專利名稱：刀片的非晶態(tài)金剛石涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)的剃刀和剃刀刀片，并涉及制造具有鋒利而耐久的刀刃的剃刀刀片或類似的刮剃工具的方法，具體地涉及采用過濾陰極弧源而形成的非晶態(tài)金剛石涂層。本發(fā)明特別適用于在很薄的剃刀刀刃上形成具有高的長寬比的十分堅(jiān)硬而又富有剛性的涂層。
剃刀刀片通常用合適的9基片材料例如金屬或陶瓷等制成，并且具有一條楔形的刃邊，該刃邊帶有半徑小于1000A°的刃峰或尖部，所述楔形刃邊的兩表面的夾角小于30°。進(jìn)行刮剃操作時(shí)，刀刃常常發(fā)生損壞，為了提高刮剃性能，已提出采用一層或多層附加的涂層材料，使之有利于刮剃操作和/或提高刮剃刃邊的硬度和/或抗腐蝕性。
業(yè)已提出多種上述的涂層材料，例如聚合物材料和金屬以及其他的包括類金剛石碳(DLC)材料，上述的每一層或幾層的附加涂層材料必須具有粘結(jié)相容性以便使每一涂層能夠在剃刀刀片的有效使用壽命期間牢牢地粘結(jié)在基片上，并且具有所需的特性如改善刮剃性能、提高硬度和/或抗腐蝕性，同時(shí)又不嚴(yán)重地影響到刮剃刃的幾何形狀和刮剃效率。
美國專利No.5032243(Bache等人)公開了一種由離子束軸線對準(zhǔn)剃刀刀片刃邊的離子源發(fā)出的離子轟擊磨快的刀片基體材料。美國專利No.5232568(Parent等人)和美國專利No.5295305(Hahn等人)公開了在基片與金剛石之類的涂層之間帶有中間層的刀片，其中先在基片上沉積出上述的中間層，然后再在上述的中間層上沉淀類金剛石涂層。
先前的辦法并非完全成功的，人們可望采用簡單的機(jī)械磨刀的方法(而不是上述Bache等人所述的離子束轟擊法)將基片磨快，然后直接在基片上沉積非晶態(tài)金剛石涂層(而不需要插入沉積中間層的工步)。因此，可望能夠從通過機(jī)械磨削形成薄的刀片基片開始，然后再直接在該基片上沉積一層非晶態(tài)金剛石涂層使基片兼有剛性和硬度。
按照本發(fā)明，通過對基片的磨利刃邊加上一種非晶態(tài)金剛石材料的涂層而提高剃刀刀片的刀刃的機(jī)械性能。這種涂層材料的特征是至少含有40％(體積)的碳鍵，其硬度至少為45千兆牛頓/米2，其模量至少為400千兆牛頓/米2。而且這種涂層材料不受刮剃時(shí)常用的熱水溶液和各種化合物所腐蝕。在本發(fā)明的改進(jìn)方法中，以非晶態(tài)金剛石材料作為具有上述特性的材料。與本發(fā)明的非晶態(tài)金剛石材料相反，通過傳統(tǒng)的方法(例如濺射法)制成的傳統(tǒng)的類金剛石碳涂層(DLC)沒有如此高的硬度，DLC涂層與本發(fā)明的非晶態(tài)金剛石不同，其硬度一般不超過30千兆牛頓/米2。
上述的非晶態(tài)金剛石涂層具有很高的硬度和剛性，它可使十分薄的剃刀刀刃具有強(qiáng)度。美國專利No.4720918(Curry等人)公開過這種類型的刀刃，本文將其納入作為實(shí)你，但不必認(rèn)為受其限制。很薄的刀刃可使刮剃時(shí)更舒適，但只是在刀刃的強(qiáng)度足以承受刮剃操作時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。一個(gè)由400-2000A°非晶態(tài)金剛石涂層強(qiáng)化的薄刀刃(包括但不限于美國專利No.4720918所述那種薄刀刃)將是一種比現(xiàn)用刮剃刀刃薄得多的精致刀刃，且兼有承受刮剃的足夠強(qiáng)度，這是由于非晶態(tài)金剛石涂層具有異平尋常的強(qiáng)度。
使薄刀刃進(jìn)一步提高質(zhì)量是本發(fā)明采用了特殊的陰極弧沉積法來形成非晶態(tài)金剛石涂層而使刀刃具有高的長寬比。關(guān)于“長寬比”將在下文討論中參考圖3作較詳細(xì)的說明，但在這里為了綜述方便可以將它理解為(a)與(b)之比，其中，(a)是從涂層的尖頂至基片的尖頂?shù)牡谝痪嚯x，(b)是從涂層的表面至基片的表面的第二距離。
長寬比可用來度量加在基片的本底刀刃輪廓上的涂層效果，涂層的長寬比越大或者說越高，帶有涂層的刀片就越比帶有較低長寬比涂層的刀片“更鋒利”，本發(fā)明使用很高強(qiáng)度的非晶態(tài)金剛石涂層的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，將此涂層用于具有普通橫截面的剃刀刀片時(shí)可望具有更長的使用壽命。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，在刀片上做出一條楔形刃邊，然后在楔形刃邊的尖部和側(cè)面加上一層非晶態(tài)金剛石涂層，涂層的厚度最好至少為400A°(這就形成一個(gè)小于500°左右的尖部半徑)，其長寬比最好為2∶1至4∶1。刀片具有良好的刮剃性能且使用壽命長。
在最佳實(shí)施例中，剃刀刀片基體材料是鋼，非晶態(tài)金剛石涂層的硬度至少是鋼基片的4倍，采用多步機(jī)械磨削法做出刀片的楔形刃邊；用石墨靶作為過濾陰極弧源產(chǎn)生碳離子來形成非晶態(tài)金剛石涂層。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種制造剃刀刀片的方法，該方法包括下列步驟制備一種基片；在該基片的一邊做成夾角小于30°、尖頂部半徑最好小于1200A°的楔形利刃邊(所述的尖頂部半徑是指將刀刃尖頂置于至少放大25000倍的掃描電鏡下觀察時(shí)位于刀刃尖頂內(nèi)的最大圓的估算半徑)；用過濾陰極弧蒸發(fā)法在刀片的利刃邊上沉積一層非晶態(tài)金剛石層，使該非晶態(tài)金剛石涂層的尖頂部半徑小于1000A°左右。上述的非晶態(tài)金剛石層可采用多種方法來沉積，這些方法通常都是用碳作為高離子化物質(zhì)的高能沉積。雖然陰極弧法、陽極弧法、烴類氣體的等離子分解法、用感應(yīng)偶合射頻進(jìn)行后離子化的濺射沉積法、激光消蝕法、激光吸收波沉積法(LAWD)和直接的離子束沉積法均可用來沉積涂層，但是本發(fā)明的最佳實(shí)施例采用過濾陰極弧沉積法。
在一種具體的方法中，對基片進(jìn)行多步機(jī)械磨削做出鋒利刃邊；用過濾陰極弧法沉積一層非晶態(tài)金剛石層，刀刃上的非晶態(tài)金剛石涂層的厚度至少為400A°，該非晶態(tài)金剛石層至少含有40％(體積)的碳鍵，其硬度至少為45千兆牛頓/米2；然后在沉積在刀刃上的非晶態(tài)金剛石涂層之上再涂一層粘結(jié)性聚合物涂層。
按照本發(fā)明的再一方面是提供一種刮剃裝置，該刮剃裝置含有一個(gè)刀片支承構(gòu)件和至少一個(gè)固定在該支承構(gòu)件上的刀片構(gòu)件，上述的刀片支承構(gòu)件在刀刃的前后具有與使用者的皮膚相接合的外表面。固定在支承構(gòu)件上的剃刀刀片構(gòu)件含有一個(gè)帶有由小平面構(gòu)成的楔形刀刃的基片和一層強(qiáng)化材料層，上述的小平面在距刃尖40μm處的斜角為小于17°，上述強(qiáng)化材料層在從上述基片的刃尖至距刃尖40μm處的厚度至少為400A°，其刃尖部的半徑小于500A°，其長寬比的范圍為2∶1至4∶1。
在一種具體的刮剃裝置中，剃刀刀片構(gòu)件具有兩個(gè)鋼制基片，其兩楔形刃邊相互平行地置于皮膚接合面之間，其刃邊強(qiáng)化層是非晶態(tài)金剛石層，層厚約為1000A°(根據(jù)基片種類和工藝參數(shù)的不同，一般為400-2000A°)，該強(qiáng)化層的特征在于至少含有40％(體積)的碳鍵，其硬度至少為45千兆牛頓/米2，在非晶態(tài)金剛石材料層上涂有一層粘結(jié)性聚合物層。
上述的刮剃裝置可以是容易用來與剃刀把連接和分開的盒式裝置，或者，也可以與刀把做成整體，這樣，當(dāng)?shù)镀冣g時(shí)，整個(gè)剃刀就要報(bào)廢。上述的前、后皮膚接合表面與刀刃相結(jié)合形成刮剃的幾何形狀。美國專利No.3876563和美國專利No.4586255所公開的那種刮剃裝置就是特別好的刮剃裝置。
通過下面結(jié)合附圖對具體的實(shí)施例的說明將可看出本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，包括沉積所需的非晶態(tài)金剛石涂層的工藝條件，附圖中

圖1是本發(fā)明的刮剃裝置的透視圖；圖2是本發(fā)明的另一種刮剃裝置的透視圖；圖3是說明本發(fā)明的剃刀刀刃幾何形狀的一個(gè)例子的示意圖；圖4是實(shí)施本發(fā)明的設(shè)備的示意圖；圖1A-6A是在下面附件A說明的尚未授權(quán)美國專利申請No.08/233006中的附圖。
在下面的敘述中，將結(jié)合說明沉積所需涂層的工藝條件來說明刀片、基材和非晶態(tài)金剛石涂層的各種最佳實(shí)施例。
參看圖1，刮剃裝置10含有連接剃刀柄的構(gòu)件和一個(gè)由高致密性聚苯乙烯模壓成的臺(tái)座件12，該臺(tái)座件12具有形成向前橫向延伸的皮膚接合表面14的結(jié)構(gòu)，在臺(tái)座件12上安裝了具有鋒利刀刃18的前刀片16和具有鋒利刀刃22的后刀片20，由高致密性聚苯乙烯模壓成的蓋件24具有形成位于刀刃22后面的皮膚接合表面26的結(jié)構(gòu)，在蓋件24上固定有刮剃輔助復(fù)合件28。
圖2示出在美國專利No.4586255(Jacabson)公開的那種刮剃裝置30，它含有一個(gè)帶有前部34和后部36的模壓體32，在該模壓體32上彈性地安裝了防護(hù)件38、前刀片組件40和后刀片組件42，每一個(gè)刀片組件40和42各有一個(gè)帶有鋒利刀刃46的刀片44。在后部36的槽內(nèi)摩擦固定著一個(gè)刮剃輔助復(fù)合件48。
圖3示出刀片16、20和44的刀刃區(qū)的示意圖，從圖中可清楚地看出其長寬比。這種刀片含有不銹鋼基體部分50，該基體部分50具有楔形鋒利刀刃，刀刃是在磨出尖部52的磨刃工序中形成的，尖部52的半徑一般小于500A°，其兩小平面54和56的夾角約為13°。在尖部52和平面54、56上沉積有一層厚度約為2000A°的非晶態(tài)金剛石層60，其長度(從非晶質(zhì)金剛石層尖部70到不銹鋼基體尖部52的距離(a)與非晶質(zhì)金剛石涂層60的寬度(b)之比)約為3∶1。
在涂層60上再涂上一層粘結(jié)性的調(diào)聚物層72，該層72涂覆時(shí)的厚度較大，但在最初的刮剃過程中便減小至單層厚度。
圖4示出加工圖3所示類型的刀片的設(shè)備示意圖。該設(shè)備是一種過濾陰極弧沉積裝置(例如Colorado Boulder蒸發(fā)技術(shù)公司制造的那種裝置)，該裝置含有一個(gè)不銹鋼工作室80，該工作室80通過閥82與真空泵系統(tǒng)(未示出)相連接。工作室80內(nèi)安裝了一個(gè)電絕緣的水冷基底平臺(tái)84，在該平臺(tái)上設(shè)置了一個(gè)夾持一組剃刀片88的可轉(zhuǎn)動(dòng)的夾持器86。
刀片88的鋒利刀刃垂直于圖紙平面排列，其小平面從夾具86向下。固定在工作室80外部的馬達(dá)90可使刀片組在預(yù)定行程上轉(zhuǎn)動(dòng)180°，以便使每個(gè)刀刃交替地暴露在來自單一陰極弧源92的碳離子束中，保證刀片的兩個(gè)斜面受到均勻地沉積。
在工作室80內(nèi)還設(shè)置有兩個(gè)過濾陰極弧源92、94，它們各由一個(gè)石墨靶96(陰極、純度為99.99％)、一個(gè)引弧機(jī)構(gòu)98和一個(gè)過濾器或稱導(dǎo)管100組成。過濾器100用來將碳離子(弧等離子)流從陰極96導(dǎo)引到刀片組88上，這種導(dǎo)引是利用由沿導(dǎo)管長度設(shè)置的電線圈102和置于導(dǎo)管下方的電磁體104產(chǎn)生的螺線磁場實(shí)現(xiàn)的。上述的陰極弧源也可以是在Welty于1994年4月25日提出的未決美國專利申請No.08/233006(該申請書的說明已納入本申請書作為附件A)中所述的那一種，磁場可以控制，以便像上述專利申請書中所述那樣，使得與弧源相關(guān)的弧具有最佳的性能。靶96、導(dǎo)管100和刀片夾具86分別裝有水冷卻管106、108和110。
導(dǎo)管100安裝成使其出口中心軸線114與刀片尖部組成的平面112之間的夾角為50°。選擇這種角度是為了保證沉積出完全致密的深層。石墨靶96的長度約為30cm，寬度約為2.5cm，它與工作室80之間是電絕緣的，而導(dǎo)管100是接地的。石墨靶96通過開關(guān)120與一個(gè)直流電源118相連接。用電線將刀片組88通過開關(guān)122與直流電源124相連接或者通過開關(guān)126與整流電源128相連接。在上面提到的Welty的未決美國專利申請No.08/233006中進(jìn)一步討論了最佳的過濾陰極弧的設(shè)計(jì)與操作的細(xì)節(jié)。
可轉(zhuǎn)動(dòng)的夾持器86夾持刀片組88，其刀刃與過濾導(dǎo)管口之間相隔15cm。刀片組88可在刀片的一個(gè)斜面向著導(dǎo)管100時(shí)的位置與另一個(gè)斜面向著導(dǎo)管100時(shí)的位置之間轉(zhuǎn)動(dòng)，每10秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)180°，保證在每個(gè)斜面上均等地沉積上涂層。
一種具體處理程序的實(shí)施例是將刀片組88(長2.5cm)夾緊在可轉(zhuǎn)動(dòng)的夾持器86上，打開夾持器冷卻水，對工作室80抽真空。通入流動(dòng)的氬氣將工作室80的壓力調(diào)至50微乇。合上開關(guān)122，對葉片組加上-400伏的直流電壓，引發(fā)直流等離子放電，對葉片組清理10分鐘。經(jīng)過清理后，(i)將工作室氬氣壓力調(diào)至0.1微乇；(ii)對單一導(dǎo)管100的電磁場線圈102供電；(iii)合上接石墨靶96的開關(guān)120；(iv)將通到刀片組的直流電源124的電壓調(diào)至-1000伏；(v)用引弧機(jī)構(gòu)98的石墨靶96上引弧。將該弧流調(diào)至100安培。從導(dǎo)管100發(fā)射出強(qiáng)大的碳離子等離子體，并沉積在每10秒鐘旋轉(zhuǎn)180°的刀片88上。
起弧兩分鐘后，將偏壓電源124調(diào)至-50伏，繼續(xù)沉積，總的時(shí)間為16分鐘。刀片每面所得到的非晶態(tài)金剛石涂層的厚度約為1000A°。刀片尖部的半徑約350A°，長寬比約為2.5∶1。
在另一個(gè)處理程序的實(shí)施例中，兩個(gè)陰極弧源同時(shí)工作，第二個(gè)弧源94位于第一個(gè)弧源92的對面，所以，刀片的兩個(gè)平面可在大致相同的傾斜角度下同時(shí)沉積涂層，在這種實(shí)施例中，刀片組88不轉(zhuǎn)動(dòng)，而是在兩個(gè)弧源射出的等離子交叉區(qū)域中進(jìn)行少許移動(dòng)。本實(shí)施例處理方法的所有其他方面都與上述實(shí)施例相同。
然后，在刀片上帶有非晶態(tài)金剛石涂層的刀刃上再涂敷一層聚四氟乙烯(PTFE)調(diào)聚物涂層72。其工藝包括在中性的氬氣氣氛中加熱刀片和在刀片的刀刃上涂上一種粘結(jié)性的可摩擦減薄的固態(tài)PTFE聚合物涂層。涂層72和60牢牢地粘附在刀片本體50上，用一種低濕毛氈磨削力(用濕毛氈(L5)至少進(jìn)行5次磨削，磨削力約為0.45kg)磨削刀片本體，經(jīng)過反復(fù)的毛氈磨削試驗(yàn)要表明非晶態(tài)金剛石涂層60在上述毛氈磨削試驗(yàn)的使用條件下基本上不受影響，并且，即使浸漬在80℃的蒸餾水中16h后，仍然牢固地粘附在刀片本體60上。
將所制成的刀片件44裝配在圖2所示那種類型的刮剃裝置30上，具有良好的刮剃效果。
工藝條件通過下面對上面概述的適宜工藝條件的具體說明將可進(jìn)一步了解上面所公開的刀片、基材和非晶態(tài)金剛石涂層的特征和性質(zhì)。首先，綜述最佳的陰極弧源，然后再說明各種最佳的工藝條件。
陰極弧源可以使用如美國專利No.5279723(Falabella等人)所公開的普通過濾陰極弧等離子源材料來沉積非晶態(tài)金剛石涂層，但是在一個(gè)最佳實(shí)施例中，按照先前參考的已納入本文作為附件A的尚未授權(quán)專利申請中的方法來沉積這種涂層。雖然，附件A所述的矩形源極特別適用本發(fā)明的實(shí)施，但是，本發(fā)明不限于此。非過濾的或者其他普通的源極同樣可以用，不應(yīng)將本發(fā)明理解為只用過濾的陰極弧源。
工藝條件和調(diào)節(jié)工藝條件包括對基材多步加偏壓；對刀片兩側(cè)面的均衡平均沉積；和保持展示角。
在沉積涂層時(shí)，最初對基片施加200-2000伏的高偏壓達(dá)2min，以形成粘結(jié)。第二步施加10-200伏的較低偏壓，以便獲得最佳的非晶態(tài)金剛石硬碳涂層組織，并形成理想的結(jié)晶組織。雖然，按照本發(fā)明至少需要有上述兩個(gè)步驟，但是，也可以還要一個(gè)“下臺(tái)階”式的降低偏壓的步驟，例如，增加一個(gè)施加500伏的中等偏壓的步驟。
非晶態(tài)金剛石涂層以均等的速度(或者說同時(shí)地)沉積在刀片的兩面上。通過設(shè)置至少一對源極以便同時(shí)地沉積和/或周期地調(diào)整刀片相對于源極展示角，涂層就會(huì)均勻地或者說以均等的速度沉積到刀片的兩面上。由于每個(gè)刀片都各有一個(gè)由第一斜面與第二斜面組成的并在兩斜面會(huì)合的尖部處形成的刀刃，而且一組刀片可以·疊成一沓、其尖部組成一個(gè)平面那樣設(shè)置，或者·設(shè)置在一個(gè)轉(zhuǎn)盤上，或者按其他方式設(shè)置，所以，施加涂層的概念包括，(i)至少使用兩個(gè)源極而刀刃的兩個(gè)側(cè)面上的沉積速度瞬時(shí)相等，或者(ii)通過刀片組(疊層或轉(zhuǎn)盤)相對于單一源極的移動(dòng)(刀片相對于源極周期地交替出現(xiàn)，例如通過翻動(dòng)疊層、轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤、或其他的依序出現(xiàn)的方式)而使涂層在整個(gè)沉積時(shí)間內(nèi)以大致均勻的速度沉積在每把剃刀的刀刃的兩個(gè)側(cè)面上。
這就是說，要施加厚度為1000A°的涂層，本發(fā)明的最佳方法不是先在許多刀片的第一側(cè)面上沉積全部1000A°厚的涂層，然后再在刀片的第二側(cè)面上沉積全部1000A°厚的涂層，而是，(i)同時(shí)在兩側(cè)面上進(jìn)行沉積，直到在每個(gè)刀片的刀刃的兩個(gè)側(cè)面上形成1000A°或其他所需厚度的涂層，或者(ii)循環(huán)交替地首先在第一側(cè)面上沉積3-500A°厚的涂層，然后在第二側(cè)面上沉積3-500A°厚的涂層，回過來，再在第一側(cè)面上施加一定厚度的涂層……，如此往復(fù)，直到在每個(gè)刀片的刀刃兩側(cè)面上形成1000A°或其他所需厚度的涂層為止。雖然，上面所述方法是一種最佳的方法，但是，不可將本發(fā)明理解為只限于此，本發(fā)明也可以按照不均等的或者說不平衡的涂層方式予以實(shí)施。
應(yīng)當(dāng)明白，上述的展示角是很重要的。低壓(高真空)條件可形成一個(gè)高度定向的離子化碳的等離子流。刀片處于與層疊刀片的尖部構(gòu)成的平面的垂線呈一定角度的位置(或者說處于與未疊放的刀片刀刃的第一斜面與第二斜面的夾角的等分線呈一定角度的位置)，該角度大于20°，但小于90°，展示角用來導(dǎo)引等離子流更加定向地對著刀片刀刃的一個(gè)側(cè)面或另一個(gè)側(cè)面。
如所周知，本發(fā)明的沉積工藝可以使用或者不用工作氣體(例如氬氣)來實(shí)施；工作室可通過整流或直流輝光放電進(jìn)行清理；對基材施加偏壓可采用直流電源或整流電源(這種加偏壓的方法可用來使刀片尖部成形)。
下面將會(huì)看到，本發(fā)明可以強(qiáng)化薄的刀片同時(shí)保持其鋒利程度(也就是說，可提高薄刀片的韌性和剛性而不損壞尖部的尖銳度或者說鋒利程度)，在一種可對較普通的剃刀片施加厚度約為100-350A°的涂層的場合下，本發(fā)明的方法將可沉積厚度高達(dá)3000A°(從遠(yuǎn)離尖部的刀片表面上測量)和5000A°(在刀片尖部測量)的非晶態(tài)金剛石涂層。如上所述，本發(fā)明方法在獲得上述所有效果的同時(shí)仍保持高的長寬比。
要注意到，采用本發(fā)明方法進(jìn)行涂層的剃刀片可望比普通剃刀片更薄、更鋒利，而且按本發(fā)明工藝可允許2∶1或更高的長寬比，并具有非晶態(tài)金剛石硬碳涂層的高強(qiáng)度，使刀片本身的級別提高一步。附件A矩形的真空弧等離子源極本發(fā)明的范圍本發(fā)明涉及一種真空弧蒸發(fā)方法，更具體地，涉及一種安裝在矩形等離子導(dǎo)管內(nèi)的矩形平面陰極的過濾陰極弧蒸發(fā)方法。上述矩形源極的長度可以無限地延長，因此，本發(fā)明特別適用于對一種長的或大的基體件進(jìn)行涂層或離子注入。
本發(fā)明兼有過濾陰極弧的優(yōu)點(diǎn)(充分離子化的氣化物流、消除熔滴飛濺)和矩形源極的優(yōu)點(diǎn)(從源極均勻地蒸發(fā)并通過線性運(yùn)動(dòng)均勻地沉積在基體件上)，從而達(dá)到對較大的基體件進(jìn)行均勻的涂層或離子注入，并且基體件極少受到熔融源極材料微滴的污染。
本發(fā)明的背景過去十年來，真空弧蒸發(fā)技術(shù)已廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中對一種待涂層的基體件沉積金屬、合金和金屬化合物涂層。真空弧放電也已用作諸如離子注入、離子束加速器和火箭推進(jìn)等用途的離子源。
對一種基體件進(jìn)行涂層或離子注入的真空弧蒸發(fā)方法包括一個(gè)用要沉積的材料制成的陰極靶和一個(gè)待涂層的基體件。通過大電流低電壓等離子弧放電使安置在已抽真空(真空度一般小于0.001毫巴)的真空室內(nèi)的陰極靶蒸發(fā)，待涂層或待注入離子的基體件通常置于真空室內(nèi)對準(zhǔn)陰極靶的蒸發(fā)表面，一般相距10-100cm?；‰娏饕话銥?5-1000安培，弧電壓為15-50伏特。
弧等離子放電通過由電弧使靶極材料蒸發(fā)和離子化產(chǎn)生的等離子在陰極與陽極之間形成電流，所述陰極(負(fù)電板)是一種電絕緣源極件，它在沉積過程中至少部分地消耗，陰極的可消耗部分稱為“靶”，通常制成一種可夾持在一個(gè)被冷卻的稱之為陰極體的非消耗件上的可更換件。陽極(正電極)可以是一種置于真空室的電絕緣構(gòu)件，或者真空室本身，它在沉積過程中不消耗。
通常通過機(jī)械接觸，高壓打火或激光照射法在陰極靶的可蒸發(fā)表面引發(fā)電弧，隨之出現(xiàn)的弧等離子放電高度地集中在陰極蒸發(fā)表面上的一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)的弧光點(diǎn)中，但分布在陽極的大的面積上，陰極上的弧光點(diǎn)中極高的電流密度(估計(jì)為106-108安培/厘米2)使得陰極材料局部加熱、蒸發(fā)和離子化。
每個(gè)弧光點(diǎn)沿大致垂直于陰極靶面的方向射出一股等離子射流，從而形成一種伸入陰極與陽極之間區(qū)域的發(fā)光射流。將待涂層或待注入離子的基體件置于陰極與陽極之間或鄰近陰極和陽極處。通過施加一個(gè)電壓?？蛇M(jìn)一步加速陰極材料的氣化物投向基體表面，并凝結(jié)在基體表面上或嵌入基體表面內(nèi)。在蒸發(fā)過程中可向真空室內(nèi)引入活性氣體，從而形成含有靶極材料、活性氣體和/或基體材料的化合物。
在弧電流低于大約70-100安培(視靶極材料而定)時(shí)，陰極材料的表面上只有單一的弧光點(diǎn)。當(dāng)弧電流高時(shí)，在靶極表面上同時(shí)出現(xiàn)許多弧光點(diǎn)，每個(gè)弧光點(diǎn)攜帶占總的弧電流的相同百分?jǐn)?shù)的電流。在不加磁場的情況下，弧光點(diǎn)傾向于圍繞靶極表面隨意運(yùn)動(dòng)，在靶極表面留下一種像噴火口似的微觀特征的尾跡。
外加的磁場對弧射流施加一個(gè)沿垂直于磁通線和射流的方向的力，并且對弧光點(diǎn)的宏觀平均運(yùn)動(dòng)有極大的影響(雖然弧光點(diǎn)的微觀運(yùn)動(dòng)仍然是半隨意性的)?；」恻c(diǎn)在磁場中的運(yùn)動(dòng)方向與根據(jù)電子流從陰極發(fā)射時(shí)的安培定律確定的矢量J×B的方向相反或者說“反向”，這一現(xiàn)象是由于弧射流內(nèi)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)引起的，并且已經(jīng)廣泛報(bào)導(dǎo)和討論過。
弧光點(diǎn)上靶極材料蒸發(fā)的一種不希望的副效應(yīng)是在蒸發(fā)射流膨脹產(chǎn)生的反作用力的作用下從靶極射出熔融材料的熔滴。這些熔滴通常稱為微粒，其尺寸范圍從不到一個(gè)微米到幾十微米。這些微粒落到待涂層的基體上時(shí)，可能嵌入涂層中，使之凹凸不平，或者是，這些微柱撞擊到基體上，使之脫落，從而在涂層中形成坑點(diǎn)。
已經(jīng)想出各種對策來減少進(jìn)入基體上的涂層內(nèi)的微粒數(shù)量，這些對策大致可分為兩類(1)第一類是采用某種形式的磁場來控制和加速弧光點(diǎn)，從而減少微粒的產(chǎn)生，(2)第二類是采用在陰極弧源與基體之間設(shè)置一種過濾裝置，以便將陰極靶材料已離子化的部分傳送到基體上而堵住熔融液滴。
上述的第一類方法即磁場法一般比第二類方法即過濾法簡單，但不能完全消除微粒的產(chǎn)生。第二類的過濾法消除微粒通常比磁場法更有效，但需要復(fù)雜的裝置，并且顯著減少弧源的輸出量。
過濾法是將基體置于陰極靶表面的視準(zhǔn)線之外，所以從陰極射出的微粒不會(huì)直接沖撞在基體上。在陰極與基體之間設(shè)置一種帶角度的過濾導(dǎo)管，將等離子輸送到基體上。
為了使從陰極源發(fā)射出來的帶電等離子到達(dá)基體上，通過電磁偏轉(zhuǎn)法使這些等離子在上述過濾導(dǎo)管內(nèi)偏轉(zhuǎn)45-180°而通過過濾導(dǎo)管的拐彎處再撞擊到基體上。而不帶電荷的微粒則不受電磁場的作用而偏轉(zhuǎn)，它們繼續(xù)前進(jìn)而撞到濾導(dǎo)管的管壁上，這就達(dá)到阻止微粒到達(dá)基體上的目的。但是，實(shí)際上，微粒從過濾導(dǎo)管壁反彈出來和/或等離子中小粒子的吸入都可能使一些微粒通過過濾導(dǎo)管而到達(dá)基體上。
現(xiàn)有的過濾陰極弧技術(shù)是建立在圓形的或圓筒形的陰極和過濾器的基礎(chǔ)上的，它們一般只用于小的或特殊形狀的基體件。
有幾個(gè)美國專利(包括Edison的USP No.484582)公開過在弧蒸發(fā)方面所做的早期工作實(shí)例。上述專利No.484582敘述了采用真空弧蒸發(fā)法在一個(gè)基體件上沉積一層涂層的技術(shù)；美國專利No.2972695(Wroe)公開了一種磁穩(wěn)定化的真空弧蒸發(fā)設(shè)備；美國專利No.3625848和3836451(Snaper)公開了帶有特殊形狀電極的弧蒸發(fā)設(shè)備，應(yīng)用磁場提高蒸發(fā)速率并將離子導(dǎo)引到基體上；美國專利3783231和3793179(Sablev等人)公開了一種特殊電極和擋板的形狀，和弧光點(diǎn)離開所需的陰極源極材料之蒸發(fā)表面時(shí)所激活的磁場的應(yīng)用。
美國專利4724058(Morrison)、4673477(Ramalingam等人)和4849088(Voltrop等人)公開了約束在陰極上的圓形軌跡或者說粒子軌道內(nèi)的陰極弧的實(shí)例。每一個(gè)上述的參考專利都談到一種采用封閉的環(huán)形通道形的弧形磁場的弧蒸發(fā)設(shè)備，所述的磁場將弧光點(diǎn)約束在陰極表面的一個(gè)固定的或活動(dòng)的部位上的封閉環(huán)形粒子軌道上。據(jù)認(rèn)為，通過磁場約束和加速弧光點(diǎn)可以減少上述的因弧放電而產(chǎn)生的微粒。產(chǎn)生上述磁場所需的裝置是在平面磁控管濺射技術(shù)中廣為人知的。而且也知道，例如，可以通過機(jī)械方法(如Ramalingam等人和Veltrop等人的專利所述那樣)，或者通過采用多步電磁法(如Morrison的專利所述那樣)來移動(dòng)弧的電磁場發(fā)生裝置。
美國專利4609564和4859489(Pinkhasov)和5037522(Vevgason)和5269898(Welty)公開過長的圓柱形陰極的實(shí)例，他們?nèi)夹Q采用了圓筒形的或棒狀的長陰極，并利用弧電流自身的磁場來迫使電極沿其長度方向運(yùn)動(dòng)。Welty說，采用附加的軸向磁場件來加速和控制弧的運(yùn)動(dòng)，可以減少微粒的產(chǎn)生。
美國專利No.4492845(KIjuchko等人)公開了一種采用圓環(huán)形陰極的弧蒸發(fā)裝置，在此裝置中，可蒸發(fā)的陰極表面就是它的面對著直徑和長度都比它大的圓筒形陽極的陰極外壁，待涂層的基體置于環(huán)形陰極的內(nèi)部，不面對著蒸發(fā)表面，由受陽極的電磁場作用而反射回來的離子化材料進(jìn)行涂層，據(jù)稱，同軸磁場可以加強(qiáng)從陽極的反射。從陰極表面射出的微粒不會(huì)被陽極電反射(雖然它們可從陽極機(jī)械地回彈)，因此，減少了進(jìn)入涂層的微粒。
在Aksenov/Axenov、Falabella和Sanders所做的工作中，表明了使用設(shè)置在陰極源與基體之間的某種形式的過濾裝置、用來傳送陰極輸出的帶電的離子化部分并堵住不帶電的微粒以減少進(jìn)入基體涂層中的微粒數(shù)量的工作實(shí)例。
Aksenov等人的論文(“在彎曲的等離子-光學(xué)裝置中等離子流的傳輸”，《蘇聯(lián)等離子物理學(xué)雜志》，1978年第4期第4頁)談到了一種具有90°彎曲的圓筒形等離子導(dǎo)管的應(yīng)用，該導(dǎo)管帶有電磁線圈以形成一種通過導(dǎo)管的螺線形磁場，在導(dǎo)管之一端有一個(gè)圓形的弧蒸發(fā)陰極，在另一端置放一個(gè)基體件。由于磁場和電場的的作用，使陰極射出的等離子從導(dǎo)管壁反射出來，并通過導(dǎo)管沿著磁場傳輸?shù)交w上，與此同時(shí)，不帶電的微粒就不會(huì)因磁場或靜電場的作用而偏轉(zhuǎn)，而是被導(dǎo)管壁所攔截。
美國專利No.5279723(Falabella等人)公開了一種基本上與上述的Aksenov的過濾裝置相似的裝置，該裝置采用一種具有45°彎曲的圓筒形導(dǎo)管和一個(gè)圓形的或錐形的陰極和陽極，上述專利對各種部件進(jìn)行了改進(jìn)，包括對陰極和內(nèi)擋板的形狀的改進(jìn)，從而減少了微粒的遷移。
美國專利No.4452686(Axenov等人)公開了一種不帶彎曲的直圓筒形過濾導(dǎo)管，在導(dǎo)管的一端設(shè)置一個(gè)圓形陰極，用電磁線圈產(chǎn)生一種通過導(dǎo)管的螺線形磁場，在導(dǎo)管的中央設(shè)置一個(gè)附加電極，正好擋住從陰極到基體的視準(zhǔn)沉積線。從陰極射出的電離子由于導(dǎo)管壁和中央電極上的磁場和電場的作用而偏轉(zhuǎn)，并沿通過導(dǎo)管和圍繞中央電極的磁場而遷移，不帶電的微粒就不會(huì)受磁場或電場的作用而偏轉(zhuǎn)，而是被中央電極所攔截。
美國專利No.5282944(Sanders等人)公開了一種與No.4452686(Axenov)的裝置有些相似的裝置，該裝置采用一種直的圓筒形過濾導(dǎo)管和一個(gè)中央擋板，該擋板可防止從陰極以低角度射出的微粒直接到達(dá)基體上。電磁線圈在導(dǎo)管內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)接近導(dǎo)管壁的大致為螺線形的磁場。在此情況下，陰極的蒸發(fā)表面就是一個(gè)與過濾導(dǎo)管同軸定向的短圓筒的外表面，這樣，從陰極射出的等離子徑向地射到過濾導(dǎo)管的外壁上，而后在磁場和電場的作用下在導(dǎo)管壁處作大約90°的偏轉(zhuǎn)，并沿著磁場遷移到置有基體件的導(dǎo)管端部。所發(fā)明的內(nèi)電極加強(qiáng)了等離子在圓形過濾導(dǎo)管中與設(shè)置基體件的一端相對的另一端處的偏轉(zhuǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)從未公開過一種帶有矩形蒸發(fā)表面的陰極和應(yīng)用磁場極性的變換來控制陰極表面上弧的運(yùn)動(dòng)的技術(shù)，也沒有公開過具有矩形橫截面的過濾導(dǎo)管。因此，盡管人們做了以上所述的工作。但是，仍然需要對過濾陰極弧進(jìn)行改進(jìn)。過濾陰極弧最好有一種矩形的沉積源極。
大型基體件的涂層、軋制態(tài)板材的涂層以及在線性傳送帶或圓盤傳送帶上連續(xù)流水作業(yè)的較小基體件的涂層都希望采用矩形的沉積源極，廿十年代研制的矩形平面磁控管濺射陰極已經(jīng)導(dǎo)致上述各類基體件涂層用的濺射技術(shù)的廣泛工業(yè)化(參見，例如Welty的美國專利No.4865708和4892633所述的磁控管濺射陰極)。
過濾陰極弧源的優(yōu)點(diǎn)在于從源極射出的陰極材料的氣化物流可以充分離子化，這與非弧基沉積法例如蒸發(fā)和濺射法不相同。來自矩形源極的充分離子化的氣化物流可以使到達(dá)基體上的、用于進(jìn)行涂層或離子注入的原子的能量變得更高，并且可提高氣化物與系統(tǒng)中的活性氣體或直接與基體形成化合物的活性。
本發(fā)明具有過濾陰極弧的優(yōu)點(diǎn)(充分離子化的氣化物流，消除熔滴飛濺)和矩形源極的優(yōu)點(diǎn)(從源極均勻地蒸發(fā)和通過線性運(yùn)動(dòng)均勻地沉積在基體上)，以便對長的或大的基體件進(jìn)行涂層或離子注入，因此，本發(fā)明的目標(biāo)就是使一種矩形的真空弧陰極產(chǎn)生一種過濾的陰極弧，來完成現(xiàn)有技術(shù)不能履行的使命。
本發(fā)明的綜述本發(fā)明提供一種在一個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生和導(dǎo)引等離子流的裝置，用來在一種基體上形成一種涂層或進(jìn)行離子注入。將一個(gè)矩形陰極安裝在一個(gè)帶角度的并具有矩形橫截面的導(dǎo)管內(nèi)，該導(dǎo)管限制等離子流并使之向基體所在部位偏轉(zhuǎn)，與此同時(shí)攔截也是由弧產(chǎn)生的陰極材料的熔滴。這里，將等離子導(dǎo)管中安裝陰極的區(qū)域稱之為導(dǎo)管入口段，而基體件則安裝在靠近導(dǎo)管的出口段處。
在導(dǎo)管內(nèi)建立一個(gè)導(dǎo)引等離子通過導(dǎo)管同時(shí)又使弧光沿矩形陰極的長度方向移動(dòng)的磁場。當(dāng)弧光到達(dá)陰極的端部時(shí)，傳感器理發(fā)出一個(gè)信號(hào)，使至少一部分磁場的極性改變方向，從而引起弧光變向，并向著陰極的另一端移動(dòng)。無化弧光到達(dá)陰極的哪一端，都轉(zhuǎn)換磁場的極性，從而使弧光沿矩形陰極的長度前后掃過陰極。
雖然磁場的極性(方向)反復(fù)地轉(zhuǎn)向，但是，磁場的形狀及其相對于導(dǎo)管的取向最好保持基本不變，并使等離子在每一極性下都遷移通過導(dǎo)管。在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，鄰近陰極處的磁場線收斂區(qū)形成了一個(gè)向?qū)Ч艹隹诘姆瓷涞入x子的磁鏡。
弧光沿陰極靶長度方向運(yùn)動(dòng)是由于鄰近于靶極表面的磁場分量引起的，該磁場分量平行于靶極表面的平面并垂直于矩形靶極的長軸線。對于該取向的磁通分量來說，兩種極性(方向)都是可能的。當(dāng)磁場具有一個(gè)極性時(shí)，弧光沿如上所述的向后的J×B矢量的方向順著陰極長度移動(dòng)，當(dāng)磁場具有相反的極性時(shí)，弧光便沿相反方向順著陰極長度移動(dòng)。
由于磁場的極性根據(jù)位于陰極兩端的傳感器發(fā)出的信號(hào)而改變，同時(shí)又保持磁通線相對于靶極表面的取向，故能夠使弧光沿陰極長度移動(dòng)的方向定期地變換，從而使弧光沿一條較直的線順著矩形陰極的長度前、后掃描。
采用位于導(dǎo)管外面或陰極體內(nèi)部的電磁線圈，可以產(chǎn)生鄰近于靶極蒸發(fā)表面的可換向的磁場，該磁場可促使弧光沿靶極長度移動(dòng)。在現(xiàn)有技術(shù)中已有采用流過矩形陰極的弧電流本身的磁場來產(chǎn)生一種可換向的磁場。例如，將弧電流同時(shí)連接到矩形陰極的兩端，并根據(jù)位于陰極兩端的傳感器發(fā)出的信號(hào)改變流至陰極各端的總電流的百分比，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沿所需取向的磁場分量，使弧光順著陰極的長度移動(dòng)，這一點(diǎn)正如美國專利No.5269898(Welty)所述的那樣。
當(dāng)矩形陰極內(nèi)流過的大部分弧電流的方向按照傳感器發(fā)出的信號(hào)而改變時(shí)，平行于靶極表面的磁場分量的極性(方向)也發(fā)生變換，從而使沿靶極長度移動(dòng)的弧光變換方向。而且，也可由沿著陰極長度方向通過的并根據(jù)傳感器信號(hào)而變換自身的方向的控制電流(正如美國專利No.5269898也談到的那樣)、或者，通過改變從陰極的一端向另一端的弧光電流輸入的方向(正如Vergason的美國專利No.5039522所述那樣)來產(chǎn)生促使我掃描的磁場分量。在現(xiàn)有技術(shù)中，還未提到過采用一種與流過陰極本身的電流無關(guān)的磁體件來產(chǎn)生可換向磁場的問題。
等離子通過導(dǎo)管的遷移主要是由于導(dǎo)管壁附近的平行于壁面和導(dǎo)管軸線的磁場分量的作用所致。等離子的電子通過磁場向?qū)Ч鼙跀U(kuò)散形成了一個(gè)垂直于能反射正電荷離子的導(dǎo)管壁的電場分量，從而使等離子繼續(xù)沿著導(dǎo)管并繞過導(dǎo)管的彎曲處向前移動(dòng)。不帶電的微粒不受到反射，因此被導(dǎo)管壁或擋板所攔截，所述擋板是垂直于導(dǎo)管壁安裝的，并伸入導(dǎo)管內(nèi)一個(gè)短的距離以減少微?；貜椂x開導(dǎo)管壁。導(dǎo)管內(nèi)及鄰近導(dǎo)管壁的磁場分量的極性最好隨鄰近靶極表面的、引起弧光掃描的磁場分量的極性而同時(shí)轉(zhuǎn)換，以便使整個(gè)導(dǎo)管的磁場形狀保持不變(盡管極性是變化的)。但是，僅改變靶極表面區(qū)域內(nèi)的磁場極性并采用電磁鐵或永久磁鐵使導(dǎo)管區(qū)保持固定的(非變化的)磁場，也屬本發(fā)明的范圍。在后一種情況下，磁場基本形狀的變化可引起通過導(dǎo)管的等離子遷移隨著靶極附近磁場極性的變換而變化。
由于等離子射流主要沿垂直于陰極蒸發(fā)表面的方向從陰極射出，所以，在導(dǎo)管拐彎的外徑區(qū)域容易發(fā)生強(qiáng)烈碰撞導(dǎo)管壁的現(xiàn)象。為了促進(jìn)等離子通過導(dǎo)管的遷移，最好加強(qiáng)上述區(qū)域內(nèi)的磁場強(qiáng)度。另一個(gè)因素是，具有不同原子量和熔點(diǎn)的陰極靶材料以不同的速度和動(dòng)能從靶極射出，因此，希望改變磁場強(qiáng)度，特別是在導(dǎo)管彎曲區(qū)的磁場強(qiáng)度，以便使各咱材料都能最好地遷移。于是，在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，在導(dǎo)管彎曲部位的外徑附近與靶極蒸發(fā)表面相對處設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的電磁線圈，流過該線圈的電流最好可獨(dú)立變化，與產(chǎn)生導(dǎo)管內(nèi)的磁場的其他線圈內(nèi)的電流無關(guān)。
應(yīng)當(dāng)注意到，在現(xiàn)有技術(shù)的圓筒形等離子導(dǎo)管中(或者在現(xiàn)有技術(shù)已發(fā)展為矩形導(dǎo)管的直通式管道中)，環(huán)繞著導(dǎo)管設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)電磁線圈以便形成一種通過導(dǎo)管的螺線形磁場，組成該線圈的導(dǎo)線在導(dǎo)管彎曲的內(nèi)徑處一定要比在外徑處更為緊密地隔開在一起，結(jié)果，導(dǎo)管內(nèi)的磁場分布情況是在導(dǎo)線相隔較緊密的內(nèi)徑處磁場強(qiáng)度較大，而在受弧等離子射流撞擊的導(dǎo)管外徑處磁場強(qiáng)度較低。因此，在這一方面現(xiàn)有技術(shù)的做法與本發(fā)明不同，在本發(fā)明中，在導(dǎo)管內(nèi)彎曲的外徑處的磁場強(qiáng)度提高到等于或大于內(nèi)徑處的磁場強(qiáng)度，以便加快等離子通過導(dǎo)管的遷移。
通過等離子電子垂直于磁場方向(該磁場方向基本上平行于過濾導(dǎo)管壁)的擴(kuò)散可形成一個(gè)垂直于導(dǎo)管壁的電場，在現(xiàn)有技術(shù)中以及在本發(fā)明的這一方面(上面已談到)該電場反射來自導(dǎo)管壁的帶正電荷的離子。另外，也可以通過第二方法使離子反射而離開導(dǎo)管壁，也就是，使導(dǎo)管壁附近形成一個(gè)磁通線沿大致垂直的方向在靠近導(dǎo)管壁處收斂的區(qū)域(該區(qū)域稱為磁鏡)。當(dāng)靠近導(dǎo)管壁的等離子電子進(jìn)入磁通線收斂區(qū)時(shí)便被反射或阻止，從而形成一個(gè)可產(chǎn)生一個(gè)也反射等離子離子的電場的電子密度梯度。上述的磁鏡通常在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備或其他的等離子裝置中用來約束等離子。
本發(fā)明首次公開了磁鏡場在過濾真空弧等離子源技術(shù)中的應(yīng)用。現(xiàn)有技術(shù)已談過需要磁鏡場所提供的功能的問題。例如，在美國專利N0.5282944(Sanders等人)就談到過，該專利說明書指出，必須采用其圖2和3中標(biāo)號(hào)為21的許多絕緣環(huán)件來防止等離子在磁場通過導(dǎo)管壁的區(qū)域內(nèi)傳給導(dǎo)管壁。在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，導(dǎo)管入口段具有一個(gè)磁鏡場區(qū)就可為流向?qū)Ч艹隹诙蔚牡入x子流提供一個(gè)最佳的方向，同時(shí)又提供了使弧光順著靶極長度移動(dòng)的磁場分量(該發(fā)量平行于靶極的表面并垂直于其長軸軸線)。磁鏡場極性的變換(以由此產(chǎn)生的平行于靶極表面的磁場分量的極性的變換)引起靶極表面上弧光移動(dòng)方向的變換，但不改變磁鏡場的形狀或功能。
由于各種可獨(dú)立變化的磁場源相結(jié)合和疊加在導(dǎo)管出口段上形成了一個(gè)螺線形磁場區(qū)、在導(dǎo)管彎曲外徑處附近形成了一個(gè)“阻尼”場區(qū)和在導(dǎo)管入口段內(nèi)鄰近陰極處形成了一個(gè)磁鏡場區(qū)，所以，本發(fā)明具有足夠的調(diào)節(jié)性來使很多種靶極材料的等離子沿導(dǎo)管的遷移最佳化。但是，應(yīng)當(dāng)明白，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，不是上述所有的要素都是需要的，所需要的各種要素也不是獨(dú)立變化的，尤其是在采用某種對單一靶極材料最理想的磁場源時(shí)更是如此。例如，根據(jù)變換靶極表面附近的磁場極性所采用的方法的不同，采用一個(gè)繞在整個(gè)導(dǎo)管的螺線形電磁體可能就足夠了。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同之處在于采用矩形的陰極和等離子導(dǎo)管；陰極上弧的運(yùn)動(dòng)的控制方法；和等離子導(dǎo)管中磁場的形狀及其控制。
具體來說，本發(fā)明的磁場形狀和控制方法使之有可能制出具有矩形的輸出通道且可制成所需長度的緊湊而高效的等離子源，因此兼有過濾陰極弧和矩形沉積源的優(yōu)點(diǎn)。用來控制弧在陰極表面上運(yùn)動(dòng)的磁場換向技術(shù)可使陰極的寬度做成比現(xiàn)有技術(shù)的采用粒子軌道式磁場用的陰極窄得多。
因此，等離子導(dǎo)管可以做得較窄和較短，這就形成一種緊湊的結(jié)構(gòu)，比現(xiàn)有技術(shù)的笨重的過濾器更容易裝入真空系統(tǒng)中，特別是在含有多個(gè)等離子源的系統(tǒng)中更是如此。窄的陰極和掃描弧也可使靶材沿其長度的消蝕比現(xiàn)有技術(shù)中所用的平面軌道式陰極更均勻，并可采用更高的靶極材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可使源極的長度無限地延長，從而使采用矩形或長形蒸發(fā)源極的應(yīng)用具有過濾弧沉積或離子注入的優(yōu)點(diǎn)。
附圖的說明圖1A是使用圓形陰極和圓筒形等離子導(dǎo)管的現(xiàn)有技術(shù)的過濾真空弧的示意圖；圖2A是本發(fā)明的過濾弧等離子源極的示意圖3A是本發(fā)明的導(dǎo)管組件和磁體的透視圖；圖4A是本發(fā)明的導(dǎo)管組件的端視垂直剖視圖；圖5A是本發(fā)明的導(dǎo)管組件的側(cè)視垂直剖視圖；圖6A是表示本發(fā)明的磁場線和磁場鏡與導(dǎo)管組件和磁鐵組件的相對關(guān)系的端部剖視圖。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明本發(fā)明提供一種在一個(gè)矩形面積內(nèi)產(chǎn)生和導(dǎo)引等離束以便在一種基體件上形成涂層或者進(jìn)行離子注入的方法。
圖1A示出一種現(xiàn)有技術(shù)的與一個(gè)過濾器22相連接的陰極20，所述的過濾器22可將由陰極弧放電產(chǎn)生的離子流與粗大粒子分離開。陰極20是截頭錐體形的，具有圓形截面和錐形的側(cè)面。過濾器22含有兩個(gè)端部相對但彼此呈45°夾角的螺線管，這種排列可阻隔陰極弧光至待涂層的基體件24的視準(zhǔn)線，同時(shí)又為離子流和電子流提供通道，過濾器22還帶有若干個(gè)擋板，用來俘獲粗大粒子。
參看圖2A，本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例含有一個(gè)設(shè)在陰極體31上的陰極靶30，該靶30具有一個(gè)大致為矩形的蒸發(fā)表面33。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，陰極30是碳質(zhì)材料，但也可以是其他任何合適的可蒸發(fā)材料。陰極體31安裝在夾持器32上并位于等離子導(dǎo)管34的入口段36內(nèi)。陰極30與弧極電源28的負(fù)極連接，而等離子導(dǎo)管34(它也用作為陽極)與弧極電源28的正極連接。引弧器35用來在陰極30與陽極34之間激發(fā)弧光放電。陰極30和蒸發(fā)表面33也可由絕緣體86包圍(參見圖4A)。在等離子導(dǎo)管34內(nèi)安裝了一個(gè)內(nèi)電極82，作為傳感器84。
等離子導(dǎo)管34具有矩形的橫截面形狀，其尺寸與陰極30相近。導(dǎo)管34具有沿其中心線的彎曲軸線，在本實(shí)施例中，在導(dǎo)管的一個(gè)側(cè)壁上示出一個(gè)相應(yīng)的內(nèi)徑彎曲點(diǎn)37，內(nèi)圓心角大約為90°，但是，對于實(shí)施本發(fā)明來說，內(nèi)圓心角大致為15°-120°的范圍都是合適的。標(biāo)號(hào)39總的表示相應(yīng)的外徑彎曲。等離子導(dǎo)管34在其內(nèi)徑彎曲點(diǎn)37的兩側(cè)有一個(gè)入口段36和一個(gè)出口段38，陰極30安裝在一個(gè)靠近入口段端部或位于入口段端部的絕緣夾持器32上，所以陰極的蒸發(fā)器33面朝等離子導(dǎo)管內(nèi)部。在出口段38的端部或靠近出口段38的端部可置放一個(gè)或多個(gè)待涂層的基體件44。
圍繞等離子導(dǎo)管34設(shè)置了一組電磁體。磁體46與繞組電源53相連接，并置于導(dǎo)管入口段36附近，磁體48與繞組電源53相連接，并置于靠近導(dǎo)管34的外徑彎曲部分39處。磁體50是一個(gè)與繞組電源53連接的螺線管，它繞在等屬子導(dǎo)管出口段38的一部分上。透視圖3A示出了磁體46、48和50與等離子導(dǎo)管34的關(guān)系，磁體46位于其出口段38附近，磁體48位于其外徑彎曲部分39附近，而磁體50則繞在出口段38上。
參看圖4A，可以看出，磁體46帶有一個(gè)繞在導(dǎo)磁材料制的中心磁極72上的線圈70，中心磁極72的兩端分別與端板74相連接。同樣地，磁體48也帶有一個(gè)繞在導(dǎo)磁材料制的中心磁極78上的線圈76，并由端板80分別與中心磁極78相連接。在本實(shí)施例中，磁體48的端板80是用導(dǎo)磁材料制的，而磁體46的端板74則是用非導(dǎo)磁材料制的，以便按所需方式形成磁場。
再參看圖2A，可以看到，管道54將水通入陰極30。等離子導(dǎo)管34和內(nèi)電極82最好也通水冷卻，但在圖中未示出冷卻系統(tǒng)。可以對基體件44施加偏壓，并且基體件在沉積時(shí)可以按一般方式轉(zhuǎn)動(dòng)和/或移動(dòng)，在一個(gè)最佳實(shí)施例中，等離子導(dǎo)管34和基體件44密封在一個(gè)工作室(未示出)內(nèi)并抽真空。在本發(fā)明的另一個(gè)最佳實(shí)施例中，等離子導(dǎo)管34和導(dǎo)管的陰極夾持器32處在真空中，而等離子導(dǎo)管的外部則處在大氣壓力下。
下面再結(jié)合圖4A和5A的剖視圖(圖中標(biāo)號(hào)與前面所用標(biāo)號(hào)相同)來說明本發(fā)明裝置的某些其它的細(xì)節(jié)?？梢钥吹剑入x子導(dǎo)管34的彎曲是為了阻隔陰極30與基體件44之間的視準(zhǔn)線(所述基體件44在圖中未示出，但可理解為置于導(dǎo)管出口段38的端部或者在導(dǎo)管出口段38端部附近)。等離子導(dǎo)管34的出口段38、入口段36和拐彎處的內(nèi)壁最好設(shè)置許多成行排列并大致與內(nèi)壁垂直又彼此大致平行的擋板52。
參看圖4A，可以看出，電絕緣的內(nèi)電極82，安裝在等離子導(dǎo)管34內(nèi)部，該電極82可相對于陽極有電性浮動(dòng)，或者說，可相對于陽極受正偏壓。參看圖5A，一對傳感器54置于陰極30的蒸發(fā)表面兩端的附近，其中54A鄰近左端，54B鄰近右端。
磁體46、48和50產(chǎn)生以磁通線表示的磁場，這一點(diǎn)在圖6A看得更清楚。磁通線60的方向大致平行于等離子導(dǎo)管34出口段38內(nèi)的軸線。磁通線62的方向大致平行于鄰近陰極的導(dǎo)管入口段36內(nèi)的陰極30的蒸發(fā)表面33。磁通線在入口段36內(nèi)的區(qū)域64收斂，形成一個(gè)鄰近陰極30的蒸發(fā)表面33的磁鏡。
圖6A所示的磁通線60的圖形可由市場上可購得的有限元磁分析程序來產(chǎn)生。在本實(shí)施例中，磁體50和46具有600安匝，而磁體48具有200安匝。此時(shí)，在導(dǎo)管出口段38中心處的磁場強(qiáng)度大約為50高斯?？梢钥闯?，在本實(shí)施中導(dǎo)管外徑彎曲部39處的磁通密度(磁場強(qiáng)度)大致等于導(dǎo)管的內(nèi)徑彎曲點(diǎn)37處的磁通密度。通過調(diào)節(jié)磁體48的線76的匝數(shù)，或者調(diào)節(jié)通過它的電流(也就是調(diào)節(jié)安匝)，可以調(diào)節(jié)導(dǎo)管的外徑彎曲部位39處的磁通密度，而與導(dǎo)管其他部位的磁通密度無關(guān)。
每當(dāng)弧光分別逼近陰極30的左端或者右端時(shí)，傳感器54A和54B(見圖5A)能檢測弧光并發(fā)出信號(hào)。傳感器54可以是例如伸入等離子導(dǎo)管34內(nèi)的電絕緣導(dǎo)線，通過一個(gè)電阻(未示出，例如1000歐姆的電阻)將該導(dǎo)線與陽極連接，因此，當(dāng)弧光逼近導(dǎo)線時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)電壓。另外，傳感器54也可以是一個(gè)可檢測來自弧射流的光發(fā)射的光敏二極管，或者是一個(gè)可檢測電弧磁場強(qiáng)度的磁場測量計(jì)。繞組電源53(見圖2A)帶有一個(gè)可以改變流過磁體的電流方向的開關(guān)，并通過一種普通的控制機(jī)構(gòu)(未示出)與傳感器54相連接，以便使磁場改變方向。磁場的換向可以同時(shí)在所有磁體中進(jìn)行，并且在基本上不改變磁通線的形狀或它們相對于等離子導(dǎo)管的取向的情況下變換磁通線的方向。另外也可以只變換磁體46和48中的一個(gè)或兩個(gè)的磁通線方向。
在本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)理想的結(jié)構(gòu)(未單獨(dú)示出)中，這些磁體由一個(gè)以上的繞組電源53獨(dú)立供電。采用多個(gè)繞組電源可以使流過各磁體的電流彼此獨(dú)立地改變以便獨(dú)立地調(diào)節(jié)等離子導(dǎo)管34中各部位的磁場強(qiáng)度。同時(shí)，各個(gè)繞組電源分別帶有控制系統(tǒng)，所以，它們在一受到傳感器54的信號(hào)的激勵(lì)時(shí)，可以同時(shí)全都改變電流的方向。
從上所述，很容易理解本發(fā)明裝置是按如下方式工作的。
首先由引弧器35在陰極30與作為陽極的等離子導(dǎo)管34之間激發(fā)弧光放電，該弧光放電起源于陰極蒸發(fā)表面的弧光，并產(chǎn)生一種含有陰極材料的離子化氣化物的等離子。
等離子導(dǎo)管34將弧光放電產(chǎn)生的等離子從陰極30導(dǎo)引至置于導(dǎo)管出口段38處或其附近的待涂層和/或待離子注入的基體件44處。等離子導(dǎo)管34具有尺寸與陰極30相近的矩形橫截面形狀，并沿其中心線的軸線大約彎曲15°-180°(在本實(shí)施例中，內(nèi)徑彎曲處37的圓心角為90°)，由于這種彎曲使入口段36和出口段38的視準(zhǔn)線彼此隔開。陰極30置于入口段36的端部或置于該端部的附近，它的蒸發(fā)表面朝向等離子導(dǎo)管之內(nèi)部基體件44置于出口段38的端部或其附近的一個(gè)區(qū)域內(nèi)。
磁體46、48和50在等離子導(dǎo)管34內(nèi)和陰極30的蒸發(fā)表面上產(chǎn)生一個(gè)磁場，這由磁通線表示。磁通線的方向大致平行于導(dǎo)管34出口段38的軸線，而在陰極處或陰極附近處的入口段36區(qū)域內(nèi)的磁通線則大致平行于陰極30的蒸發(fā)表面。磁通線還在等離子導(dǎo)管34的入口段36區(qū)域內(nèi)收斂而形成一個(gè)鄰近于并且平行于矩形陰極30的磁鏡。磁通線導(dǎo)引離子化氣化物通過等離子導(dǎo)管的彎曲處，并促使弧光沿陰極30的蒸發(fā)表面33的長度進(jìn)行大致為線性的運(yùn)動(dòng)。磁鏡的取向向著等離子導(dǎo)管34的出口段38反射等離子的方向。
傳感器54檢測弧光，并在弧光逼近上述蒸發(fā)表面的任一端部時(shí)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)驅(qū)使控制系統(tǒng)改變繞組電源53的電流方向，從而在基本上不改變磁通線的形狀的情況下或者說在不改變磁通線相對于等離子導(dǎo)管34的取向的情況下改變磁通線的方向。因此，促使弧光不僅沿線性方向掃描矩形電極30的表面，而且是大體上從一個(gè)端部到另一個(gè)端部來回地掃描。
等離子導(dǎo)管34的內(nèi)壁上帶有成行排列的擋板52。導(dǎo)管的彎曲可以過濾粗大粒子，而且上述的擋板也用來俘獲這些粗大粒子。
本發(fā)明的裝置具有一個(gè)長而窄的矩形源極和一個(gè)模截面為矩形且截面尺寸與上述源極相近的較緊湊的導(dǎo)管。從而建立了小型的導(dǎo)管，例如，采用一種長度約為30cm、寬度為2.5cm或者長寬比約為12∶1的陰極靶已獲得良好效果。由于本發(fā)明的矩形陰極的長度可以無限地延長，故可望達(dá)到更高的長寬比。
因此，可以明白，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生并在一個(gè)矩形面積內(nèi)導(dǎo)引等離子束以便在一個(gè)基材上形成涂層或進(jìn)行離子注入的方法。
正如上面已談到的，本發(fā)明的好處是通過如下措施實(shí)現(xiàn)的(a)矩形的陰極弧源材料；(b)矩形橫截面的等離子導(dǎo)管(c)通過變換磁場極性控制陰極上弧的運(yùn)動(dòng)以便使弧大體上沿線性方向前后掃描過矩形源極的長度；(d)形成和控制等離子導(dǎo)管中的磁場形狀。
具體來說，本發(fā)明的磁場形狀和對矩形源極上弧的控制使得有可能建立一處緊湊而有效的并且具有能夠做成所需長度的帶有矩形輸出孔徑的等離子源，從而兼有過濾陰極弧和矩形沉積弧源的好處。用來控制弧的磁場換向技術(shù)可以使陰極的寬度做得比現(xiàn)有技術(shù)的采用粒子軌道磁場的陰極要窄得多。
因此，等離子過濾導(dǎo)管可做成比現(xiàn)有技術(shù)的笨重的過濾器要窄得多、短得多，從而形成一種容易組合成一個(gè)真空系統(tǒng)的緊湊結(jié)構(gòu)。窄的陰極和窄的線性掃描弧也可使靶極沿其長度較均勻地耗蝕，并使源極材料的利用率比現(xiàn)有技術(shù)的使用平面粒子軌道式陰極要高。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可使源極的長度無限延長，從而使采用矩形的或長形的蒸發(fā)源極的應(yīng)用具有過濾弧沉積或離子注入的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種制造剃刀刀片的方法，含有下列步驟，(a)制備一種基片；(b)在上述基片上加工出一條帶有夾角小于30°、尖頂半徑小于1200A°的楔形鋒利刃邊；(c)在上述鋒利刃邊上沉積一層非晶態(tài)金剛石涂層。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于通過多步磨削對上述基片進(jìn)行機(jī)械磨光而形成上述的鋒利刃邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括在上述的覆蓋在刀刃上的非晶態(tài)金剛石涂層上再涂上一層粘結(jié)性聚合物的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，上述刀刃上的上述非晶態(tài)金剛石涂層在從上述基片的鋒利尖頂至距該尖頂40μm處的厚度至少為400A°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，上述的基片是金屬制品，上述非晶態(tài)金剛石涂層的硬度至少為上述金屬基片的4倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，上述的非晶態(tài)金剛石涂層可從下面一系列方法中選擇一種進(jìn)行沉淀，它們是過濾陰極弧法、陰極弧法、陽極弧法、烴類氣體等離子分解法、采用感應(yīng)偶合射頻的后離子化的濺射沉積法、激光消蝕法、激光吸收波沉積(LAWD)法和離子束沉積法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，上述的非晶態(tài)金剛石涂層是在抽真空的工作室內(nèi)的真空下或氬氣氣氛下進(jìn)行沉積的，上述的工作室內(nèi)置有一個(gè)石墨靶，該石墨靶通電后，便引發(fā)出電弧，在上述鋒利刀刃上沉積一層非晶態(tài)金剛石涂層，與此同時(shí)對上述基片施加一個(gè)直流偏壓或整流偏壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，等離子束與刀片小平面間的夾角不小于32°。
9.一種制造剃刀刀片的方法，含有下列步驟制備一種基片；在該基片上加工出一條夾角小于30°、尖頂半徑小于1200A°的楔形刃邊；在該刃邊上沉積一層非晶態(tài)金剛石涂層，其尖頂半徑小于1200A°。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，上述的非晶態(tài)金剛石涂層是采用陰極弧法沉積的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，在上述楔形刃邊上的上述非晶態(tài)金剛石涂層的厚度至少為400A°。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，還包括一個(gè)在上述的覆蓋在刀刃上的非晶態(tài)金剛石涂層上再涂上一層粘結(jié)性聚合物涂層的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，在上述刀刃上的上述非晶態(tài)金剛石涂層的厚度約為2000A°。
14.一種剃刀片，含有一個(gè)帶有楔形刃邊的基片和一層覆蓋在該楔形刃邊上的非晶態(tài)金剛石涂層，上述的楔形刃邊由小平面形成，該小平面的寬度至少約為0.1mm，夾角為小于20°。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的剃刀片，其特征在于，上述的非晶態(tài)金剛石涂層至少含40％(體積)的磁鍵，并且在可見光下是透明的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的剃刀片，其特征在于，上述的非晶態(tài)金剛石涂層的長寬比大于2∶1。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的剃刀片，其特征在于，在上述的非晶態(tài)金剛石涂層上還有一層粘結(jié)性的聚合物涂層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的剃刀片，其特征在于，上述的非晶態(tài)金剛石涂層的厚度約為2000A°。
19.一種剃刀片，含有一個(gè)帶有楔形刃邊的基片和一層覆蓋在上述楔形刃邊的頂部和側(cè)面上的非晶態(tài)金剛石涂層，該涂層在從上述基片的鋒利尖頂?shù)骄嘣摷忭?0μm處的厚度至少約為400A°，并且涂層尖頂部的半徑小于1000A°左右。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的剃刀片，其特征在于，上述的基片材料是鋼；通過一系列機(jī)械磨削做成上述的楔形刃邊；通過陰極弧法沉積出上述的非晶態(tài)金剛石涂層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的剃刀片，其特征在于，上述的非晶態(tài)金剛石涂層至少含有40％(體積)的碳鍵，在上述的非晶態(tài)金剛石涂層上還帶有一層粘結(jié)性的聚合物涂層。
22.一種刮剃裝置，含有一個(gè)帶有彼此隔開的皮膚接合面的支承構(gòu)件和一個(gè)固定在上述支承構(gòu)件上的剃刀片構(gòu)件，上述的剃刀片構(gòu)件含有一個(gè)帶有楔形刃邊的基片和一層覆蓋在該基片楔形刃邊上的非晶態(tài)金剛石涂層，帶有非晶態(tài)金剛石涂層的刀刃位于上述的皮膚接合面之間。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的刮剃裝置，其特征在于，上述的剃刀片構(gòu)件含有兩個(gè)帶有楔形刃邊的基片，并且該兩基片的楔形刃邊彼此平行地置于上述皮膚接合面之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的刮剃裝置，其特征在于，上述每一非晶態(tài)金剛石涂層含有大于40％(體積)的碳鍵；其厚度約為2000A°；在該涂層上又分別帶有粘結(jié)性的聚合物涂層。
25.對一種帶有由第一斜面和第二斜面組成的刀刃的刀片施加硬碳涂層的方法，該方法含有如下步驟(a)對一個(gè)作為陰極的可蒸發(fā)碳表面引弧放電，從而產(chǎn)生氣化碳的等離子流；(b)將一種待涂層的刀片定向于上述等離子流內(nèi)，以便在上述刀片的刀刃上沉積上述的蒸發(fā)碳。(c)使上述的刀片相對于上述等離子流而變化姿態(tài)以便在上述刀片的刀刃的第一斜面上和第二斜面上沉積上述的氣化碳。其特征在于，在上述的刀刃的第一斜面上和第二斜面上沉積上述的氣化碳是以大致均等的速度進(jìn)行的。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，上述的刀片夾持在一個(gè)含有多個(gè)層疊刀片的疊層內(nèi)，上述的刀片定向和變化姿態(tài)的步驟是對上述的一層疊刀片同時(shí)進(jìn)行的。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其特征在于，(a)上述層疊刀片中的每個(gè)刀片在它的刀刃的第一斜面與第二斜面的交界處都有一個(gè)尖頂，而刀片的疊合要使所有刀片的尖頂組成一個(gè)平面；(b)上述的等離子流是可分解為一組大致平行的線的大致定向的流速；和(c)上述的使刀片定向的步驟還包括這樣安置刀片的步驟即，要使得上述平面的垂線與上述一組大致平行的線中之一形成的角度處于20°-90°的范圍內(nèi)，從而使上述刀刃的第一斜面和第二斜面中有一個(gè)以上述的角度暴露在等離子流內(nèi)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其特征在于上述的改變刀片的姿態(tài)的步驟包括使上述刀片的刀刃的第一斜面和第二斜面分別呈上述角度暴露在等離子流中的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于，上述的將刀片的刀刃的第一斜面和第二斜面分別暴露在等離子流中的步驟還包括使層疊刀片與等離子流彼此相對移動(dòng)的步驟，從而使上述的第一和第二斜面分別依序地暴露在上述等離子流中，以便使上述第一和第二斜面在上述的依序暴露時(shí)各自形成一個(gè)逐漸增厚的沉積層。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其特征在于，上述增厚的沉積層的增量為3A°-500A°，并且，上述的移動(dòng)步驟重復(fù)地進(jìn)行，直到在上述刀刃的第一斜面和第二斜面上分別沉積出至少兩個(gè)增量的沉積層為止。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于，上述的將刀刃的第一斜面和第二斜面分別暴露在等離子流中的步驟還包括采用一個(gè)與上述的過濾陰極弧源相結(jié)合的第二等離子發(fā)生裝置來產(chǎn)生一股第二氧化碳等離子流，從而可使上述的第一和第二斜面分別呈上述角度同時(shí)暴露在等離子流中，以便在上述第一和第二斜面上分別同時(shí)形成一個(gè)沉積層。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于，還包括對刀片先加一個(gè)第一偏壓然后中一個(gè)第二偏壓，與此同時(shí)在刀片上進(jìn)行上述的氣化碳沉積的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其特征在于，上述的第一偏壓為200-2000伏，上述的第二偏壓為10-200伏。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其特征在于，上述的施加第一偏壓的時(shí)間長達(dá)2分鐘。
35.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，上述刀片夾持在含有一組刀片的夾持器內(nèi)，上述的使刀片定向和變換姿態(tài)的步驟是對上述夾持器內(nèi)的刀片進(jìn)行的。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其特征在于，(a)上述夾持器內(nèi)的一組刀片中的每一刀片在其刀刃的第一斜面的第二斜面交界處都有一個(gè)尖部，并具有由該尖部與上述第一和第二斜面形成的第一角；(b)上述的等離子流是一種可分解成一組大致平行的線的大致定向的流束；和(c)上述的使刀片定向設(shè)置的步驟還包括以下述方式安置刀片的步驟使由上述第一角的等分線與上述一組大致平行的線中之一相交形成的第二角處于20°-90°的范圍內(nèi)，從而使刀片的刀刃的上述第一斜面和第二斜面中的一個(gè)斜面呈上述角度暴露在等離子流中。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其特征在于，上述的變換刀片姿勢的步驟包括使刀片的刀刃的第一斜面和第二斜面分別呈上述角度暴露在等離子流中的步驟。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其特征在于，上述的使刀片刀刃的第一和第二斜面分別暴露在等離子流中的步驟還包括使一組刀片與等離子流彼此作相對移動(dòng)的步驟，從而使上述第一和等二斜面分別依序暴露在上述的等離子流中，以便使上述斜面在依序暴露的過程中分別形成一個(gè)逐漸增厚的沉積層。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其特征在于，上述的增厚的沉積層的增量為3A°-500A°，上述的移動(dòng)步驟重復(fù)地進(jìn)行，直到在上述刀片刀刃的第一第二斜面上至少分別沉積出兩個(gè)增量的沉積層為止。
40.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其特征在于，上述的將刀片刀刃的第一斜面和第二斜面分別暴露在等離子流中的步驟還包括采用一個(gè)與上述的過濾陰極弧源相結(jié)合的第二等離子發(fā)生裝置來產(chǎn)生一股第二氣化碳等離子流，從而可使上述的第一斜面和第二斜面分別呈上述角度同時(shí)暴露在等離子流中，以便在上述的每一斜面上分別同時(shí)地形成一個(gè)沉積層。
41.根據(jù)權(quán)利要求37的方法，其特征在于，還包括對刀片先加一個(gè)第一偏壓然后再加一個(gè)第二偏壓，與此同時(shí)在刀片上進(jìn)行上述的氣化碳沉積步驟。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其特征在于，上述的第一偏壓為200-2000伏，上述的第二偏壓為10-200伏。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其特征在于上述的施加第一偏壓的時(shí)間長達(dá)2分鐘。
44.一種具有由一個(gè)第一斜面和一個(gè)第二斜面形成的刀刃的刀片，上述的刀刃在上述第一斜面與第二斜面交界處上有一個(gè)尖頂，并且，該頂部與第一和第二斜面形成一個(gè)角度，其特征在于，上述的刀刃含有一層沉積在上述第一斜面和第二斜面上而包住上述尖頂?shù)挠蔡纪繉?，該硬碳涂層具有從垂直于上述第一斜面或第二斜面測量的第一厚度，并具有一個(gè)沿上述角度的等分線測量的第二厚度，該第二厚度與上述第一厚度之比至少為2∶1。上述硬碳涂層的硬度至少為40千兆牛頓/米2。
全文摘要
改進(jìn)的剃刀和剃刀片以及制造具有鋒利而耐用的刀刃的剃刀片(16，20，44)或類似刮剃工具的方法，優(yōu)先采用過濾陰極弧等離子源極使上述刀刃上沉積出非晶態(tài)金剛石硬碳涂層(60)，沉積在基片(50)的鋒利刃邊上的非晶態(tài)金剛石涂層(60)至少含有40％(體積)的碳鍵，其硬度至少為45千兆牛頓/米
文檔編號(hào)B26B21/56GK1148824SQ95193227
公開日1997年4月30日 申請日期1995年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月25日
發(fā)明者托馬斯·G·德克爾, 喬治·P·倫迪, 大為·L·帕帕斯, 里查德·P·韋爾提, C·羅伯特·帕倫提 申請人:吉萊特公司