀尽管减少使用有害的化学药品，且镀层致密性优于化学镀，但是仍存在使用过程中结合较差而易剥落的问题。化学气相沉积(CVD)方法由于采用气体介质，更易于沉积复杂形状的工件，只要工件浸没在工作气体中即可在表面沉积所需薄膜。管状工件内表面镀膜正是利用CVD方法的这一特性，而且提出了一些改进方法，包括各种等离子体增强CVD (PECVD)方法。所沉积薄膜多为类金刚石膜(DLC)或TiN膜，利用`这些硬质薄膜的高硬度、耐磨损、抗腐蚀性能，增加了工件的使用寿命。乌拉圭的艾利特斯股份公司公布了一种用于等离子体增强化学气相沉积的等离子体系统(等尚子体系统.专利技术专利:200880127994.6),该系统以待处理管件作为真空室，在管内插入一个同轴电极，在电极和管壁之间施加高频场、微波场、脉冲能量场、RF场、CC场、AC场等，将真空室内通入的气体离化以产生等离子体，从而实现在管内表面沉积薄膜。该系统的优点在于直接以被处理管件作为真空室，管外壁不需要特殊处理，且不需要庞大的等离子体反应器且便于携带。但管内壁薄膜均匀性仍待改善。中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所的熊玉卿等人提出了一种在细长管道内壁镀制薄膜的方法(一种在细长管道内壁镀制薄膜的方法.专利技术专利:201110283626.4)，该方法是将需镀膜的管道置于反应室内，将气相前驱体以脉冲形式交替通入反应器，第一种前驱体到达管道内后，以化学吸附在管道内壁形成一个单吸附层；再通入第二种前驱体，与第一种前驱体反应，在管道内壁生成一个单原子层的薄膜。在每个前驱体脉冲之间需用惰性气体进行清洗，再重复吸附和反应过程，逐层生成薄膜。该方法可在细长管道内壁镀制各种金属、氧化物、氮化物等各类薄膜材料，但是其薄膜与基体仅以化学吸附结合，结合力较差，且薄膜厚度较薄。德国的拉尔夫.斯坦也公布了一种等离子体辅助化学气相沉积方法与装置(在中空主体的内壁上进行等离子体辅助化学气相沉积的方法与装置.专利技术专利:200780026008.3)，是将待处理的中空主体放入真空室，大面积的射频电极放置于真空室内部，将气燃喷枪放入中空主体内，通入气体后，通过向RF电极施加射频电场，点燃等离子体腔，在气燃喷枪的尖端形成等离子云，实现在中空主体内壁镀膜。该装置可以沉积DLC、TiOx, SiO2等镀层，但由于气燃喷枪外径的限制，不能出来内径低于20mm的管件内壁镀膜。大连理工大学的温小琼、王德真专利技术了一种用直流辉光放电在细长金属管内壁沉积类金刚石膜的方法(专利技术专利:200610200503.9)，该方法在细长金属管的轴线上设置一根钨丝，与金属管构成同轴电极。钨丝作为阳极，在真空室内通入气体，在金属管上加恒定直流负偏压，在阳极钨丝的周围形成强电场区域，引起气体放电，从而在整个金属管内产生稳定的圆筒状的直流辉光等离子体，实现在金属管内表面均匀沉积类金刚石薄膜的目的。该方法可以处理直径5mm以上、长度5?2000mm的金属管内表面沉积类金刚石薄膜，沉积薄膜的种类有限，且膜基结合力仍待改善。以色列公布了 一项米用化学气相沉积在管内壁沉积涂层的方法(US4764398)(Method of depositing coatings on the inner surface of a tube by chemical vapordeposition),并获得美国专利,但其主要用于沉积太阳能吸收涂层。尽管PECVD在一定程度上解决了管内壁改性处理的技术难题，使得改性质量得到了很大改善，但仍存在一些问题有待解决。尤其是当管的内径变得越来越小或者长度变得越来越大时，辉光放电就会变得越来越难维持在管内部。在某些点处，即使一个中心电极被插入来促进等离子体的稳定性，等离子体甚至也会跳到管外面。这不仅影响了管内轴向等离子体放电的均匀性，而且直接造成管内表面轴向薄膜沉积均匀性差的难题。
技术实现思路
:本技术的目的在于提供一种用等离子体增强化学气相沉积在长管内表面沉积薄膜的方法，解决现有PECVD方法在管内轴向等离子体放电的不均匀性，而且直接造成管内表面轴向薄膜沉积均匀性差等问题。本技术的技术方案是:一种用等离子体增强化学气相沉积在长管内表面沉积薄膜装置，采用磁场增强的等离子体增强化学气相沉积装置。所述的用等离子体增强化学气相沉积在长管内表面沉积薄膜装置，该装置为待处理的金属管状工件置于管型真空室内，在金属管状工件的中心轴向设置一钨丝电极，钨丝电极两端通过真空室密封法兰引出，在钨丝电极与真空室壁之间连接直流脉冲电源或射频电源，在真空室外缠绕漆包线构成电磁线圈。所述的用等离子体增强化学气相沉积在长管内表面沉积薄膜装置，该装置包括:直流脉冲电源或射频电源、钨丝电极、管状工件、真空室、线圈转动链条传动装置、电磁线圈、进气管，具体结构如下:管状工件设置于真空室中，钨丝电极穿设于管状工件，直流脉冲电源或射频电源的正极连接钨丝电极，直流脉冲电源或射频电源的负极连接管状工件；真空室的外侧设置线圈转动链条传动装置，线圈转动链条传动装置的外侧设置电磁线圈；进气管的一端伸至管状工件中，进气管的另一端伸至真空室外侧连接气瓶。所述的用等离子体增强化学气相沉积在长管内表面沉积薄膜装置，真空室的内侧设置加热器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用等离子体增强化学气相沉积在长管内表面沉积薄膜装置，其特征在于，该装置为待处理的金属管状工件置于管型真空室内，在金属管状工件的中心轴向设置一钨丝电极，钨丝电极两端通过真空室密封法兰引出，在钨丝电极与真空室壁之间连接直流脉冲电源或射频电源，在真空室外缠绕漆包线构成电磁线圈。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彦辉，于宝海，肖金泉，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：新型
国别省市：辽宁;21