專利名稱：用于粉體顆粒表面鍍膜的對(duì)靶磁控濺射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種粉體顆粒表面鍍膜工藝，具體涉及適用于動(dòng)態(tài)磁控濺射鍍膜的真空鍍膜裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和新材料產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)粉體性能的要求也相應(yīng)不斷提高。通過(guò)物理、化學(xué)、機(jī)械等方法對(duì)粉體材料表面或界面進(jìn)行處理，可以提高或者改變粉體材料的性能，滿足新材料、新工藝和新技術(shù)發(fā)展的需要。其中，表面鍍膜技術(shù)是應(yīng)用最多的粉體表面處理技術(shù)。粉體顆粒表面鍍膜的方法主要有化學(xué)鍍、電鍍、真空濺射鍍、真空蒸鍍、化學(xué)氣相沉積和溶膠-凝膠法等。采用化學(xué)鍍、電鍍、溶膠-凝膠法等化學(xué)方法鍍膜，所獲粉體表面薄膜不均勻、致密性差、純度低，表面膜層的材料體系受限制，由于要采用化學(xué)藥劑也容易造成環(huán)境污染。采用真空濺射鍍膜(以下簡(jiǎn)稱“濺射鍍”)、真空蒸發(fā)沉積鍍膜(以下簡(jiǎn)稱“蒸鍍”)等物理方法不需要采用化學(xué)藥劑，所獲粉體表面薄膜純度高且不存在環(huán)境污染，受到越來(lái)越多的應(yīng)用。采用濺射鍍和蒸鍍等物理方法時(shí)，為了在粉體表面獲得均勻性好的薄膜，需要讓每個(gè)顆粒在薄膜生長(zhǎng)時(shí)都有等同機(jī)會(huì)充分暴露其表面，并且盡可能使粉體顆粒表面各方向的靶材濺射出物質(zhì)的沉積概率相等。專利CN 1718845 A、專利CN101798677 A和專利CN201665704 U公開(kāi)了一種采用立軸式超聲波振動(dòng)樣品臺(tái)的粉體顆粒磁控濺射鍍膜方法。該方法單次處理量小，僅能滿足科研和實(shí)驗(yàn)室需要。專利CN 101082120A公開(kāi)了一種粉體表面進(jìn)行鍍膜的工藝及設(shè)備。其通過(guò)使粉體在錐形漏斗中做螺旋運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到粉體顆粒在濺射場(chǎng)中的均勻暴露。該設(shè)備鍍膜的厚度相對(duì)比較固定，難已調(diào)整且只有一個(gè)靶材不能實(shí)現(xiàn)共濺射。專利CN101805893 A提供了磁控濺射用的臥軸滾筒式樣品臺(tái)，其包括超聲波震動(dòng)機(jī)構(gòu)和篩網(wǎng)等，其鍍膜均勻且鍍膜厚度容易調(diào)整，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且只能單方向?yàn)R射鍍膜。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種粉體顆粒表面鍍膜的對(duì)靶磁控濺射裝置，該裝置可以在粉體顆粒表面會(huì)鍍上一層均勻的薄膜，并可以同時(shí)濺射兩種膜材料。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型包括如下技術(shù)方案—種用于粉體顆粒表面鍍膜的對(duì)靶磁控濺射裝置，該裝置包括真空室、兩端開(kāi)口的滾筒、兩個(gè)帶限位斜面的支撐輥、電機(jī)及調(diào)速裝置、兩個(gè)磁控濺射靶架和濺射電源；其中，該支撐輥與電機(jī)及調(diào)速裝置相連，各支撐輥軸向水平、相互平行且位于相同水平高度；該滾筒軸向水平放置在支撐輥上，滾筒內(nèi)裝載粉體顆粒和/或與粉體相同材質(zhì)的研磨球；該兩個(gè)磁控濺射靶架分別置于該滾筒的兩端開(kāi)口外側(cè)，靶架上放置靶材，靶材的軸心與滾筒軸向?qū)R；該真空室與真空抽氣裝置連接，真空室上設(shè)置觀察窗和放氣閥，該滾筒、支撐輥和靶架置于真空室中。如上所述的裝置，其中，該滾筒的開(kāi)口處邊緣可向內(nèi)側(cè)傾斜形成斜面，傾斜角度e為120 160度，滾筒開(kāi)口處的內(nèi)徑Cl1 = d2/3 3d2/4，其中，d2為滾筒內(nèi)徑。如上所述的裝置，其中，該支撐輥的長(zhǎng)度與滾筒長(zhǎng)度相同，其限位斜面的傾斜角度與所述滾筒的開(kāi)口處邊緣斜面的傾斜角度e相同。如上所述的裝置，其中，該支撐輥的外徑d3= (d2+S)/2 3(d2+S)/2，6為滾筒的壁厚，支撐輥的限位斜面寬度h = b2/3 b2，b2為滾筒開(kāi)口處的斜面寬度。如上所述的裝置，其中，該滾筒的內(nèi)壁上均勻地設(shè)有肋片，肋片的走向與滾筒軸向平行，肋片的數(shù)量為4 12個(gè)，肋片的高度h = d2/25 d2/5，肋片的寬度a = h/6 h。如上所述的裝置，其中，該濺射靶架與滾筒開(kāi)口處之間的距離為3cm 20cm。如上所述的裝置，其中，該支撐輥的表面涂覆一層防滑涂層。如上所述的裝置，其中，該研磨球的材質(zhì)與粉體的材質(zhì)相同，或者對(duì)粉體不會(huì)造成污染，研磨球的直徑為3 20mm。如上所述的裝置，其中，該粉體與研磨球的質(zhì)量比為0. 2 3 1，粉體與研磨球的總體積不超過(guò)滾筒體積的45%。如上所述的裝置，其中，該濺射靶架與滾筒開(kāi)口處之間的距離為3cm 20cm。如上所述的裝置，其中，該粉體顆粒的粒徑可以是0. I 2000 iim。本實(shí)用新型的有益效果在于該裝置采用兩端開(kāi)口的臥軸滾筒式樣品臺(tái)，與粉體相同材質(zhì)的研磨球和粉體顆粒放于滾筒內(nèi)，調(diào)節(jié)滾筒的旋轉(zhuǎn)速度使研磨球與粉體顆粒被帶到滾筒上方，在重力的作用下呈拋物線下落，通過(guò)兩端相對(duì)靶材形成的等離子濺射束流會(huì)聚區(qū)就會(huì)在粉體表面沉積靶材物質(zhì)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間粉體表面會(huì)鍍上一層均勻的薄膜。研磨球?qū)Ψ垠w進(jìn)行研磨，破壞粉體的團(tuán)聚，且研磨球可以起到振動(dòng)的作用，使粉體顆粒的表面充分的暴露出來(lái)，有利于在粉體顆粒表面沉積均勻性好的薄膜。通過(guò)在滾筒內(nèi)壁焊接一定數(shù)量的肋片，來(lái)更好地帶動(dòng)研磨球與粉體的轉(zhuǎn)動(dòng)，提高鍍膜的效率。本實(shí)用新型的裝置和方法可以進(jìn)行對(duì)靶共濺射，可以同時(shí)濺射兩種膜材料，也可以兩個(gè)靶同時(shí)濺射一種材料，當(dāng)濺射一種材料時(shí)，可以提聞鍛I旲的效率。綜上所述，本實(shí)用新型的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作工藝簡(jiǎn)便、運(yùn)行成本低，處理粉體量大、效率高，制得粉體鍍膜均勻、致密、純度高，適合工業(yè)生產(chǎn)。

圖I是實(shí)施例I用于粉體顆粒表面鍍膜的對(duì)靶磁控濺射裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I沿A-A截面圖。圖3是實(shí)施例2制備的鍍銅膜玻璃粉體的光學(xué)顯微鏡照片。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例子對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例I用于粉體顆粒表面鍍膜的對(duì)靶磁控濺射裝置參見(jiàn)圖I和圖2所示，在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，該磁控濺射鍍膜裝置包括真空室I、兩端開(kāi)口的滾筒2、兩個(gè)帶限位斜面的支撐輥3、電機(jī)及調(diào)速裝置4、兩個(gè)磁控濺射靶架5和濺射電源6。其中，支撐輥3與電機(jī)及調(diào)速裝置4相連，兩支撐輥3軸向水平、相互平行且位于相同水平高度。支撐輥3軸向長(zhǎng)度為20cm，支撐輥的外徑d3為8cm，支撐輥限位斜面的傾斜角度9為145°，支撐輥的限位斜面寬度Id1為2cm。滾筒的壁厚S為0. 2cm,軸向長(zhǎng)度為20cm,內(nèi)徑d2為12cm。滾筒的開(kāi)口處邊緣向內(nèi)側(cè)傾斜形成斜面，傾斜角度9為145°，滾筒開(kāi)口處的內(nèi)徑屯為85_。滾筒2軸向水平放置在支撐輥3上，支撐輥的兩端的限位斜面起固定滾筒的作用。通過(guò)電機(jī)及調(diào)速裝置4帶動(dòng)支撐輥3旋轉(zhuǎn)，通過(guò)支持輥3與滾筒2間的摩擦等相互作用帶動(dòng)滾筒2旋轉(zhuǎn)。為了增大支撐輥3與滾筒2間的摩擦，防止打滑，支撐輥3的表面涂上一層防滑涂層。滾筒2內(nèi)裝載粉體顆粒和/或與粉體相同材質(zhì)的研磨球。滾筒的內(nèi)壁上均勻地設(shè)有肋片7，肋片7的走
向與滾筒2軸向平行，肋片的數(shù)量為8個(gè)，高度h為8mm，寬度a為3mm。兩個(gè)磁控濺射靶架5分別置于該滾筒2的兩端開(kāi)口外側(cè)，磁控濺射靶架5與滾筒開(kāi)口處之間的距離為3cm 20cm,磁控派射祀架5與派射電源6連接。祀架5上放置革巴材，革巴材的軸心與滾筒軸向?qū)R。真空室I與真空抽氣裝置8連接，真空室I上設(shè)置觀察窗9和放氣閥10，觀察窗方便觀察靶的起弧、粉體顆粒的運(yùn)動(dòng)情況，同時(shí)配置質(zhì)量流量計(jì)、電器控制及冷卻循環(huán)水系統(tǒng)。滾筒2、支撐輥3和兩個(gè)靶架5置于真空室I中。實(shí)施例2采用實(shí)施例I所述裝置對(duì)實(shí)心玻璃球粉體顆粒表面進(jìn)行磁控濺射鍍銅合金膜工藝步驟如下I.打開(kāi)真空室，將150克粒度為50 ii m實(shí)心玻璃球粉體顆粒與150克玻璃研磨球放入滾筒中，滾筒置于支持滾上，玻璃研磨球的直徑為4_ ;將所需兩個(gè)銅靶分別安裝在靶架上，并將靶的軸心與滾筒的軸心對(duì)齊；2.關(guān)閉真空室，打開(kāi)真空抽氣裝置，將真空室的真空抽到0. 5X 10 ；3.向真空室充入氬氣，用質(zhì)量流量計(jì)控制流量，保證濺射時(shí)真空室工作氣壓為0. 5Pa ；4.開(kāi)啟電機(jī)，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使?jié)L筒中的研磨球與粉體顆粒呈拋物線下落，滾筒轉(zhuǎn)速為90轉(zhuǎn)/分；5.打開(kāi)濺射電源，調(diào)節(jié)功率使靶材單位面積上的功率在4W/cm2，開(kāi)始濺射鍍膜；6.磁控濺射60min后，關(guān)閉靶的電源，停止濺射；7.按順序關(guān)閉流量計(jì)、真空系統(tǒng)，打開(kāi)放氣閥緩慢向真空室內(nèi)放氣，當(dāng)真空室內(nèi)壓力與大氣壓力平衡后，打開(kāi)真空室，取出滾筒，將研磨球與粉體過(guò)篩，獲得鍍膜的粉體。將鍍膜后的粉體在光學(xué)顯微觀察，如圖3所示，可以看到實(shí)心玻璃球粉體顆粒的表面有一層比較均勻的銅膜。
權(quán)利要求1.一種用于粉體顆粒表面鍍膜的對(duì)靶磁控濺射裝置，其特征在于該裝置包括真空室、兩端開(kāi)ロ的滾筒、兩個(gè)帶限位斜面的支撐輥、電機(jī)及調(diào)速裝置、兩個(gè)磁控濺射靶架和濺射電源； 其中，該支撐輥與電機(jī)及調(diào)速裝置相連，各支撐輥軸向水平、相互平行且位于相同水平高度； 該滾筒軸向水平放置在支撐輥上，滾筒內(nèi)裝載粉體顆粒和/或與粉體相同材質(zhì)的研磨球； 該兩個(gè)磁控濺射靶架分別置于該滾筒的兩端開(kāi)口外側(cè)，靶架上放置靶材，靶材的軸心與滾筒軸向?qū)R； 該真空室與真空抽氣裝置連接，真空室上設(shè)置觀察窗和放氣閥，該滾筒、支撐輥和靶架置于真空室中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于所述滾筒的開(kāi)ロ處邊緣向內(nèi)側(cè)傾斜形成斜面，傾斜角度Θ為120 160度，滾筒開(kāi)ロ處的內(nèi)徑Cl1 = d2/3 3d2/4，其中，d2為滾筒內(nèi)徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述支撐輥的長(zhǎng)度與滾筒長(zhǎng)度相同，其限位斜面的傾斜角度與所述滾筒的開(kāi)ロ處邊緣斜面的傾斜角度Θ相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在干所述支撐輥的外徑d3=(d2+S)/2 3(d2+5)/2, δ為滾筒的壁厚’支撐輥的限位斜面寬度んニ^/^ ‘^為滾筒開(kāi)ロ處的斜面寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述滾筒的內(nèi)壁上均勻地設(shè)有肋片，肋片的走向與滾筒軸向平行，肋片的數(shù)量為4 12個(gè)，肋片的高度h = d2/25 d2/5，肋片的寬度 a = h/6 h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述濺射靶架與滾筒開(kāi)ロ處之間的距離為3cm 20cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述支撐輥的表面涂覆ー層防滑涂層。
專利摘要一種用于粉體顆粒表面鍍膜的對(duì)靶磁控濺射裝置，該裝置包括真空室、兩端開(kāi)口的滾筒、兩個(gè)帶限位斜面的支撐輥、電機(jī)及調(diào)速裝置、兩個(gè)磁控濺射靶架和濺射電源；支撐輥與調(diào)速裝置相連，滾筒直接放在支撐輥上，通過(guò)支撐輥帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，滾筒的兩端開(kāi)口處設(shè)有靶材。在磁控濺射鍍膜時(shí)，將研磨球與粉體同時(shí)放入滾筒中，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使?jié)L筒中的研磨球與粉體顆粒呈拋物線下落，在滾筒開(kāi)口處入射來(lái)的濺射流沉積到下落的粉體上，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間獲得均勻性好的薄膜。這種設(shè)備及其工藝處理量大、運(yùn)行成本低，適合工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C23C14/35GK202401126SQ20112053406
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者曹瑞軍, 林中坤, 林晨光 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院