專利名稱：一種等離子物理和化學(xué)共沉積裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種等離子物理和化學(xué)共沉積裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及材料表面改性技術(shù)，特別提供了一種等離子物理和化學(xué)共沉積裝置。
背景技術(shù)：
[0002]采用化學(xué)與物理的表面改性技術(shù)改變材料或工件表面的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)以提高機(jī)器零件或材料性能的一類熱處理技術(shù)。它包括化學(xué)熱處理；表面涂層等薄膜鍍層 (物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等)和非金屬涂層技術(shù)等?；瘜W(xué)氣相沉積技術(shù)具有設(shè)備簡單、操作維護(hù)方便、靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但是反應(yīng)溫度較高，沉積速率較低(一般每小時(shí)只有幾微米到幾百微米)，難以局部沉積；參與沉積反應(yīng)的氣源和反應(yīng)后的余氣都有一定的毒性；鍍層很薄，已鍍金屬不能再磨削加工，如何防止熱處理畸變是一個(gè)很大的難題。對濺射技術(shù)而言，涂層的沉積速率的控制是非常重要而復(fù)雜的，因?yàn)樵跁r(shí)間一定時(shí)，涂層厚度由速率決定，并且沉積速率的大小對薄膜的表面質(zhì)量大有影響。影響沉積速率的主要因素有濺射功率、反應(yīng)室的工作壓強(qiáng)和濺射氣流的流速等。濺射的特點(diǎn)是成膜速率高，基片溫度低， 膜的粘附性好，可實(shí)現(xiàn)大面積鍍膜。然而，物理氣相沉積濺射裝置費(fèi)用極其昂貴。這些用以強(qiáng)化零件或材料表面的技術(shù)，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞等各種新的特性。使原來在高速、高溫、腐蝕介質(zhì)環(huán)境下工作的零件，提高了可靠性、延長了使用壽命，具有很大的經(jīng)濟(jì)意義和推廣價(jià)值。實(shí)用新型內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型要解決的一個(gè)技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種等離子物理和化學(xué)共沉積裝置，包括一個(gè)密閉的沉積室，進(jìn)氣控制系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、抽真空控制系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)，其特征在于沉積室有兩個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口，一個(gè)陽極、一個(gè)放置工件的陰極和一個(gè)放置靶材的陰極。[0004]所述的裝置的沉積室和沉積室內(nèi)的結(jié)構(gòu)件材質(zhì)為不銹鋼。所述的裝置的進(jìn)氣系統(tǒng)由質(zhì)量流量計(jì)聯(lián)通電腦系統(tǒng)控制進(jìn)氣的流量大小，可持續(xù)進(jìn)氣或脈沖式進(jìn)氣。[0006]所述的裝置的排氣口可由電腦系統(tǒng)控制持續(xù)抽真空或脈沖式抽真空。[0007]所述的裝置的抽真空系統(tǒng)由電腦系統(tǒng)控制真空系統(tǒng)的關(guān)閉，該系統(tǒng)由一級機(jī)械泵和二級分子泵組成，密閉的沉積室內(nèi)的極限真空保持在10_3Pa以下，沉積室內(nèi)的工作氣壓為 O.OlPa 40Pa。[0008]所述的裝置的尾氣處理系統(tǒng)由耐腐蝕的不銹鋼圓筒組成，圓筒中預(yù)置KOH、NaOH 顆?；蚱?，尾氣處理系統(tǒng)聯(lián)通抽真空系統(tǒng)，凈化反應(yīng)爐內(nèi)的高溫反應(yīng)生產(chǎn)的殘余氣體。[0009]所述的裝置中陽極接通于沉積室外壁，兩個(gè)陰極分別接通于靶材和工件材料，其中工件電壓范圍為O V -1500 V，靶材電壓范圍為O V -1500 V。[0010]所述的裝置中工件表面溫度為500°C -1300°c，且該溫度是工件材料附近局部區(qū)域的溫度。[0011]本實(shí)用新型還提供一種等離子物理和化學(xué)共沉積裝置的沉積方法，其特征在于包括下述順序的步驟[0012](I)工件和靶材置于沉積室內(nèi)，然后打開電腦控制系統(tǒng)，[0013](2)打開抽真空系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和空氣閥門，沉積室抽真空至極限真空；[0014](3)打開進(jìn)氣系統(tǒng)，調(diào)節(jié)沉積室工作氣壓；[0015](4)工作氣壓穩(wěn)定后，緩慢開通工件電壓，等離子體加熱工件，同時(shí)清洗工件表面；[0016](5)緩慢開通靶材電壓，工件表面溫度達(dá)到要求；[0017](6)通入反應(yīng)氣體，關(guān)閉空氣閥門，打開尾氣處理閥；[0018](7)持續(xù)抽真空，或脈沖抽真空；[0019](8)沉積l_5h后，關(guān)閉反應(yīng)氣體；[0020](9 )持續(xù)通入氬氣,持續(xù)抽真空lh 2h ；[0021](10)關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)電源；[0022](11)通入氬氣，沉積室內(nèi)壓力到常壓；(12)打開沉積室，取出試樣。[0024]應(yīng)用效果本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)[0025](I)裝置成本低；[0026](2)該技術(shù)的沉積工藝操作簡單；[0027](3)該技術(shù)的沉積速率較快；[0028](4)可制備多功能復(fù)合涂層；[0029](5)結(jié)合物理濺射技術(shù)和化學(xué)氣相沉積技術(shù)。


[0030]圖1是等離子物理和化學(xué)共沉積裝置圖。10氧氣瓶、20氬氣瓶、30氫氣瓶、40 爐體、50氣閥、60質(zhì)量流量計(jì)、70襯底、80工件、90靶材、100陽極、200電源系統(tǒng)、300 機(jī)械泵、400分子泵、500反應(yīng)氣體容器、600尾氣處理裝置、700密封口、800電腦控制系[0031 ] 圖2是等離子物理和化學(xué)共沉積沉積爐示意圖。10陽極；20沉積室外壁不銹鋼； 30靶材材料；40等離子云；50工件材料；60襯底；70進(jìn)氣口 ；80氣閥；90出氣口 ；100靶材電極；110工件電極。
具體實(shí)施方式
[0032]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍，在閱讀了本實(shí)用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實(shí)用新型的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定。實(shí)施例[0033]實(shí)施例1[0034]使用石墨碳作為工件，以高純度的鑰盤為靶材，打開抽真空系統(tǒng)，使?fàn)t內(nèi)處于真空情況。打開氬氣瓶，向爐內(nèi)通入氬氣，電腦系統(tǒng)控制其流量，清洗工件表面半個(gè)小時(shí)。緩慢打開氫氣瓶，通入硅烷液體內(nèi)罐中，再熱一定溫度下，電腦系統(tǒng)控制其流量。真空沉積室中通入的硅烷流量為lOsccm，氬氣流量為40sccm，真空室內(nèi)工作氣壓5Pa，靶材電壓為-800V， 工件電壓為-300V。經(jīng)過Ih沉積，可獲得大約4 μ m厚的鑰-碳化硅復(fù)合薄膜。鑰-碳化硅復(fù)合薄膜試樣和硅化鑰涂層試樣進(jìn)行高溫氧化測試，經(jīng)過180(TC高溫氧化Ih后，鑰-碳化硅復(fù)合薄膜保持完整，沒有出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。另外，鑰-碳化硅復(fù)合薄膜的高溫氧化性能比硅化鑰的氧化性能要好。[0035]上述僅為本實(shí)用新型的單個(gè)具體實(shí) 施方式，但本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本實(shí)用新型進(jìn)行非實(shí)質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本實(shí)用新型保護(hù)的范圍的行為。但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何形式的簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種等離子物理和化學(xué)共沉積裝置，包括一個(gè)密閉的沉積室，進(jìn)氣控制系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、抽真空控制系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)，其特征在于沉積室有兩個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口，一個(gè)陽極、一個(gè)放置工件的陰極和一個(gè)放置靶材的陰極。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的裝置，其特征在于沉積室和沉積室內(nèi)的結(jié)構(gòu)件材質(zhì)為不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的裝置，其特征在于進(jìn)氣系統(tǒng)由質(zhì)量流量計(jì)聯(lián)通電腦系統(tǒng)控制進(jìn)氣的流量大小，可持續(xù)進(jìn)氣或脈沖式進(jìn)氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的裝置，其特征在于排氣口可由電腦系統(tǒng)控制持續(xù)抽真空或脈沖式抽真空。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的裝置，其特征在于所述抽真空系統(tǒng)由電腦系統(tǒng)控制真空系統(tǒng)的關(guān)閉，該系統(tǒng)由一級機(jī)械泵和二級分子泵組成，密閉的沉積室內(nèi)的極限真空保持在KT3Pa以下，沉積室內(nèi)的工作氣壓為0. OlPa 40Pa。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的裝置，其特征在于所述尾氣處理系統(tǒng)由耐腐蝕的不銹鋼圓筒組成，圓筒中預(yù)置KOH、NaOH顆?；蚱?，尾氣處理系統(tǒng)聯(lián)通抽真空系統(tǒng)，凈化反應(yīng)爐內(nèi)的高溫反應(yīng)生產(chǎn)的殘余氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的裝置，其特征在于陽極接通于沉積室外壁，兩個(gè)陰極分別接通于靶材和工件材料，其工件電壓范圍為0 V -1500 V，靶材電壓范圍為0 V -1500N。
8.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的裝置，其特征在于沉積時(shí)工件表面溫度為500°C 1300°C，且該溫度是工件材料附近局部區(qū)域的溫度。
專利摘要本實(shí)用新型涉及材料表面改性技術(shù)，特別提供了一種雙輝化學(xué)氣相沉積裝置。該裝置為一個(gè)密閉的沉積室，沉積室有一至三個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口，一個(gè)陽極和兩個(gè)陰極組成。沉積室內(nèi)壁材質(zhì)為不銹鋼，沉積真空室內(nèi)的結(jié)構(gòu)件為金屬和/或石墨材料；沉積室極限真空10-3Pa以下，沉積室內(nèi)的工作氣壓0.01Pa-50Pa；進(jìn)氣口氣體為氬氣、硅烷、金屬醇鹽等反應(yīng)氣體；裝置中陽極接通于沉積室，兩個(gè)陰極分別接通于靶材和工件材料，其中工件電壓范圍為0V~-1200V，靶材電壓范圍為0V~-1200V；裝置中工件表面溫度為800℃-1200℃，且該溫度是工件材料附近局部區(qū)域的溫度。
文檔編號C23C14/34GK202849534SQ20122040248
公開日2013年4月3日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者陳照峰, 吳王平 申請人:蘇州宏久航空防熱材料科技有限公司