專利名稱：納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置的制作方法
專利說(shuō)明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型屬于金屬材料工模具表面硬質(zhì)鍍膜裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置二、背景技術(shù)為了使金屬材料工模具如切削刀具等獲得優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，提高其使用壽命和機(jī)械加工效率，解決思路之一是對(duì)工模具表面進(jìn)行改性，使之覆蓋上硬質(zhì)薄膜材料來(lái)獲得，因此，硬質(zhì)薄膜材料及工模具表面改性技術(shù)是備受材料界關(guān)注的研究領(lǐng)域之一。
隨著納米科學(xué)與技術(shù)的研究日趨升溫，目前在工模具表面覆蓋的納米硬質(zhì)薄膜可分為兩大類，一類納米復(fù)合超硬薄膜，另一類是納米超硬多層薄膜。納米復(fù)合超硬薄膜是德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)S.Veprek教授在1995年提出的。S.Veprek教授在對(duì)Ti-Si-N納米復(fù)合超硬薄膜進(jìn)行了較系統(tǒng)的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究后，已于上世紀(jì)末，將其在德國(guó)、瑞士、捷克等歐洲國(guó)家的涂層公司(如SHM、Platit)進(jìn)行了工業(yè)化應(yīng)用。S.Veprek教授的Ti-Si-N納米復(fù)合超硬薄膜主要是采用真空柱狀電弧離子鍍及等離子體輔助化學(xué)氣相沉積技術(shù)獲得的，且其工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備是建立在真空柱狀電弧離子鍍?cè)O(shè)備基礎(chǔ)之上的，并已申請(qǐng)了專利(S.Veprek，S.Reiprich and Li Shizhi，Superhard nanocrystallinecomposit materialsThe c-TiN/a-Si3N4 system，Appl.Phys.Lett.，66(1995)2640)。雖然獲得的Ti-Si-N納米復(fù)合超硬薄膜較之傳統(tǒng)的單一的氮化鈦(TiN)、碳化鈦(TiC)硬質(zhì)薄膜，使刀具、模具的加工效率和使用壽命明顯得到了提高，但由于該項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)化生產(chǎn)上主要采用的是真空柱狀電弧離子鍍技術(shù)，目前主要適合于硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)棒式切削刀具涂層，因而在可轉(zhuǎn)位刀片及大型齒輪刀具等工件鍍膜方面，并不具備技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，且難于在大范圍及復(fù)雜型面的切削刀具上形成所謂的復(fù)合結(jié)構(gòu)膜，另外，由該技術(shù)所形成的薄膜表面仍顯粗糙，從而影響了其在精密切削領(lǐng)域中的應(yīng)用。
納米超硬多層薄膜研究的人員較多，如英國(guó)Sheffield Hallam大學(xué)的Dieter Munz教授在2000年提出的超晶格薄膜就是一種納米超硬多層薄膜。該薄膜的提出不僅為T(mén)i-Si-N納米多層超硬薄膜的研究開(kāi)辟了空間，同時(shí)也引發(fā)了各國(guó)學(xué)者的研究熱情。超晶格薄膜的超硬性和力學(xué)性主要來(lái)自于其組成物(包括氮化物/氮化物、氮化物/碳化物、碳化物/碳化物、氮化物或碳化物/金屬、氮化物/氧化物等)的性質(zhì)及超細(xì)顯微結(jié)構(gòu)，盡管這些組成物的常規(guī)塊狀材料硬度遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到40Gpa，但當(dāng)膜的顯微結(jié)構(gòu)組織達(dá)到納米數(shù)量級(jí)時(shí)，由兩種或兩種以上這些組成物構(gòu)成的多層膜系的力學(xué)性能會(huì)發(fā)生極大的變化，得到任何單一組分膜所不具備的硬度和彈性模量(《納米表面工程》，化學(xué)工業(yè)出版社，ISBN7-5025-4789-4/TQ·1813，P147)。又如上海交通大學(xué)公開(kāi)的“超硬納米多層薄膜及其制作工藝”(CN1254032A)制備的也是一種納米超硬多層薄膜。該工藝是在金屬或陶瓷或其他材料的基體上，利用反應(yīng)濺射沉積法制取NbN層和TaN層多層薄膜，并可根據(jù)使用要求交替制取NbN層和TaN層，其制取工藝步驟為首先將金屬或陶瓷或其他材料的基體表面作鏡面拋光處理，然后再利用反應(yīng)濺射沉積法交替制取NbN層和TaN層多層薄膜，各層厚度控制在1.5nm～9.0nm，且厚度比為1，交替沉積多層薄膜總厚度為1μm～3μm。雖然公開(kāi)的制備納米多層超硬薄膜的現(xiàn)有技術(shù)各有其特點(diǎn)，但制備過(guò)程中仍然不同程度地存在以下一些問(wèn)題①由于制備Ti-Si-N超硬多層薄膜普遍采用的是離化率低、離子能量低的陰極濺射法，盡管非平衡磁場(chǎng)、輔助離子源技術(shù)的建立彌補(bǔ)了該技術(shù)上的一些缺陷，但相對(duì)離化率仍然偏低、且繞鍍性差，因而在一定程度上影響了其在工模具領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是不利于復(fù)雜型面的鍍膜；②調(diào)制周期的控制難度大、穩(wěn)定性差，且目前所有的工業(yè)應(yīng)用技術(shù)所能達(dá)到的調(diào)制周期約為100～200納米，而理論研究的出的數(shù)據(jù)通常要求低于50納米，否則超硬效應(yīng)無(wú)法體現(xiàn)；③雖然在實(shí)驗(yàn)室中能在拋光試片上可獲得納米多層薄膜，但在工業(yè)制備過(guò)程中存在薄膜與基材的粘結(jié)強(qiáng)度低，易剝落，無(wú)法滿足使用要求的現(xiàn)象；④Ti-Si-N納米多層薄膜具有較高的內(nèi)應(yīng)力，薄膜易破裂而導(dǎo)致剝落。因而在實(shí)際工模具上尚無(wú)法制備出符合應(yīng)用要求的納米多層超硬薄膜，幾乎不存在工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)已有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置，該裝置制備的納米多層鈦硅氮超硬薄膜能符合使用要求，并能達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)水平。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)理念來(lái)源于熱陰極離子鍍技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)的穩(wěn)定性，且依據(jù)物理氣相沉積離子鍍膜能產(chǎn)生大密度、高能量離子，有助于薄膜組織的致密性、均勻性及粘結(jié)強(qiáng)度提高的特點(diǎn)，在現(xiàn)有的Balzers熱陰極離子鍍膜機(jī)的工作原理基礎(chǔ)上，增加了磁控濺射蒸發(fā)源，從而創(chuàng)新性地建立了一種二元蒸發(fā)源離子鍍技術(shù)，并且根據(jù)該技術(shù)具體設(shè)計(jì)了實(shí)用性強(qiáng)，并能達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)水平的納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置。
本實(shí)用新型提供的納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置，包括底盤(pán)進(jìn)出機(jī)構(gòu)、底盤(pán)、底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)、坩堝、坩堝升降機(jī)構(gòu)、輔助陽(yáng)極、工模具夾具、工模具夾具轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、真空蒸鍍室、支架、磁場(chǎng)線圈、氬氣充氣口、氮?dú)獬錃饪凇⒋髿獬錃饪?、真空測(cè)量口、熱陰極絲、真空抽氣管和真空機(jī)組，其中底盤(pán)進(jìn)出機(jī)構(gòu)位于真空蒸鍍室支架下部，并與支架相連；底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)位于支架內(nèi)；底盤(pán)由底盤(pán)進(jìn)出機(jī)構(gòu)送入底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)，再由底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)提升與安裝在支架上的真空蒸鍍室相連；坩堝位于底盤(pán)中部，安放在固連于底盤(pán)的坩堝升降機(jī)構(gòu)上；輔助陽(yáng)極安裝在坩堝旁側(cè)的底盤(pán)上；工模具夾具分布固連于坩堝四周的底盤(pán)上，并與各自位于底盤(pán)下的工模具夾具轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連；真空蒸鍍室固定在支架上，室壁一側(cè)開(kāi)有真空抽氣孔，并通過(guò)其上連接的真空抽氣管與真空機(jī)組相連，真空抽氣孔相鄰一側(cè)的室壁上開(kāi)有觀察孔；磁場(chǎng)線圈為兩個(gè)，分別包覆在真空蒸鍍室上、下端的外壁上；熱陰極絲安裝在真空蒸鍍室頂蓋中部，并與坩堝相對(duì)；氬氣充氣口穿過(guò)熱陰極絲安裝在真空蒸鍍室頂蓋中心線上；氮?dú)獬錃饪?、大氣充氣口和真空測(cè)量口位于氬氣充氣口外側(cè)的真空蒸鍍室頂蓋上，其特征在于在真空蒸鍍室室壁四周還設(shè)置有2～6個(gè)磁控濺射源和與之相連的匹配電源，該磁控濺射源包括法蘭座、殼體、襯板、磁鋼、擋塊、冷卻底板、硅板、壓套、密封絕緣件和冷卻水嘴，其中法蘭座的截面形狀呈“π”形，鑲嵌焊接在真空蒸鍍室室壁匹配的孔中；殼體為一截面形狀呈“π”形的盤(pán)，由連接件固連在法蘭座的外端面上，密封絕緣墊安放其間，殼體盤(pán)內(nèi)的階梯凹槽中依次安放襯板、磁鋼和擋塊，擋塊分布在磁鋼之間，并與磁鋼位于同一平面；冷卻底板覆蓋在殼體的階梯凹槽外，使磁鋼、擋塊和冷卻底板之間形成一空間作為冷卻水道；冷卻水嘴穿過(guò)殼體、襯板、磁鋼和擋塊，與冷卻水道相通；硅板安放在冷卻底板上，并由截面呈“凹”形的壓套固定，壓套的凹槽底開(kāi)有通孔；壓套、冷卻底板通過(guò)連接件固連在殼體盤(pán)槽的底端面。
使用時(shí)，先將已清洗的、需鍍膜的工模具固定在位于底盤(pán)的工模具夾具上，放有金屬鈦的坩堝置于底盤(pán)的坩堝升降機(jī)構(gòu)上，開(kāi)動(dòng)底盤(pán)進(jìn)出機(jī)構(gòu)和底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)將底盤(pán)送至真空蒸鍍室底部并與之連接為一體；然后打開(kāi)真空機(jī)組對(duì)真空蒸鍍室抽真空，并通過(guò)真空測(cè)量口測(cè)量真空蒸鍍室的真空度，以保證整個(gè)涂層過(guò)程處于真空狀態(tài)；其后打開(kāi)氬氣充氣口，向真空蒸鍍室內(nèi)通入氬氣，并同時(shí)給熱陰極絲和磁場(chǎng)線圈通電，在低電壓、大電流的條件下，熱陰極絲發(fā)射出強(qiáng)電子束，以對(duì)由工模具夾具轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)而連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的被鍍工模具進(jìn)行加熱及離子刻蝕；再后，由于電子束受坩堝電位及磁場(chǎng)的影響，被引入坩堝，使置于坩堝中的金屬鈦被加熱熔化、蒸發(fā)，在坩堝上方形成等離子區(qū)，隨后打開(kāi)氮?dú)獬錃饪谕ㄈ氲獨(dú)猓㈤_(kāi)啟與磁控濺射源相連的匹配控制電源，使磁控濺射靶源產(chǎn)生輝光放電，并將硅以原子的形式從硅板上濺射出，同時(shí)在靶面附近被離化；由于置于工模具夾具上的工模具通過(guò)偏壓電源被施加以負(fù)電壓，一方面使離化了的鈦離子加速向工模具運(yùn)動(dòng)，并與氮離子一起在工模具表面上反應(yīng)生成TiN薄膜，另一方面，由于磁控濺射源的硅板也在不斷地濺射形成硅離子，因而也使其與氮離子一起在工模具表面上反應(yīng)生成SiNX薄膜。當(dāng)被鍍工模具某一表面轉(zhuǎn)至正對(duì)坩堝時(shí)，則在該表面處反應(yīng)生成TiN膜；當(dāng)被鍍工模具繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，使該表面轉(zhuǎn)至正對(duì)于磁控濺射靶時(shí)，則可在此處反應(yīng)生成SiNX膜。由于在整個(gè)鍍膜過(guò)程中，工模具始終處于連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)之中，從而保證了工模具各表面可連續(xù)、交替形成TiN、SiNX薄膜，達(dá)到制備多層Ti-Si-N薄膜的目的。當(dāng)被鍍工模具鍍膜達(dá)到要求后，先關(guān)閉主電源、氬氣充氣口、氮?dú)獬錃饪?，?jīng)過(guò)一段冷卻時(shí)間，然后打開(kāi)大氣充氣口，使真空蒸鍍室內(nèi)氣壓與室外大氣壓一致后，將底盤(pán)與真空蒸鍍室分離，并由底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)向下運(yùn)送至底盤(pán)進(jìn)出機(jī)構(gòu)上，最后由底盤(pán)進(jìn)出機(jī)構(gòu)將其運(yùn)送至支架外，即可將被鍍工模具從工模具夾具取下。
另外，由于坩堝可以通過(guò)坩堝升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降，故而在鍍膜沉積過(guò)程中，可以通過(guò)控制坩堝位置的變化，在軸線方向?qū)崿F(xiàn)對(duì)薄膜厚度的控制。
本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、由于本實(shí)用新型是將離子蒸發(fā)鍍與磁控濺射二元技術(shù)結(jié)合為一體設(shè)計(jì)的，因而可取長(zhǎng)補(bǔ)短，既可充分發(fā)揮離子蒸發(fā)鍍具有較高離化率，有助于薄膜組織的致密性、均勻性及粘結(jié)強(qiáng)度提高的特點(diǎn)，又有效的解決了原Balzers熱陰極離子鍍膜機(jī)不能蒸發(fā)Si材料的技術(shù)難題，且繞鍍性優(yōu)于磁控濺射法，是工模具表面改性的一種新型的納米多層鈦硅氮超硬薄膜涂層裝置。
2、由于本實(shí)用新型可以使連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的工模具在整個(gè)鍍膜過(guò)程中，始終保持在同一時(shí)間里至少有兩個(gè)表面在被鍍中，因而與傳統(tǒng)的單一方法相比，本實(shí)用新型可保證工模具各表面薄膜生長(zhǎng)過(guò)程的連續(xù)性，使之能交替形成TiN、SiNX薄膜，達(dá)到制備納米多層Ti-Si-N薄膜的目的，并可通過(guò)控制蒸發(fā)源與待涂工模具的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間、空間關(guān)系，可以調(diào)節(jié)各膜層恰當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)速度，使納米層調(diào)制周期能得到精準(zhǔn)的控制。
3、由于用本實(shí)用新型獲得的涂層都是以離子結(jié)合方式形成的膜層，因此特別利于納米尺度膜層的形成及控制，并可使獲得的Ti-Si-N納米多層超硬薄膜與傳統(tǒng)的TiN薄膜相比硬度可提高50％以上，達(dá)到Hv3000以上；而高溫抗氧化溫度也由500℃提高到700℃。
4、由于用本實(shí)用新型可以通過(guò)電流分別控制兩個(gè)蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率，實(shí)現(xiàn)對(duì)TiN/SiNX膜層結(jié)構(gòu)的調(diào)整，獲得達(dá)到10Kg以上的理想粘結(jié)強(qiáng)度，并將薄膜內(nèi)應(yīng)力控制在合理的范圍內(nèi)，因而解決了要使Ti-Si-N超硬薄膜達(dá)到應(yīng)用水平，而必須解決的薄膜內(nèi)應(yīng)力的控制及與基材的粘結(jié)強(qiáng)度的提高這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
5、由于用本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)理念來(lái)源于熱陰極離子鍍技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)的穩(wěn)定性，因而賦予了其極具工業(yè)化生產(chǎn)的功能，并通過(guò)應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證了本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于各類高速鋼、硬質(zhì)合金切削刀具的涂層加工，且已達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)水平，使獲得的各類切削刀具涂層的壽命比TiN涂層刀具可提高200％，對(duì)于高速鋼刀具而言，與目前國(guó)際水平的TiAlN涂層刀具壽命相當(dāng)，而硬質(zhì)合金Ti-Si-N涂層刀具壽命較TiAlN涂層刀具可提高50％～100％。
四

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型真空蒸鍍室的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型磁控濺射源的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的磁鋼和擋塊排布的半剖結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出實(shí)施例并對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)用新型包括主要由底盤(pán)進(jìn)出機(jī)構(gòu)1、底盤(pán)4、底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)3、坩堝5、坩堝升降機(jī)構(gòu)19、輔助陽(yáng)極6、工模具夾具7、工模具夾具轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、真空蒸鍍室9、支架18、磁場(chǎng)線圈17、氬氣充氣口22、氮?dú)獬錃饪?0、大氣充氣口14、真空測(cè)量口21、熱陰極絲10、真空抽氣管15、真空機(jī)組16構(gòu)成的熱陰極離子鍍膜機(jī)、磁控濺射源8和與之相連的匹配電源37。
熱陰極離子鍍膜機(jī)本實(shí)施例選用由成都工具研究所制造的CTI-830熱陰極離子鍍膜機(jī)。該機(jī)中底盤(pán)進(jìn)出機(jī)構(gòu)1位于真空蒸鍍室9下部，并與支架18相連，底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)3位于支架18內(nèi)，底盤(pán)4由底盤(pán)進(jìn)出機(jī)構(gòu)1送入底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)3，再由底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)3提升與安裝在支架18上的真空蒸鍍室9相連為一體。坩堝5位于底盤(pán)4中部，安放在固連于底盤(pán)的坩堝升降機(jī)構(gòu)19上，可由其上升或下降來(lái)控制坩堝5在真空蒸鍍室9中的位置，以在軸線方向?qū)崿F(xiàn)對(duì)薄膜厚度的控制。輔助陽(yáng)極6與坩堝5同心，安裝在坩堝5旁，以通過(guò)產(chǎn)生的正電場(chǎng)來(lái)引導(dǎo)電子束離化坩堝5中的金屬鈦。工模具夾具7分布固連于坩堝四周的底盤(pán)4上，并與各自位于底盤(pán)下的工模具夾具轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2相連。工模具夾具7的結(jié)構(gòu)需與鍍膜工模具12的結(jié)構(gòu)相匹配，這些都是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員熟知的知識(shí)。本實(shí)施例圖1中顯示的鍍膜工模具12為一滾刀。真空蒸鍍室9固定在支架18上，室壁一側(cè)開(kāi)有真空抽氣孔13，并通過(guò)其上連接的真空抽氣管15與真空機(jī)組16相連，觀察孔11開(kāi)在真空抽氣孔13相鄰一側(cè)的室壁上。磁場(chǎng)線圈17為兩個(gè)，分別包覆在真空蒸鍍室9上、下端的外壁上，與電源相連，并可通過(guò)電源控制產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小。熱陰極絲10安裝在真空蒸鍍室9頂蓋中部，并與坩堝5相對(duì)。氬氣充氣口22穿過(guò)熱陰極絲10安裝在真空蒸鍍室9頂蓋中心線上，氮?dú)獬錃饪?0、大氣充氣口14和真空測(cè)量口21位于氬氣充氣口22外側(cè)的真空蒸鍍室9頂蓋上，見(jiàn)圖2。
磁控濺射源8設(shè)置在真空蒸鍍室9室壁四周，可設(shè)置2～6個(gè)，本實(shí)施例設(shè)置了4個(gè)，見(jiàn)圖2。整個(gè)磁控濺射源8的形狀可設(shè)計(jì)為矩形或圓形，本實(shí)施例為矩形，見(jiàn)圖4。每個(gè)磁控濺射源8主要包括法蘭座23、殼體24、襯板31、磁鋼25、擋塊28、冷卻底板29、硅板32、壓套34、密封絕緣件35和冷卻水嘴30，如圖3所示。其中法蘭座23的截面形狀呈“π”形，鑲嵌焊接在真空蒸鍍室9室壁匹配的孔中。殼體24為一截面形狀呈“π”形的盤(pán)，由連接件36即螺釘固連在法蘭座23的外端面上，密封絕緣件35安放其間，殼體24盤(pán)內(nèi)的階梯凹槽中依次安放襯板31、磁鋼25和擋塊28。擋塊28分布在磁鋼25之間，并與磁鋼25位于同一平面，見(jiàn)圖4，且磁鋼25的排布應(yīng)使產(chǎn)生的磁場(chǎng)呈封閉磁場(chǎng)。冷卻底板29覆蓋在殼體24的階梯凹槽外，以使磁鋼25、擋塊28和冷卻底板29之間形成一空間作為冷卻水道。冷卻水嘴30穿過(guò)殼體24、襯板31、磁鋼25和擋塊28，與冷卻水道相通，以對(duì)硅板32進(jìn)行冷卻。硅板32安放在冷卻底板29上，并由截面呈“凹”形的壓套34固定，壓套34的凹槽底開(kāi)有通孔。壓套34、冷卻底板29通過(guò)連接件36即螺釘固連在殼體24盤(pán)槽的底端面。為了防止磁控濺射源的硅板32被其它的磁控濺射源8濺射的離子污染和屏蔽真空蒸鍍室9的磁場(chǎng)對(duì)硅板32的影響，在每個(gè)磁控濺射源8中還設(shè)置了一個(gè)防護(hù)罩33，該防護(hù)罩33為一平板，中部開(kāi)有通孔，由連接件36固連在位于真空蒸鍍室9室壁內(nèi)的法蘭座23底端面。
另外，在每個(gè)磁控濺射源8中還設(shè)置了一個(gè)壓板26和一個(gè)絕緣板27，它們依次固連在殼體24外側(cè)，以固定殼體24和防止磁控濺射源8的電場(chǎng)對(duì)人體產(chǎn)生的影響。
與磁控濺射源8相連的匹配電源37為中頻電源，與磁控濺射源的壓板26連接。
實(shí)施例2本實(shí)施例納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置與實(shí)施例1不同之處在于磁控濺射源8為3個(gè)，形狀為圓形，其余部件的結(jié)構(gòu)、形狀和連接關(guān)系因同實(shí)施例1完全相同，故略去不述。
實(shí)施例3本實(shí)施例納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置與實(shí)施例1不同之處在于磁控濺射源8為5個(gè)，其余部件的結(jié)構(gòu)、形狀和連接關(guān)系因同實(shí)施例1完全相同，故略去不述。
權(quán)利要求1.一種納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置，包括底盤(pán)進(jìn)出機(jī)構(gòu)(1)、底盤(pán)(4)、底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)(3)、坩堝(5)、坩堝升降機(jī)構(gòu)(19)、輔助陽(yáng)極(6)、工模具夾具(7)、工模具夾具轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(2)、真空蒸鍍室(9)、支架(18)、磁場(chǎng)線圈(17)、氬氣充氣口(22)、氮?dú)獬錃饪?20)、大氣充氣口(14)、真空測(cè)量口(21)、熱陰極絲(10)、真空抽氣管(15)和真空機(jī)組(16)，其中底盤(pán)進(jìn)出機(jī)構(gòu)(1)位于真空蒸鍍室支架(18)下部，并與支架(18)相連；底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)(3)位于支架(18)內(nèi)；底盤(pán)(4)由底盤(pán)進(jìn)出機(jī)構(gòu)(1)送入底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)(3)，再由底盤(pán)升降機(jī)構(gòu)(3)提升與安裝在支架上的真空蒸鍍室(9)相連；坩堝(5)位于底盤(pán)(4)中部，安放在固連于底盤(pán)的坩堝升降機(jī)構(gòu)(19)上；輔助陽(yáng)極(6)安裝在坩堝(5)旁；工模具夾具(7)分布固連于坩堝四周的底盤(pán)(4)上，并與各自位于底盤(pán)下的工模具夾具轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(2)相連；真空蒸鍍室(9)固定在支架(18)上，室壁一側(cè)開(kāi)有真空抽氣孔(13)，并通過(guò)其上連接的真空抽氣管(15)與真空機(jī)組(16)相連，真空抽氣孔(13)相鄰一側(cè)的室壁上開(kāi)有觀察孔(11)；磁場(chǎng)線圈(17)為兩個(gè)，分別包覆在真空蒸鍍室(9)上、下端的外壁上；熱陰極絲(10)安裝在真空蒸鍍室(9)頂蓋中部，并與坩堝(5)相對(duì)；氬氣充氣口(22)穿過(guò)熱陰極絲(10)安裝在真空蒸鍍室(9)頂蓋中心線上；氮?dú)獬錃饪?20)、大氣充氣口(14)和真空測(cè)量口(21)位于氬氣充氣口(22)外側(cè)的真空蒸鍍室(9)頂蓋上，其特征在于在真空蒸鍍室(9)室壁四周還設(shè)置有2～6個(gè)磁控濺射源(8)和與之相連的匹配電源(37)，該磁控濺射源(8)包括法蘭座(23)、殼體(24)、襯板(31)、磁鋼(25)、擋塊(28)、冷卻底板(29)、硅板(32)、壓套(34)、密封絕緣件(35)和冷卻水嘴(30)，其中法蘭座(23)的截面形狀呈“π”形，鑲嵌焊接在真空蒸鍍室(9)室壁匹配的孔中；殼體(24)為一截面形狀呈“π”形的盤(pán)，由連接件(36)固連在法蘭座(23)的外端面上，密封絕緣件(35)安放其間，殼體(24)盤(pán)內(nèi)的階梯凹槽中依次安放襯板(31)、磁鋼(25)和擋塊(28)，擋塊(28)分布在磁鋼(25)之間，并與磁鋼(25)位于同一平面；冷卻底板(29)覆蓋在殼體(24)的階梯凹槽外，使磁鋼(25)、擋塊(28)和冷卻底板(29)之間形成一空間作為冷卻水道；冷卻水嘴(30)穿過(guò)殼體(24)、襯板(31)、磁鋼(25)和擋塊(28)，與冷卻水道相通；硅板(32)安放在冷卻底板(29)上，并由截面呈“凹”形的壓套(34)固定，壓套(34)的凹槽底開(kāi)有通孔；壓套(34)、冷卻底板(29)通過(guò)連接件(36)固連在殼體(24)盤(pán)槽的底端面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置，其特征在于在每個(gè)磁控濺射源(8)中還包括一個(gè)防護(hù)罩(33)，該防護(hù)罩(33)為一平板，中部開(kāi)有通孔，由連接件(36)固連在位于真空蒸鍍室(9)室壁內(nèi)的法蘭座(23)底端面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置，其特征在于在每個(gè)磁控濺射源(8)中還包括一個(gè)壓板(26)和一個(gè)絕緣板(27)，它們依次固連在殼體(24)外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置，其特征在于與磁控濺射源(8)相連的匹配電源(37)為中頻電源，與磁控濺射源的壓板(26)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置，其特征在于通過(guò)在真空蒸鍍室(9)室壁四周設(shè)置的磁控濺射源(8)為4個(gè)，形狀為矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置，其特征在于在真空蒸鍍室(9)室壁四周設(shè)置的磁控濺射源(8)為4個(gè)，形狀為矩形。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置，其特征在于在真空蒸鍍室(9)室壁四周設(shè)置的磁控濺射源(8)為4個(gè)，形狀為矩形。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)的納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置，是在已有的熱陰極離子鍍膜機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在其真空蒸鍍室室壁四周設(shè)置了2～6個(gè)磁控濺射源和與之相連的匹配電源。每個(gè)磁控濺射源主要由法蘭座、殼體、襯板、磁鋼、擋塊、冷卻底板、硅板、壓套、密封絕緣件和冷卻水嘴等構(gòu)成。由于本實(shí)用新型將離子蒸發(fā)鍍與磁控濺射二元技術(shù)結(jié)合為一體，因而既可發(fā)揮離子蒸發(fā)鍍較高離化率，使薄膜組織的致密性、均勻性及粘結(jié)強(qiáng)度提高的特點(diǎn)，又解決了已有熱陰極離子鍍膜機(jī)不能蒸發(fā)Si材料的技術(shù)難題，且繞鍍性好，使之能連續(xù)交替形成符合使用要求的TiN、SiNx薄膜，是工模具表面改性的一種新型的、具有工業(yè)化價(jià)值的納米多層鈦硅氮超硬薄膜工模具涂層裝置。
文檔編號(hào)C23C14/54GK2910965SQ20062003435
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月29日
發(fā)明者趙海波, 周彤, 穆建生 申請(qǐng)人:趙海波, 周彤, 穆建生