專利名稱：一種提高薄膜沉積質(zhì)量的電弧離子鍍設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高薄膜沉積質(zhì)量 的電弧離子鍍設(shè)備。
背景技術(shù)：
電弧離子鍍于上個世紀(jì)60年代產(chǎn)生于前蘇聯(lián)，于80年代初在美國率先實 現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，主要應(yīng)用在刀具表面的TiN類硬質(zhì)薄膜的沉積上，由于大幅度提高 刀具的使用壽命，曾引起過一場廣泛的刀具技術(shù)革命，迅速地推動了機(jī)械加工 業(yè)的自動化生產(chǎn)線的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。此外，電弧離子鍍在裝飾鍍膜領(lǐng)域也冇著廣 泛的應(yīng)用。
電弧離子鍍是離化率最高(70 90%)的離子鍍形式，因此它具有沉積速 率快，膜層致密，膜基結(jié)合力強(qiáng)等優(yōu)點；不過其不足之處也很鮮明，就是總是 有"大顆粒"伴隨薄膜的沉積而使薄膜質(zhì)量大大降低。用磁過濾的方法抑制和凈化 大顆粒被證明是行之有效的方法，比如Bendavid(BendavidA，etal.， Morphology and optical properties of gold thin films prepared by filtered arc deposition. Thin Solid Films, 1999， 354: 169-175)和Aksenov (Aksenov 11， et al. A rectilinear plasma filtering system for vacuum-arc deposition of diamond-like carbon coatings. Diamond Related Matter, 1999， 8: 468-471)等人在早期對此進(jìn)行了研究和應(yīng)用， 尤其特別是Shi X等(Shi X， et al. 'Filtered Cathodic Arc Source. US Patent 6 031 239， Feb. 29， 2000)發(fā)明了空間彎管結(jié)構(gòu)的封閉式過濾裝置，使電弧沉積中的大 顆粒污染幾乎降低為零，使出口端的離化率接近100%，主要應(yīng)用在極高品質(zhì)精 細(xì)薄膜的合成上。不過因加強(qiáng)過濾效果所帶來的問題是沉積速率嚴(yán)重下降，有 時低到僅為未加過濾的3Q/^左右，在大眾化的工業(yè)領(lǐng)域由于設(shè)備復(fù)雜和成本過高 很難得到推廣應(yīng)用。
在電弧鍍的磁過濾技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)中，過濾程度和沉積效率始終是一對矛 盾，過分追求過濾程度則造成沉積效率過分下降，要保證電弧鍍的沉積速率優(yōu) 勢又肯定帶來大顆粒污染的嚴(yán)重。如何調(diào)和解決這一矛盾，以使電弧離子鍍技 術(shù)有更寬的普適性，尤其是適應(yīng)當(dāng)今大眾化的工業(yè)領(lǐng)域提高鍍膜生產(chǎn)質(zhì)量的需
要，是該電弧離子鍍所急待解決的問題。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型提供一種既能保證沉積效率，又能取得好的過濾效果的提高薄 膜沉積質(zhì)量的電弧離子鍍設(shè)備。
本實用新型的技術(shù)構(gòu)思是，采用帶有穩(wěn)弧磁場和加長過濾磁場的雙磁場結(jié) 構(gòu)的弧源，通過設(shè)置二級磁場的合理匹配保證等離子體的傳輸效率，而同時輔 以磁過濾通道幾何尺寸的優(yōu)化來提高大顆粒的凈化效果，從而達(dá)到既保證沉積 效率又提高薄膜沉積的質(zhì)量目的。
本實用新型的技術(shù)解決方案是， 一種提高薄膜沉積質(zhì)量的電弧離子鍍設(shè)備，
由真空室1、真空系統(tǒng)2、載物臺3、陰極弧源4、偏壓電源6、陰極弧源電源 15、送氣控制器16和真空計量系統(tǒng)17構(gòu)成，真空系統(tǒng)2、送氣控制器16和真 空計量系統(tǒng)17與真空室1連接，載物臺3與真空室1轉(zhuǎn)動連接，偏壓電源6與 載物臺3的轉(zhuǎn)軸連接，陰極弧源電源15與陰極弧源4連接，陰極弧源4與真空 室l連接；其中，陰極弧源4是由一級磁場線圈8、 一級線圈支撐圓筒9、 二級 磁場線圈10、 二級線圈支撐圓筒11和金屬陰極靶7構(gòu)成的雙電磁場結(jié)構(gòu)， 一級 線圈支撐圓筒9與二級線圈支撐圓筒11連接，二級線圈支撐圓筒11與真空室1 上的弧源法蘭12連接，與金屬陰極靶循環(huán)水管13連接的金屬陰極靶7固定在 與一級線圈支撐圓筒9連接的后封法蘭14上；其中一級線圈支撐圓筒9的內(nèi)徑 為O120-250mm，長度為40-100mm， 一級線圈8的纏繞密度為8-30匝/mm，線 圈銅線直徑為0.5-2mm; 二級線圈支撐圓筒11的內(nèi)徑為O150-300mm，長度為 200-400mm， 二級線圈10纏繞密度為5-20匝/mm，線圈銅線直徑為0.5-1.5mm。 本實用新型的有益效果是，沉積過程中大顆粒的數(shù)量和尺寸被大幅度減少 從而提高了薄膜的沉積質(zhì)量，但又降低薄膜的沉積效率。以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實用新型的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，l.真空室；2.真空系統(tǒng)；3.載物臺；4.陰極弧源；5.工件；6.脈沖偏Jii 電源；7.金屬陰極靶；8.—級磁場線圈；9. 一級磁場線圈支撐圓筒；10.二級 磁場線圈；11. 二級磁場線圈支撐圓筒；12.弧源法蘭；13.金屬陰極靶循環(huán)水管; 14.后封法蘭；15.陰極弧源電源；16.送氣控制器；17.真空計量系統(tǒng)。
具體實施方式
鍍純鉻薄膜在真空室1的弧源法蘭12上安裝4個二級電磁場過濾結(jié)構(gòu)的 陰極弧源4，其中， 一級線圈支撐圓筒9的內(nèi)徑為O150mm，長度為80mm， 一 級線圈8的纏繞密度為10匝/mm，線圈銅線直徑為0.6mm; 二級線圈支撐圓筒 11內(nèi)徑為①160mm，長度為200mm， 二級線圈10纏繞密度為20匝/mm，線圈 銅線直徑為1.3mm，金屬陰極靶7為純鉻； 一級線圈支撐圓筒9與二級線圈支 撐圓筒11用法蘭連接，二級線圈支撐圓筒11與真空室1上的弧源法蘭12連接， 與金屬陰極靶循環(huán)水管13連接的金屬陰極靶7固定在與一級線圈支撐圓筒9連 接的后封法蘭14上，法蘭連接處用真空膠圈密封。
將工件清洗干燥后放入真空室1的載物臺3中，抽真空到lxlO-3Pa;通氬 氣到0.5Pa，力卩-1000Vx40KHzx40。/。的脈沖負(fù)偏壓進(jìn)行濺射清洗，時間為5min; 然后將一級磁場線圈電流調(diào)整到3A， 二級線圈電流為2A，引燃4個弧源上的 陰極金屬鉻靶，弧流均調(diào)整為IOOA，將脈沖偏壓調(diào)節(jié)為-300Vx40KHzx50M進(jìn)行 鍍膜，時間為50min，鍍膜到時后卸偏壓，?；?，停氣，斷電，最后爐冷到3(TC 后取出工件。結(jié)果在工件表面沉積合成大顆粒數(shù)量少、致密度高、厚度為2pm 的高質(zhì)量純鉻薄膜。
權(quán)利要求1.一種提高薄膜沉積質(zhì)量的電弧離子鍍設(shè)備，由真空室(1)、真空系統(tǒng)(2)、載物臺(3)、陰極弧源(4)、偏壓電源(6)、陰極弧源電源(15)、送氣控制器(16)和真空計量系統(tǒng)(17)構(gòu)成，真空系統(tǒng)(2)、送氣控制器(16)和真空計量系統(tǒng)(17)與真空室(1)連接，載物臺(3)與真空室(1)轉(zhuǎn)動連接，偏壓電源(6)與載物臺(3)的轉(zhuǎn)軸連接，陰極弧源電源(15)與陰極弧源(4)連接，陰極弧源(4)與真空室(1)連接；陰極弧源(4)是由一級磁場線圈(8)、一級線圈支撐圓筒(9)、二級磁場線圈(10)、二級線圈支撐圓筒(11)和金屬陰極靶(7)構(gòu)成的雙電磁場結(jié)構(gòu)，一級線圈支撐圓筒(9)與二級線圈支撐圓筒(11)連接，二級線圈支撐圓筒(11)與真空室(1)上的弧源法蘭(12)連接；其特征在于，與金屬陰極靶循環(huán)水管(13)連接的金屬陰極靶(7)固定在與一級線圈支撐圓筒(9)連接的后封法蘭(14)上；一級線圈支撐圓筒(9)的內(nèi)徑為Φ120-250mm，長度為40-100mm，一級線圈(8)的纏繞密度為8-30匝/mm，線圈銅線直徑為0.5-2mm；二級線圈支撐圓筒(11)的內(nèi)徑為Φ150-300mm，長度為200-400mm，二級線圈(10)纏繞密度為5-20匝/mm，線圈銅線直徑為0.5-1.5mm。
專利摘要一種提高薄膜沉積質(zhì)量的電弧離子鍍設(shè)備屬于金屬材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。其技術(shù)解決方案是采用帶有穩(wěn)弧磁場和加長過濾磁場的雙磁場結(jié)構(gòu)的弧源，通過設(shè)置二級磁場的合理匹配保證等離子體的傳輸效率，而同時輔以磁過濾通道幾何尺寸的優(yōu)化來提高大顆粒的凈化效果，從而達(dá)到既保證沉積效率又提高薄膜沉積的質(zhì)量目的。主要適用于金屬材料表面改性領(lǐng)域。
文檔編號C23C14/32GK201183820SQ20082001169
公開日2009年1月21日 申請日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者林國強(qiáng) 申請人:大連理工大學(xué)