專利名稱：雙室旋轉(zhuǎn)磁控濺射鍍膜機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于物理氣相沉積裝置，主要用于在基體為金屬和非金屬的工件表面鍍制裝飾性金屬膜。
磁控濺射鍍膜機主要由鍍膜室、磁控濺射源系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)和真空系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成。當(dāng)鍍膜室抽到一定真空度時，充入適量的工作氣體(一般為氬氣)，并在陰極(靶)和陽極(鍍膜壁)之間施以適當(dāng)值的直流電壓后，便在鍍膜室內(nèi)產(chǎn)生磁控運行模式的二極直流輝光放電，工作氣體被電離，正離子被陰極加速并轟擊陰極(靶)表面，使陰極(靶)表面的原子濺射到鍍件的表面上沉積成膜。更換不同材質(zhì)的陰極(靶)和控制陰極不同的濺射時間，便可在鍍件表面上獲得不同材質(zhì)的和不同厚度的裝飾性膜層。
目前市場上銷售的磁控濺射鍍膜機，例如北京儀器廠生產(chǎn)的JT－900磁控濺射鍍膜機，無例外的都是柱狀靶單室機。
這類裝置只有一個鍍膜室，由于在取裝鍍件期間，真空抽氣機組仍處于空載運行狀態(tài)，因此工作效率低，耗電大，且單室的容量都較小，不適合工業(yè)上大規(guī)模地生產(chǎn)鍍件。
這類裝置，其鍍膜室內(nèi)柱狀靶里的磁體，是若干個大小一樣的同軸圓環(huán)狀磁鋼，在柱狀靶表面產(chǎn)生若干個環(huán)狀磁場位形(見附圖3柱狀靶結(jié)構(gòu)示意圖)，造成了靶材濺射和刻蝕都不均勻。盡管可以使環(huán)狀磁鋼在柱狀靶內(nèi)沿著軸向往復(fù)移動，但是受移動速度和幅值的限制，靶材的有效利用率也只有20～25％。
而且這類裝置，一般只能鍍ABS級工程塑料，陶瓷和玻璃等基體材料，不能鍍聚乙烯、聚丙烯等非ABS級塑料，使用范圍很有限。
本發(fā)明的目的在于提高鍍膜機的工作效率，節(jié)電，提高靶材利用率，降低鍍件的鍍膜成本，及擴展鍍膜基材的種類，以適于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需要。
本發(fā)明為一種由鍍膜室、鍍膜室底座、磁控濺射源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源控制系統(tǒng)組成的雙室旋轉(zhuǎn)磁控濺射鍍膜裝置，其特性是鍍膜室為共用一套真空抽氣機組和一套電源控制系統(tǒng)的雙室結(jié)構(gòu)；鍍膜室的磁控濺射源是旋轉(zhuǎn)磁控濺射源，它是一種圓柱形管狀靶，在其內(nèi)與軸平行地安置著數(shù)根條形磁鋼，而且整個磁體具有轉(zhuǎn)動機構(gòu)，其轉(zhuǎn)速＞1轉(zhuǎn)／分。
本發(fā)明的特征還在于，廢棄了柱狀靶內(nèi)的圓環(huán)形磁鋼，代之以采用若干個與柱軸平行的條形磁鋼，在柱狀靶表面形成了跑道形磁場位形。當(dāng)由條形磁鋼組成的磁體至少以1轉(zhuǎn)／秒的速度旋轉(zhuǎn)時，就使跑道形磁場沿靶材表面連續(xù)掃描而形成旋轉(zhuǎn)磁場，致使靶材表面產(chǎn)生了均勻地濺射與刻蝕，大大地提高了靶材的利用率。
本發(fā)明還可對鍍件工件金屬轉(zhuǎn)架施加0～3000伏負偏壓，使鍍件轉(zhuǎn)架與鍍膜室之間形成正常輝光放電，在鍍膜前用這種等離子體對鍍件進行表面處理，可以增強膜層與鍍件基體間的附著力。特別是對聚乙烯、聚丙烯等非ABS工程塑料，可以很好地進行表面改性。
實驗表明，雙室旋轉(zhuǎn)磁控濺射鍍膜機的工作效率，相當(dāng)于兩臺同等規(guī)格的單室鍍膜機。由于節(jié)省了一套真空抽氣機組和一套電源控制系統(tǒng)，本機造價比兩臺單室機降低30％，節(jié)約電能40％。又由于采用旋轉(zhuǎn)磁控，使靶材濺射和刻蝕均勻，靶材利用率可達74％，是現(xiàn)有磁控靶材(例如JT－900柱狀靶磁控濺射鍍膜機靶材)利用率的三倍，這就使鍍件產(chǎn)品的成本大為降低。
而對聚乙烯、聚丙烯等非ABS工程塑料進行表面改性，處理后的塑料基體與膜層附著力顯著增強，已達到實際應(yīng)用水平，擴展了鍍件品種。
此外，旋轉(zhuǎn)磁場沿靶表面連續(xù)掃描，使鍍件涂層均勻，可不需鍍件轉(zhuǎn)架公轉(zhuǎn)，而簡化了轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明主要用于裝飾性鍍膜，可在基體為金屬和非金屬的工件表面鍍制裝飾性金屬膜，如鋁、銅、鈦、不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)膜(包括合金膜)。其所鍍膜層均勻、致密，結(jié)合力強。并具有繞射性好，工件溫升低等優(yōu)點?？梢詮V泛地應(yīng)用于家電器、鐘表工業(yè)、工藝美術(shù)品、塑料日用品、兒童玩具、燈具、汽車以及儀器儀表等各方面裝飾鍍膜。
本發(fā)明主要由主機和電控系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成。
主機部分主要由鍍膜室、真空系統(tǒng)和主機底座組成。
鍍膜室為雙室筒形立式，在鍍室中裝有磁控濺射靶系統(tǒng)以及可自轉(zhuǎn)鍍膜室所需真空度，由真空抽氣系統(tǒng)來獲得和維持。真空系統(tǒng)由高真空抽氣機組、三通管道、閘板閥、予抽機械泵、予抽管道和蝶閥等組成。
兩個鍍膜室分別安裝在兩個機座上，在機座內(nèi)裝有籠形工件金屬轉(zhuǎn)架自轉(zhuǎn)拖動機構(gòu)(拖動調(diào)速電機和減速器)。
電控系統(tǒng)部分主要由整機電控柜、高壓電控柜、磁控源電控系統(tǒng)以及測量顯示等部分組成。
整機電控柜用來實現(xiàn)鍍膜裝置運行程序控制的全過程，直流高壓電控柜主要用于某些被鍍工件的表面放電處理，以提高被鍍工件的鍍膜質(zhì)量，磁控源電源系統(tǒng)為靶的濺射提供可控直流功率源，真空監(jiān)測系統(tǒng)主要由真空計、真空探頭(規(guī)管)、充氣系統(tǒng)和鍍膜室放氣系統(tǒng)等組成，鍍膜室溫度由熱電偶溫度顯示系統(tǒng)顯示。
附


圖1是雙室旋轉(zhuǎn)磁控濺射鍍膜機總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中指標(biāo)(1)與(2)分別表示兩個鍍膜室；指標(biāo)(3)為予抽機械泵；(4)為連接兩鍍室的予抽管道；(5)為高真空抽氣機組；(6)為連接高真空抽氣機組和兩鍍室的三通管道；(7)與(8)為予抽管道兩端的蝶閥；(9)與(10)為三通管道上兩閘板閥；(11)為柱狀濺射靶；(12)為柱狀濺射靶內(nèi)的條形磁鋼，本發(fā)明給出八根；(13)為拖動靶內(nèi)磁體的轉(zhuǎn)動機構(gòu)使磁體轉(zhuǎn)速＞1轉(zhuǎn)／秒，(11)、(12)與(13)組成旋轉(zhuǎn)磁控濺射靶系統(tǒng)；(14)為具有手動公轉(zhuǎn)和電動自轉(zhuǎn)的籠形工件轉(zhuǎn)架機構(gòu)；(15)為磁控源電源；(16)為直流負高壓電源，對鍍室內(nèi)的金屬鍍件架可施0－3000伏特的直流負偏壓；(17)為鍍件轉(zhuǎn)架電動自轉(zhuǎn)連接軸；(18)為予抽機械泵放氣閥；(19)為鍍膜室底座；(20)為真空規(guī)。
本發(fā)明的工作過程是鍍膜室(1)首先通過予抽管道(4)抽低真空至1×10－2托(2.6Pa)，然后通過三通管道(6)抽高真空至2×10－4托(1.3×10－2Pa)，充入氬氣至4×10－2托(5.3×10－1Pa)，啟動磁控源電源(15)，調(diào)節(jié)電壓至600伏，電流為20安培，在鍍膜室內(nèi)產(chǎn)生異常輝光放電，氬原子被電離成氬離子(Ar4)，并被電場加速轟擊靶材，濺射出的靶材原子沉積在鍍件表面上形成薄膜。如果鍍件需要表面處理，在鍍膜前，啟動負偏壓電源(16)，在鍍膜室內(nèi)形成正常輝光放電，待鍍件被處理幾分鐘后再進行鍍膜。
附圖2為雙室鍍膜機工作曲線。
上曲線為鍍膜室(1)的工作曲線，下曲線為鍍膜室(2)的工作曲線。由圖中曲線看出0－15分鐘為鍍膜室(1)抽真空、充氬氣和鍍膜階段；15－30分鐘為鍍膜室(1)取裝鍍件階段，也是鍍膜室(2)開始抽真空、充氬氣和鍍膜階段；30－45分鐘為鍍膜室(1)第二次抽真空、充氬氣和鍍膜階段，也是鍍膜室(2)取裝鍍件階段，以此兩室交替工作。
附圖3是本發(fā)明前，現(xiàn)有的柱狀濺射靶結(jié)構(gòu)正視豎直剖面圖。圖中(11)為柱狀靶材，(19)為靶材內(nèi)的環(huán)形磁鋼；(20)為回水通道；(21)為固定環(huán)形磁鋼的基體；(22)為進水通道。
附圖4是本發(fā)明柱狀濺射靶結(jié)構(gòu)俯視水平剖面圖。圖中(11)為柱狀靶材；(12)為靶材內(nèi)平行于柱軸安置在基體上的條形磁鋼(圖中給出八根)；(20)為回水通道；(21)為固定條形磁鋼的基體；(22)為進水通道。
實施例雙室旋轉(zhuǎn)磁控濺射鍍膜機結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)鍍室型式雙室立式筒型鍍室容量φ850×1200mm／每室真空機組低真空機組2X－70機械泵高真空機組JK－400擴散泵配 2X－30機械泵極限真空度6.5×10－3Pa工作真空度100～10－2Pa抽氣時間(清潔空容器)從大氣抽至5×10－2Pa時所需時間不大于10分鐘。
磁控源圓柱形管狀靶φ72×1070mm內(nèi)裝條形磁鋼8根，磁體轉(zhuǎn)速1－6轉(zhuǎn)／秒磁場強度2.5×10－2－3.8×10－2特斯拉濺射速度＞1500A0／分直流電源電壓0－－900伏 連續(xù)可調(diào)電流0－25安培功率20KW。
籠形工件轉(zhuǎn)架可手動公轉(zhuǎn)，并具有可自轉(zhuǎn)的六根卡件轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)速0－30轉(zhuǎn)／分，可調(diào)。
工件架偏壓0－－3000伏最大鍍件尺寸φ250×870mm整機功率三相380V、50Hz、40KW。
冷卻水水壓2－3kg／cm2，進水溫度20－25℃，流量30升／分外形尺寸主機3500×3500×2500mm電控柜800×700×2000mm例一 鍍制電風(fēng)扇面環(huán)(ABS工程塑料)(1)膜層材料黃銅(H68)(2)抽低真空 2×10－2托(2.6Pa)(3)抽高真空 1×10－4托(1.3×10－2Pa)(4)充氬氣 4×10－3托(5.3×10－1Pa)(5)濺射電壓600伏特(6)濺射電流20安培(7)爐／小時4爐／小時(單室2爐／小時)(8)耗電11.05千瓦(單室 9.85千瓦)(9)靶材利用率74％(磁環(huán)柱狀靶20－25％)例二 鍍燈具(聚丙烯)(1)膜層材料不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)(2)抽低真空 2×10－2托(2.6Pa)(3)抽高真空 1×10－4托(1.3×10－2Pa)(4)充氬氣 8×10－3托(1.1Pa)(5)放電處理電壓2000伏特(6)放電電流5安培(7)處理時間5分鐘(8)膜層附著力好(沒經(jīng)過處理的膜層附著力不好)
權(quán)利要求1.一種由鍍膜室、鍍膜室底座、磁控濺射源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源控制系統(tǒng)組成的雙室旋轉(zhuǎn)磁控濺射鍍膜裝置，其特征是鍍膜室為共用一套真空抽氣機組和一套電源控制系統(tǒng)的雙室結(jié)構(gòu)；鍍膜室的磁控濺射源是旋轉(zhuǎn)磁控濺射源，它是一種圓柱形管狀靶，在其內(nèi)與軸平行地安置著數(shù)根條形磁鋼，而且整個磁體具有轉(zhuǎn)動機構(gòu)，其轉(zhuǎn)速＞1轉(zhuǎn)/分。
2.按權(quán)利要求1所述的鍍膜裝置，其特征是對鍍膜室的金屬鍍件架可施加0－3000伏特的直流負偏壓。
3.按權(quán)利要求2所述的鍍膜裝置，其特征是旋轉(zhuǎn)磁控濺射源中的條形磁鋼為八根。
4.按權(quán)利要求3所述的鍍膜裝置，其特征是鍍膜室內(nèi)的鍍件架，是籠形工件架，并具有手動公轉(zhuǎn)和電動自轉(zhuǎn)機構(gòu)。
專利摘要迄今在市場上銷售的鍍膜機，無例外的都是單室機。本發(fā)明的雙室旋轉(zhuǎn)磁控濺射鍍膜機是對單室磁控濺射鍍膜機的改進。兩個鍍膜室通過預(yù)抽真空管道和蝶閥、高真空三通管道和閘板閥組成一個整體。兩室交替的使用一套真空抽氣機組和一套電源控制系統(tǒng)，其工作效率相當(dāng)于兩臺單室機，但比兩臺單室機節(jié)約電能40％以上，而造價卻比兩臺單室機低30％。由于發(fā)明了旋轉(zhuǎn)磁控濺射靶系統(tǒng)，使靶材表面濺射和刻蝕均勻，靶材的利用率由原來的20％左右提高到了現(xiàn)在的74％。
文檔編號C23C14/35GK2075655SQ8921578
公開日1991年4月24日 申請日期1989年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月5日
發(fā)明者王貴義, 王世忠 申請人:核工業(yè)西南物理研究院