專利名稱：無(wú)弧斑的真空電弧離子鍍膜技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是應(yīng)用無(wú)弧斑的真空電弧等離子體蒸發(fā)離化源作為鍍料 的供給源的真空電弧離子鍍膜技術(shù)，鑒于此類蒸發(fā)離化源的特點(diǎn)，能 鍍出無(wú)液滴、致密的優(yōu)質(zhì)膜層，又由于在工件上施加負(fù)偏置電壓，使 膜層與工件結(jié)合力極佳，因此嚴(yán)格講，本發(fā)明屬于真空電弧等離子體
技術(shù)領(lǐng)域，但主要應(yīng)用于物理氣相沉積(PVD)鍍膜領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本發(fā)明是本公司積多年實(shí)踐不斷創(chuàng)新的成果，已在公司實(shí)驗(yàn)室多 次試驗(yàn)成功，準(zhǔn)備擴(kuò)大規(guī)模并應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模的鍍膜系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)有關(guān) 此類技術(shù)及相鄰技術(shù)的國(guó)內(nèi)、外專利檢索，舉例表明下列專利雖屬同 類技術(shù)領(lǐng)域，但實(shí)際內(nèi)容和基本原理和本發(fā)明并不相同。
國(guó)內(nèi)專利ACN 03178688
真空電弧沉積i殳備
申請(qǐng)人日新電機(jī)抹式會(huì)社 發(fā)明人入澤一彥等 此發(fā)明設(shè)置了多個(gè)陰極，并可遮擋部分陰極，開(kāi)放某一陰極，達(dá) 到鍍覆多種不同陰極材料的膜層，但都屬于冷陰極有弧斑、有顆 粒液滴的真空電弧沉積i殳備。與本發(fā)明的無(wú)弧斑才艮本上不同。
△ CN 02160651 真空電弧蒸鍍方法及裝置
由電au文電蒸發(fā)陰極材料，由多個(gè)磁鐵形成磁過(guò)濾器，磁過(guò)濾器
中有偏轉(zhuǎn)^茲場(chǎng)，以甩掉熔滴，同時(shí)將等離子體束中的離子送到噴 射孔，進(jìn)入離子淀積腔以成膜在基底上。此發(fā)明均有液滴，與本 發(fā)明明顯不同。國(guó)外專利AUS 6692624 真空鍍膜裝置
申請(qǐng)人International Technology Exchange, Inc.
發(fā)明人A. Y. Kolpakov等 此專利陰極為消耗的，陽(yáng)極同時(shí)作為真空室，在電弧放電柱周圍 的管狀室內(nèi)壁，有肋條狀鋸齒片，以阻擋大顆粒金屬液滴進(jìn)入鍍 膜工件區(qū)，由設(shè)置的磁場(chǎng)使電弧柱偏轉(zhuǎn)，更多液滴被甩掉?？梢?jiàn) 與本發(fā)明無(wú)液滴顯著不同。
△ US 6391164
采用帶有非消耗熱陽(yáng)極的真空電弧沉積薄膜 此發(fā)明雖然也是真空電弧鍍膜，但采用的是非消耗熱陽(yáng)極，在陰 極上發(fā)射陰極大顆粒材料。與本發(fā)明顯著不同。
△ US 4620913 電弧氣相沉積方法和裝置
申請(qǐng)人Multi-Arc Vacuum Systems, Inc.
發(fā)明人Clark Bergman 在電弧氣相沉積,過(guò)程中，維持陰極弧斑，室內(nèi)輔助陽(yáng)極和真 空室壁有電位差。此發(fā)明專利恰恰是冷陰極有弧斑的電弧，與本 發(fā)明成明顯對(duì)照，顯然與本發(fā)明的無(wú)弧斑和室內(nèi)輔助陽(yáng)才及或輔助 陽(yáng)極與真空室壁連接無(wú)電位差明顯不同。
△ US 4551221
真空電弧等離子體裝置
申請(qǐng)?zhí)?40554
發(fā)明人Ivan I. Axenov等 該發(fā)明專利的裝置包括可消耗陰極，以其端面作為工作面，采用 管狀陽(yáng)極，外圍有螺旋線圈，產(chǎn)生的軸向磁場(chǎng)，以控制電弧，整個(gè)過(guò)程也是屬于有弧斑的冷陰極電弧等離子體放電，所以與本發(fā) 明的無(wú)弧斑真空電弧顯著不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及無(wú)弧斑的真空電弧離子鍍膜技術(shù)，為了克服目前常用 的有弧斑的真空陰極電弧離子鍍膜技術(shù)中有液滴發(fā)射的缺點(diǎn)，本發(fā)明 采用無(wú)弧斑的真空電弧等離子體蒸發(fā)離化源作為鍍料的供給源，配置 在真空鍍膜室內(nèi)，應(yīng)用油擴(kuò)散泵+羅茨泵+旋片式機(jī)械真空泵組成無(wú)油
排氣系統(tǒng)，對(duì)真空鍍膜室排氣，以使真空度達(dá)到10-10—3Pa范圍。
采用大直流電流弧電源， 一般可達(dá)2000A,作為真空電弧等離子 體放電電源，陰極接圓形斷面的圓柱陰極，陽(yáng)極連接真空室內(nèi)壁，也 可在真空室內(nèi)專設(shè)一環(huán)狀輔助陽(yáng)極。
通電后，逐漸加大電流，使電流密度達(dá)到電弧放電的量級(jí)時(shí)，在 陰、陽(yáng)極之間形成真空電弧等離子體放電，陰極斷面上無(wú)弧斑，所產(chǎn) 生的無(wú)液滴、高電離度、高密度的金屬蒸氣等離子體射向陰極對(duì)面的 工件，并在工件上施加負(fù)偏置電壓，這就4吏金屬等離子體中的正離子， 相當(dāng)于鍍料正離子，受負(fù)偏置電壓吸引，迅速轟向工件表面，實(shí)現(xiàn)了 符合離子鍍定義的離子鍍膜過(guò)程。適合本技術(shù)的金屬，以沸點(diǎn)高于 1500° K為佳,如Zr、 Ni、 Cr、 Ti等。
為了要改變真空室內(nèi)氣氛，可i殳置多種氣體，如Ar，或02，或 N2，或C2H2,或空氣等及其混合氣體，并經(jīng)過(guò)流量計(jì)計(jì)量，饋入真空 室，與該蒸發(fā)離化源產(chǎn)生的金屬離子形成反應(yīng)性氣相沉積，實(shí)現(xiàn)反應(yīng) 性離子鍍膜，如ZrN， ZrCN, TiN, TiCN, TiAlN， CrN等，形成致密、 無(wú)液滴、結(jié)合力強(qiáng)優(yōu)質(zhì)膜層。


圖1所示是無(wú)弧斑的真空電弧離子IM技術(shù)的原理圖 其中 l.真空鍍膜室2. 負(fù)偏壓電源
3. 工件
4. 陽(yáng)極
5. 真空電弧
6. 無(wú)弧斑、無(wú)液滴、高電離度、高密度金屬蒸氣等離子體
7. 陰極
8. 真空室壁
9. 真空室抽氣口
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明無(wú)弧斑的真空電弧離子鍍膜技術(shù)，在本公司試驗(yàn)多次，鍍 膜效果良好，現(xiàn)已設(shè)計(jì)成工業(yè)規(guī)格的鍍膜機(jī)。首批9個(gè)無(wú)弧斑的真空 電弧等離子體蒸發(fā)離化源裝配在TGN-JKDD9型離子鍍膜機(jī)上，該機(jī)批 量投入市場(chǎng)后，將逐步取代現(xiàn)存有嚴(yán)重環(huán)境污染的傳統(tǒng)電鍍生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1. 一種無(wú)弧斑的真空電弧離子鍍膜技術(shù)，其特征是以無(wú)弧斑的真空電弧等離子體蒸發(fā)離化源，作為被鍍工件的鍍料供給源，將它安置在真空度為10-10-3Pa的真空鍍膜室內(nèi)，室的內(nèi)壁作為無(wú)弧斑真空電弧的陽(yáng)極，也可在真空室內(nèi)專設(shè)一輔助陽(yáng)極，可將此輔助陽(yáng)極與室內(nèi)壁相連接，共同作為陽(yáng)極，也可不連接，內(nèi)壁不作陽(yáng)極，上述鍍料供給源作為無(wú)弧斑真空電弧的陰極，該陰極通常是具有圓形斷面的圓柱形陰極，也可以用任意形斷面的陰極，也可以用盛于坩堝內(nèi)的液態(tài)陰極，此無(wú)弧斑的真空電弧陰極所產(chǎn)生的無(wú)液滴、高電離度、高密度的金屬蒸氣等離子體射向陰極對(duì)面的工件，而在工件上施加負(fù)偏置電壓，則實(shí)現(xiàn)了符合離子鍍定義的規(guī)范的離子鍍鍍膜過(guò)程。
2. 沖艮據(jù)權(quán)利要求1，所涉及的被鍍工件是運(yùn)動(dòng)著的工業(yè)用鋼帶，在 一個(gè)真空,室內(nèi)設(shè)置2臺(tái)或2臺(tái)以上無(wú)弧斑的真空電弧等離子 體蒸發(fā)離化源，分別對(duì)鋼帶正、反面鍍膜，從而在一個(gè)真空 室內(nèi)實(shí)現(xiàn)鋼帶雙面鍍膜技術(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1,所涉及的被鍍工件是懸掛在轉(zhuǎn)架上的金屬件， 在真空皿室內(nèi)設(shè)置1臺(tái)或多臺(tái)無(wú)弧斑的真空電弧等離子體蒸發(fā) 離化源，對(duì)相對(duì)于該源公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)架上的工件，實(shí)現(xiàn)工件全 面積均勻1 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1,被鍍鍍料的金屬種類可以是Zr, Ni, Cr, Ti 等沸點(diǎn)高于1500。 K的金屬。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1，無(wú)弧斑的真空電弧離子鍍膜過(guò)程中，真空鍍膜 室的氣氛，可以是Ar,或N"或02，或(^2等多種氣體，或其混 合氣體。
全文摘要
一種無(wú)弧斑的真空電弧離子鍍膜技術(shù)，將無(wú)弧斑的真空電弧等離子體蒸發(fā)離化源，安裝在真空度為10-10^-3Pa的真空鍍膜室內(nèi)，室的內(nèi)壁作為無(wú)弧斑真空電弧的陽(yáng)極，也可在真空室內(nèi)專設(shè)一輔助陽(yáng)極，可將此輔助陽(yáng)極與室內(nèi)壁相連接，共同作為陽(yáng)極，也可不連接，內(nèi)壁不作陽(yáng)極，蒸發(fā)離化源的圓形斷面的圓柱形陰極是鍍料供給源，供出無(wú)液滴、高電離度、高密度的金屬蒸氣等離子體，并射向陰極對(duì)面的工件，工件上施加負(fù)偏壓，則實(shí)現(xiàn)了符合離子鍍定義的規(guī)范的離子鍍膜過(guò)程。
文檔編號(hào)C23C14/32GK101476107SQ20081000000
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月2日
發(fā)明者王殿儒, 金佑民 申請(qǐng)人:北京長(zhǎng)城鈦金公司