[发明专利]可控多元阴极弧等离子体形成装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子体形成装置及方法。

背景技术

多元复合膜层在高温下具有较高的硬度和稳定性，是高速铣床刀具等零件使用的主要膜层。多元复合膜层一般采取复合靶材的制备方式，例如要合成钛铝氮(TiAlN)膜层，必须采取钛铝(TiAl)靶材，由于复合靶材硬度很高，加工性能很差，复合靶材的加工非常困难，此外，对于复合膜层成分与结构的优化也必须通过改变靶材结构来获得，而不同成分靶材的制备也是研究的难点。

发明内容

本发明的目的是为解决现有多元复合膜层制备采取复合多元靶材的方式，复合靶材制作困难的问题，提供一种可控多元阴极弧等离子体形成装置及其方法。

本发明的装置由放电室、过滤室和连接管组成，连接管的上端与放电室的下端连接，连接管的下端与过滤室的上端连接，放电室由磁场线圈、上盖、阴极保护套、阴极、触发绝缘块、触发板、触发杆绝缘套、触发杆、触发杆外套、阴极座、阴极绝缘套、阳极、阳极座、阴极保护套座和阳极圆筒组成，上盖上设有阴极座孔和触发杆孔，阴极保护套上设有阴极孔，阴极保护套通过阴极保护套座固定在上盖的下端，阴极孔与阴极座孔相通，阴极绝缘套设置在阴极座孔中，阴极座设置在阴极绝缘套中，触发杆外套设置在触发杆孔中，触发杆设置在触发杆外套中，触发杆绝缘套穿过触发杆的下端且套在触发杆外套上，触发板与阴极对应一侧设有阶梯表面，触发板套在触发杆的下部，触发绝缘块与触发板上的阶梯表面相连，阴极设置在阴极孔中，阴极的上端与阴极座的下端连接，阴极的下端面与触发板和触发绝缘块的下端面平齐，阳极圆筒设置在上盖下端面的周边，阳极圆筒的下端与阳极座的周边连接，阳极与阳极座的上表面相连，阳极上设有阳极孔，阳极座上设有阳极座孔，阳极孔与阳极座孔相通，磁场线圈设置在阳极圆筒的外侧壁上，上盖上的阴极座孔和触发杆孔、阴极、触发绝缘块、触发板、触发杆绝缘套、触发杆、触发杆外套、阴极座、阴极绝缘套的数量均为四至六个，过滤室由法兰、过滤圆筒、底座、过滤条和过滤线圈组成，过滤圆筒的上端与法兰连接，过滤圆筒的下端与底座连接，过滤条的周边固定在过滤圆筒的内侧壁上，过滤线圈设置在过滤圆筒的外侧壁上。

本发明的方法包括以下步骤：一、阴极座中间空心部分通入冷却水；二、触发杆的顶端与触发电源的正极连接，每个阴极座与触发电源的负极和不同的弧放电电源的负极连接，阳极与弧放电电源的所有正极连接在一起，阳极与阴极之间的电压差为30-80V；三、将放电室抽真空到1×10^-1Pa的压力；四、采用4kV的触发脉冲通过触发杆施加到触发板上，阴极与触发板之间的触发绝缘块表面因爬电而被击穿引燃阴极，使阴极的放电电流为40～100A，在触发板与阴极之间形成弧光放电等离子体；五、步骤四中触发产生的等离子体导致阴极与阳极之间形成连续的阴极弧放电，放电电流可以从30～200A连续可调，在放电室内部阳极上方可同时形成不同阴极的真空弧放电而形成多元混合等离子体；六、步骤五中等离子体通过阳极孔、阳极座孔、连接管内孔、法兰内孔进入过滤室，七、等离子体中的大部分宏观粒子与过滤条或过滤圆筒碰撞，并被过滤条或过滤圆筒吸收，过滤室外部的过滤线圈使内部腔体的磁场强度在100-300高斯左右，在磁场的约束下，阴极产生的等离子体被磁场约束，并且逐渐均匀化，在出口处获得均匀的多元阴极弧等离子体。

本发明的有益效果是：本发明采用的阴极为多个纯金属阴极，加工制备简单，避免了复合多元阴极由于硬度高而制作困难的现象，通过本发明形成的多元阴极弧等离子体的组分种类和密度调整简单。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是放电室1的结构示意图(去掉磁场线圈1-1、阳极1-12、阳极座1-13和阳极圆筒1-15)，图3是阴极保护套1-3的俯视图。

具体实施方式