專利名稱：一種離子鍍弧源頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及薄膜與涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種離子鍍弧源頭。
背景技術(shù)：
表面防護(hù)涂層技術(shù)是提高工模具及機(jī)械部件質(zhì)量和使用壽命的重要途徑，作為材料表面防護(hù)技術(shù)之一的PVD技術(shù)，以其廣泛的功能性、良好的環(huán)保性以及巨大的增效性等優(yōu)勢，可以提高工模具及機(jī)械零件表面的耐磨性、耐蝕性、耐熱性及抗疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能，極大的提高產(chǎn)品附加值，以保證現(xiàn)代機(jī)械部件及工模具在高速、高溫、高壓、重載以及強(qiáng)腐蝕介質(zhì)工況下可靠而持續(xù)地運(yùn)行。PVD主要分為真空蒸鍍、磁控濺射和離子鍍?nèi)齻€(gè)類型。在實(shí)際應(yīng)用中，高質(zhì)量的防護(hù)涂層必須具有致密的組織結(jié)構(gòu)、無穿透性針孔、高硬度、與基體結(jié)合牢固等特點(diǎn)。真空蒸鍍和磁控濺射由于粒子能量和離化率低，導(dǎo)致膜層疏松多孔、力學(xué)性能差、難以獲得良好的涂層與基體之間的結(jié)合力，嚴(yán)重限制了該類技術(shù)在防護(hù)涂層制備領(lǐng)域的應(yīng)用。而離子鍍涂層技術(shù)由于結(jié)構(gòu)簡單、離化率高、入射粒子能量高，可以輕松得到其他方法難以獲得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂層、復(fù)合涂層，應(yīng)用在工具、模具上面，可以使壽命成倍提高，較好地實(shí)現(xiàn)了低成本、高收益的效果；此外，離子鍍涂層技術(shù)具有低溫、高能兩個(gè)特點(diǎn)，幾乎可以在任何基材上成膜，應(yīng)用范圍十分廣闊。電弧離子鍍所用的弧源結(jié)構(gòu)是冷陰極弧源，電弧的行為被陰極表面許多快速游動，高度明亮的陰極斑點(diǎn)所控制，陰極斑點(diǎn)的運(yùn)動對電弧等離子體的物理特性以及隨后的鍍膜特性有很大的影響。而離子鍍弧源是電弧等離子體放電的源頭，是離子鍍技術(shù)的核心部件。為了更好的提高沉積薄膜的質(zhì)量和有效的利用靶材，提高放電穩(wěn)定性，必須對弧斑的運(yùn)動進(jìn)行合理的控制。而弧斑的有效控制必須有合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)與磁場結(jié)構(gòu)配合，就目前工業(yè)常用的小尺寸弧源結(jié)構(gòu)，常用的靶材結(jié)構(gòu)有圓盤形、圓柱形、圓錐形、圓臺形；常用的磁場結(jié)構(gòu)有軸向發(fā)散磁場、軸向聚焦磁場、旋轉(zhuǎn)磁場等；而不同的靶材與磁場位形配合的弧源結(jié)構(gòu)都不一樣，而且設(shè)計(jì)復(fù)雜，適應(yīng)性差，功能單一，如果需要變換靶材與磁場方式，就得全套更換整個(gè)弧源，造成了極大地浪費(fèi)。對于工業(yè)鍍膜生產(chǎn)，產(chǎn)品的穩(wěn)定性、大面積均勻性、高效性都是必須考慮的。而由于弧源是點(diǎn)狀源，弧源前段等離子體的分布都是不均勻的，傳統(tǒng)的弧源機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靶材在真空室的位置固定，一般不會超過爐壁，對于一些特殊生產(chǎn)需求難以滿足；部分弧源結(jié)構(gòu)體積過大，窗口直徑太小，等離子體交叉區(qū)域不明顯，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化均勻鍍膜生產(chǎn)，產(chǎn)品合格率和均勻性大大降低，這也是磁過濾不能產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的原因之一，磁過濾裝置體積龐大，很難在一個(gè)爐體實(shí)現(xiàn)密集的分布，因此等離子體傳輸窗口窄，窗口之間難以交叉，容易形成等離子體密度低的空缺區(qū)，對鍍膜生產(chǎn)不利。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種離子鍍弧源頭，突破傳統(tǒng)的冷陰極離子鍍弧源裝置的設(shè)計(jì)思路，針對直徑60-150_的圓形靶材，對傳統(tǒng)弧源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，用以改善傳統(tǒng)電弧離子鍍弧源結(jié)構(gòu)復(fù)雜、適應(yīng)性差、難以實(shí)現(xiàn)特殊鍍膜需求、操作復(fù)雜、靶材更換難度大、位置可調(diào)性差的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型技術(shù)方案是:一種離子鍍弧源頭，靶材安裝于靶材底座的一端，靶材底座底盤嵌套在靶材底座夕卜，永久磁體裝置安裝于靶材底座，靶材底座底盤靠近靶材底座位置設(shè)有引弧裝置安裝孔，引弧裝置的一端設(shè)置于引弧裝置安裝孔中，引弧裝置的另一端與靶材相對應(yīng)。所述的離子鍍弧源頭，靶材通過連接螺紋安裝于靶材底座的一端，靶材底座外圍設(shè)置靶材底座屏蔽罩，靶材底座底盤與靶材底座之間設(shè)置靶材底座絕緣套，靶材底座底盤周邊開有靶材底座底盤連接孔。所述的離子鍍弧源頭，靶材底座屏蔽罩為一涂有絕緣漆的不銹鋼圓筒，不銹鋼圓筒上端設(shè)有環(huán)形法蘭盤，靶材底座屏蔽罩通過該法蘭盤安裝在靶材底座底盤上；靶材底座屏蔽罩筒底部與靶材底座進(jìn)出水孔以及電源接頭對應(yīng)位置開有三個(gè)孔，靶材底座屏蔽罩筒底部中間有圓盤，圓盤中間開有螺紋孔。所述的離子鍍弧源頭，永久磁體裝置由永磁體、連接桿和螺母組成，永磁體通過連接桿與螺母相連接，永磁體放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)，永久磁體裝置通過連接桿螺紋與靶材底座底部中間的螺紋孔連接。所述的離子鍍弧源頭，永磁體由單個(gè)或兩個(gè)以上塊體組成，與永磁體連接的磁軛形狀為圓盤形、圓環(huán)形、錐臺形、圓柱形或階梯形狀。所述的離子鍍弧源頭，永久磁體裝置的一端伸至靶材底座內(nèi)部空心位置，永久磁體裝置的另一端伸至靶材底座外部。所述的離子鍍弧源頭，靶材底座中設(shè)有靶材底座冷卻水通道，靶材底座冷卻水通道分別與IE材底座進(jìn)水管、祀材底座出水管相通。所述的離子鍍弧源頭，離子鍍弧源頭通過靶材底座底盤的靶材底座底盤連接孔與控制磁場組連接。所述的離子鍍弧源頭，靶材底座為雙層不銹鋼圓筒:內(nèi)筒和外筒同軸圍套組成；內(nèi)筒上部為封閉圓盤，筒內(nèi)空間為永磁體安裝位置；外筒上部為臺階形封閉圓盤，臺階高度與靶材連接螺紋高度一致，臺階外環(huán)有螺紋，靶材通過臺階螺紋連接在靶材底座的一端；臺階上部圓盤外徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致，臺階下部圓環(huán)外徑與靶材外徑一致，圓環(huán)內(nèi)徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致；外筒外徑與靶材外徑一致，外筒壁上有靶材底座密封槽，通過絕緣套與靶材底座底盤裝配；外筒與內(nèi)筒中間形成靶材底座冷卻水通道，內(nèi)筒上部與外筒上部留有空隙；靶材底座底部連接不銹鋼法蘭環(huán)，法蘭環(huán)內(nèi)外徑與靶材底座一致，法蘭環(huán)底部對稱開有兩個(gè)通孔，作為進(jìn)、出水口分別與靶材底座進(jìn)水管、靶材底座出水管相連通；法蘭環(huán)底部設(shè)有端子，作為陰極電源接頭。所述的離子鍍弧源頭，引弧裝置采用氣動機(jī)械引弧或者高頻引弧裝置，通過靶材底座底盤上的引弧裝置安裝孔安裝。本實(shí)用新型的有益效果是:1、本實(shí)用新型突破傳統(tǒng)的冷陰極離子鍍裝置磁場設(shè)計(jì)思路，對傳統(tǒng)弧源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，針對直徑60-150mm的圓形靶材，用以改善傳統(tǒng)電弧離子鍍弧源結(jié)構(gòu)復(fù)雜、適應(yīng)性差、難以實(shí)現(xiàn)特殊鍍膜需求、操作復(fù)雜、靶材更換難度大、位置可調(diào)性差的缺點(diǎn)。[0019]2、本實(shí)用新型在一定磁場強(qiáng)度和一定旋轉(zhuǎn)頻率綜合作用下，使得弧斑在整個(gè)靶面分布，大大降低弧斑的功率密度，提高離子密度和離化率，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)擴(kuò)散弧狀態(tài)，大大降低顆粒的發(fā)射，同時(shí)提高蒸發(fā)效果和離化效果。同時(shí)進(jìn)一步通過靶材前段的軸向聚焦導(dǎo)引磁場，將凈化的高密度等離子體抽出，提高其傳輸效率。

圖1是本實(shí)用新型離子鍍弧源頭的二維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型離子鍍弧源頭的三維立體剖面圖。圖3 (a)-圖3 (b)是本實(shí)用新型離子鍍弧源頭的靶材底座與靶材的三維結(jié)構(gòu)圖。其中，圖3(a)是剖面內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖3(b)是外形結(jié)構(gòu)。圖4是本實(shí)用新型離子鍍弧源頭的三維立體效果圖。圖中，I靶材；2連接螺紋；3引弧裝置；4靶材底座冷卻水通道；5靶材底座屏蔽罩；6靶材底座出水管；7永久磁體裝置；8靶材底座進(jìn)水管；9靶材底座；10靶材底座底盤；11靶材底座底盤連接孔；12靶材底座絕緣套；13引弧裝置安裝孔；14電源接頭；15永久磁體裝置安裝孔；16靶材底座密封槽；17內(nèi)筒；18外筒；19法蘭環(huán)；20環(huán)形法蘭盤；21永磁體；22連接桿；23螺母。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1-圖4所示，本實(shí)用新型離子鍍弧源頭，主要包括:靶材1、連接螺紋2、引弧裝置3、靶材底座冷卻水通道4、靶材底座屏蔽罩5、靶材底座出水管6、永久磁體裝置7、靶材底座進(jìn)水管8、靶材底座9、靶材底座底盤10、靶材底座底盤連接孔11、靶材底座絕緣套12、引弧裝置安裝孔13、電源接頭14、永久磁體裝置安裝孔15、靶材底座密封槽16、內(nèi)筒17、夕卜筒18等，具體結(jié)構(gòu)如下:靶材I通過連接螺紋2安裝于靶材底座9的一端(頂部)，靶材底座底盤4嵌套在靶材底座9外，靶材底座底盤4與靶材底座9之間設(shè)置靶材底座絕緣套12，通過靶材底座絕緣套12進(jìn)行密封保護(hù)；靶材底座9底部的另一端(底部)設(shè)置靶材底座出水管6、靶材底座進(jìn)水管8、電源接頭14、永久磁體裝置安裝孔15 ;永久磁體裝置7與靶材底座9底部中間通過永久磁體裝置安裝孔15 (螺紋孔)螺紋連接，永久磁體裝置7的一端伸至靶材底座9內(nèi)部空心位置，永久磁體裝置7的另一端伸至靶材底座9外部；靶材底座9外圍設(shè)置靶材底座屏蔽罩5，通過靶材底座屏蔽罩5對內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)。靶材底座9中設(shè)有靶材底座冷卻水通道4，靶材底座冷卻水通道4分別與靶材底座進(jìn)水管8、靶材底座出水管6相通。靶材底座底盤10靠近靶材底座9位置開一引弧裝置安裝孔13 (圖4)，引弧裝置3的一端設(shè)置于引弧裝置安裝孔13中，引弧裝置3的另一端與靶材I相對應(yīng)。靶材底座底盤10周邊開有靶材底座底盤連接孔11。靶材底座9為雙層不銹鋼圓筒:內(nèi)筒17和外筒18同軸圍套組成，靶材底座9的外筒18壁上設(shè)有靶材底座密封槽16 (密封圈槽)，見圖3 (a)-圖3 (b)。離子鍍弧源頭通過靶材底座底盤10的靶材底座底盤連接孔11與控制磁場組的法蘭套連接，控制磁場組中的磁場發(fā)生裝置(如:同軸聚焦磁場磁軛、二極徑向旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置和軸向聚焦導(dǎo)引磁場發(fā)生裝置)與靶材I同軸放置，形成整體弧源結(jié)構(gòu)，通過法蘭套前部的法蘭盤與爐體進(jìn)行連接，控制磁場組中的磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生聚焦磁力線。法蘭套中設(shè)有法蘭套冷卻水通道，法蘭套冷卻水通道下部連接一較厚的不銹鋼法蘭環(huán)，靶材底座底盤10周邊開有8個(gè)靶材底座底盤連接孔11，與法蘭環(huán)底部8個(gè)螺紋孔對應(yīng)，通過其中6個(gè)連接孔將離子鍍弧源頭與控制磁場組中的法蘭套底部連接；另外兩個(gè)連接孔與法蘭進(jìn)出水口對應(yīng)。圖2是本實(shí)用新型離子鍍弧源頭的三維立體剖面圖，圖3(a) -圖3(b)是本實(shí)用新型離子鍍弧源頭的靶材底座與靶材的三維結(jié)構(gòu)圖。其中，圖3(a)是剖面內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖3(13)是外形結(jié)構(gòu)。靶材底座9由不導(dǎo)磁的不銹鋼制作，由雙層不銹鋼圓筒:內(nèi)筒17和外筒18同軸圍套組成；內(nèi)筒17上部為封閉圓盤，筒內(nèi)空間為永磁體安裝位置；外筒18上部為臺階形封閉圓盤，臺階高度與靶材I連接螺紋高度一致，臺階外環(huán)有螺紋，靶材I通過臺階螺紋連接在靶材底座9的一端。臺階上部圓盤外徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致，臺階下部圓環(huán)外徑與靶材外徑一致，圓環(huán)內(nèi)徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致；外筒18外徑與靶材外徑一致，外筒18壁上有靶材底座密封槽16，通過絕緣套與靶材底座底盤10裝配；外筒18與內(nèi)筒17中間形成靶材底座冷卻水通道4，內(nèi)筒17上部與外筒18上部留有一定的空隙，保證水流暢通。靶材底座9底部連接一較厚的不銹鋼法蘭環(huán)19，法蘭環(huán)19內(nèi)外徑與靶材底座9 一致，法蘭環(huán)19底部對稱開有兩個(gè)通孔，作為進(jìn)、出水孔分別與靶材底座進(jìn)水管8、靶材底座出水管6相連通；法蘭環(huán)19底部焊接一端子，作為陰極電源接頭14。圖4是本實(shí)用新型離子鍍弧源頭的三維立體效果圖，可以看出，靶材底座屏蔽罩5為一涂有絕緣漆的不銹鋼圓筒，不銹鋼圓筒上端焊接一環(huán)形法蘭盤20，通過該環(huán)形法蘭盤20將靶材底座屏蔽罩5安裝在靶材底座底盤10上；靶材底座屏蔽罩5筒底部與靶材底座9進(jìn)出水孔以及電源接頭對應(yīng)位置開有三個(gè)孔，靶材底座屏蔽罩5筒底部中間有一較厚圓盤，圓盤中間開有一永久磁體裝置安裝孔15，永久磁體裝置7通過其上的連接桿螺紋與該永久磁體裝置安裝孔15連接，通過螺母23旋扭可調(diào)進(jìn)調(diào)出，調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度大小。永久磁體裝置7由永磁體21、連接桿22和螺母23組成，永磁體21通過連接桿22與螺母23相連接。永磁體由單個(gè)或兩個(gè)以上高導(dǎo)磁率塊體組成(本實(shí)施例中，永磁體21采用單個(gè)圓盤形釹鐵硼磁鐵)，與永磁體連接的磁軛形狀為圓盤形、圓環(huán)形、錐臺形、圓柱形或階梯形狀。永磁體21放置于靶材后端靶材底座9中間空隙內(nèi)，避免冷卻水退磁影響。引弧裝置3采用氣動機(jī)械引弧或者高頻引弧裝置，通過靶材底座底盤10上的引弧裝置安裝孔13安裝。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單緊湊、適應(yīng)性好、可以實(shí)現(xiàn)特殊鍍膜需求、操作簡單、靶材更換容易、位置可調(diào)性好；同時(shí)利于整機(jī)設(shè)計(jì)，適合推廣，在一個(gè)爐體上可以實(shí)現(xiàn)密集的弧源分布，弧源窗口之間距離小，提高了鍍膜空間等離子體分布均勻性，有利于大面積鍍膜。
權(quán)利要求1.一種離子鍍弧源頭，其特征在于，靶材安裝于靶材底座的一端，靶材底座底盤嵌套在靶材底座外，永久磁體裝置安裝于靶材底座，靶材底座底盤靠近靶材底座位置設(shè)有引弧裝置安裝孔，引弧裝置的一端設(shè)置于引弧裝置安裝孔中，引弧裝置的另一端與靶材相對應(yīng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的離子鍍弧源頭，其特征在于，靶材通過連接螺紋安裝于靶材底座的一端，靶材底座外圍設(shè)置靶材底座屏蔽罩，靶材底座底盤與靶材底座之間設(shè)置靶材底座絕緣套，靶材底座底盤周邊開有靶材底座底盤連接孔。
3.按照權(quán)利要求2所述的離子鍍弧源頭，其特征在于，靶材底座屏蔽罩為一涂有絕緣漆的不銹鋼圓筒，不銹鋼圓筒上端設(shè)有環(huán)形法蘭盤，靶材底座屏蔽罩通過該法蘭盤安裝在靶材底座底盤上；靶材底座屏蔽罩筒底部與靶材底座進(jìn)出水孔以及電源接頭對應(yīng)位置開有三個(gè)孔，靶材底座屏蔽罩筒底部中間有圓盤，圓盤中間開有螺紋孔。
4.按照權(quán)利要求1所述的離子鍍弧源頭，其特征在于，永久磁體裝置由永磁體、連接桿和螺母組成，永磁體通過連接桿與螺母相連接，永磁體放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)，永久磁體裝置通過連接桿螺紋與靶材底座底部中間的螺紋孔連接。
5.按照權(quán)利要求4所述的離子鍍弧源頭，其特征在于，永磁體由單個(gè)或兩個(gè)以上塊體組成，與永磁體連接的磁軛形狀為圓盤形、圓環(huán)形、錐臺形、圓柱形或階梯形狀。
6.按照權(quán)利要求1所述的離子鍍弧源頭，其特征在于，永久磁體裝置的一端伸至靶材底座內(nèi)部空心位置，永久磁體裝置的另一端伸至靶材底座外部。
7.按照權(quán)利要求1所述的離子鍍弧源頭，其特征在于，靶材底座中設(shè)有靶材底座冷卻水通道，靶材底座冷卻水通道分別與靶材底座進(jìn)水管、靶材底座出水管相通。
8.按照權(quán)利要求1所述的離子鍍弧源頭，其特征在于，離子鍍弧源頭通過靶材底座底盤的靶材底座底盤連接孔與控制磁場組連接。
9.按照權(quán)利要求1所述的離子鍍弧源頭，其特征在于，靶材底座為雙層不銹鋼圓筒:內(nèi)筒和外筒同軸圍套組成；內(nèi)筒上部為封閉圓盤，筒內(nèi)空間為永磁體安裝位置；外筒上部為臺階形封閉圓盤，臺階高度與靶材連接螺紋高度一致，臺階外環(huán)有螺紋，靶材通過臺階螺紋連接在靶材底座的一端；臺階上部圓盤外徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致，臺階下部圓環(huán)外徑與靶材外徑一致，圓環(huán)內(nèi)徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致；外筒外徑與靶材外徑一致，外筒壁上有靶材底座密封槽，通過絕緣套與靶材底座底盤裝配；外筒與內(nèi)筒中間形成靶材底座冷卻水通道，內(nèi)筒上部與外筒上部留有空隙；靶材底座底部連接不銹鋼法蘭環(huán)，法蘭環(huán)內(nèi)外徑與靶材底座一致，法蘭環(huán)底部對稱開有兩個(gè)通孔，作為進(jìn)、出水口分別與靶材底座進(jìn)水管、靶材底座出水管相連通；法蘭環(huán)底部設(shè)有端子，作為陰極電源接頭。
10.按照權(quán)利要求1所述的離子鍍弧源頭，其特征在于，引弧裝置采用氣動機(jī)械引弧或者高頻引弧裝置，通過靶材底座底盤上的引弧裝置安裝孔安裝。
專利摘要本實(shí)用新型涉及薄膜與涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種離子鍍弧源頭。靶材安裝于靶材底座的一端，靶材底座底盤嵌套在靶材底座外，通過絕緣套進(jìn)行密封保護(hù)，永久磁體裝置安裝在靶材底座內(nèi)部空心位置，與靶材底座底部通過螺紋連接，靶材底座外圍通過靶材底座屏蔽罩對內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)；靶材底座底盤靠近靶材底座位置開一引弧裝置安裝孔，引弧裝置的一端設(shè)置于引弧裝置安裝孔中，引弧裝置的另一端與靶材相對應(yīng)。本實(shí)用新型突破傳統(tǒng)冷陰極離子鍍弧源裝置的設(shè)計(jì)思路，針對直徑60-150mm的圓形靶材，對傳統(tǒng)弧源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，用以改善傳統(tǒng)電弧離子鍍弧源結(jié)構(gòu)復(fù)雜、適應(yīng)性差、難以實(shí)現(xiàn)特殊鍍膜需求、操作復(fù)雜、靶材更換難度大、位置可調(diào)性差的缺點(diǎn)。
文檔編號C23C14/32GK203065563SQ20132009090
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者高斌, 郎文昌, 吳百中 申請人:溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院