[实用新型]一种多型复合磁场可选紧凑旋转磁场辅助离子镀弧源装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及薄膜与涂层制备技术领域，具体地说是一种多型复合磁场可选紧凑旋转磁场辅助离子镀弧源装置。

背景技术

表面防护涂层技术是提高工模具及机械部件质量和使用寿命的重要途径，作为材料表面防护技术之一的离子镀膜技术，由于由于结构简单、离化率高、入射粒子能量高，可以轻松得到其他方法难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层，应用在工具、模具上面，可以使寿命成倍提高，较好地实现了低成本、高收益的效果；此外，离子镀涂层技术具有低温、高能两个特点，几乎可以在任何基材上成膜，应用范围十分广阔，展示出很大的经济效益和工业应用前景。电弧离子镀所用的弧源结构是冷阴极弧源，电弧的行为被阴极表面许多快速游动，高度明亮的阴极斑点所控制，阴极斑点的运动对电弧等离子体的物理特性以及随后的镀膜特性有很大的影响。而离子镀弧源是电弧等离子体放电的源头，是离子镀技术的核心部件。为了更好的提高沉积薄膜的质量和有效的利用靶材，提高放电稳定性，必须对弧斑的运动进行合理的控制，而弧斑的有效控制必须有合理的机械结构与磁场结构配合。

同时，由于电弧离子镀阴极斑点的尺寸很小，功率密度非常高（1016W/m2），如果阴极斑点在一个位置停留时间过长，必然造成液态溶池面积扩大，引发强烈的大颗粒喷射。大颗粒的存在，严重影响了涂层和薄膜的性能和寿命，成为工模具镀的阻碍，也成为阻碍电弧离子镀技术更深入广泛应用的瓶颈问题。因此，解决大颗粒问题更为积极的办法是考虑从源头解决问题的措施，改善弧斑的放电形式﹑提高弧斑的运动速率﹑降低放电功率在阴极斑点处的集中﹑使放电功率分布在整个靶面上，从而减少大颗粒的发射。同时，为了更好的提高镀层的质量和有效的利用靶材，提高放电稳定性，必须对弧斑的运动以及等离子体的传输进行合理的控制。

目前的电弧离子镀技术主要是在靶材附近施加磁场来控制弧斑的运动，来提高放电稳定性和靶材刻蚀率。由于电弧离子镀主要靠靶面上的阴极斑点的放电来沉积所需薄膜的，因此是一种点状源，这些传统的单纯在靶面附近施加磁场的方法虽然可以有效地控制弧斑在靶面的运动，但是并没有解决等离子在传输空间分布的不均匀性，同时，随着磁场强度的增加，造成了部分离子随着靶材周围磁场的分布运动而流失，造成了基体处离子密度的下降。而且长时间的刻蚀容易在靶面上形成刻蚀轨道，造成靶材刻蚀的不均匀。

由于真空电弧等离子体的物理特性，外加电磁场是改善弧斑放电、控制弧斑运动以及改善等离子体的传输特性的有效方法。离子镀弧源是电弧等离子体放电的源头，是离子镀技术的核心部件，国内外在离子镀弧源的设计上都离不开磁场的设计。合理的磁场可以有效的改善弧斑的放电，同时保证等离子体的有效传输，而单独的一种磁场结构往往难以构建合适的空间磁场位形，既保证靶面所需磁场状态，又保证等离子体传输空间的磁场分布，因此高效优质的离子镀源装置必须要有合理紧凑的结构满足设置多种耦合磁场发生装置的需要。

中国发明专利（专利号ZL200810010762.4）提出了一种利用旋转磁场控制弧斑运动的电弧离子镀装置，但是该发明没有对具体的弧源结构进行创新设计，弧源头及围绕于靶材之外的法兰套结构不合理，占用空间体积过大，不利于整体结构分布，整体结构不紧凑，磁场漏磁严重，不利于镀膜整机设计安排；最主要的是该发明只利用旋转横向磁场约束弧斑放电，对等离子体的传输和弧斑放电不利，大大降低了弧光等离子体的传输效率，大部分的等离子体约束在靶面附近，造成了沉积不均匀性和速率降低，同时单独强度过大的横向磁场减弱了弧斑放电的稳定性。因此，正如前述，需要有合理紧凑的弧源结构满足设置多种耦合磁场发生装置的需要，既保证靶面所需磁场状态、改善弧斑放电、降低放电功率密度、提高放电稳定性，又保证等离子体传输空间的磁场分布。但是频率强度匹配的旋转横向磁场可以大大改善弧斑放电，实现准扩散弧的状态，这点是值得在设计中采用的。

因此，本实用新型进一步创新，对传统旋转磁场辅助的弧源结构进行改进，采用结构紧凑、简易可调节的特种多功能多结构适应型离子镀枪配合结构优化的法兰套，提出了一种多型复合磁场可选紧凑旋转磁场辅助离子镀弧源装置的设计方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多型复合磁场可选紧凑旋转磁场辅助离子镀弧源装置，解决现有技术中大颗粒的存在严重影响涂层和薄膜的性能和寿命、靶材刻蚀与涂层均匀性差、靶材利用率低、以及沉积效率低等问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：