[实用新型]圆形靶阴极真空电弧源等离子体磁过滤矩形引出装置

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及一种圆形靶阴极真空电弧等离子体沉积镀膜的磁过滤矩形引出装置。其特征是该装置由一个矩形口的梯形管道和圆弧绕制的磁场线圈构成一个梯形通电螺线管。等离子体由梯形的小口端进入，在磁场的约束和引导下呈扇形均匀发散，从梯形的大口端引出，得到一个大面积矩形等离子体束。该装置可以将圆形束斑的等离子体束转化为矩形束斑的等离子体束，不仅能够与圆截面的磁过滤弯管相连构成磁过滤等离子体矩形引出装置，而且能够直接与圆形靶阴极真空电弧源连接引出矩形等离子体束。提高阴极真空电弧等离子体沉积镀膜的等离子体的利用效率和镀层的均匀性。

背景技术

离子束材料表面改性技术是目前先进的材料表面处理技术之一。阴极真空电弧源因其引出束流大，离化率高，能够引出离子种类多等优点广泛应用于材料表面改性领域，其中离子束沉积、离子注入是最主要的两个应用。文献《强流金属离子束材料表面改性研究》，张通和，梁宏，马芙蓉，1997，14(3)描述了离子注入对材料表面改性研究与应用已经并正在发挥重要而深远的影响。阴极真空电弧源是在高真空条件下，利用阴阳极问的弧放电产生等离子体，因而可以用于等离子体沉积镀膜，这就是常规的电弧离子镀。由于放电剧烈，在等离子体产生的同时将会产生许多金属颗粒，极大的影响了膜层的质量。文献《Review of the filtered vacuum arc process and materials deposition》P.J.Martin_，A.Bendavid.Thin Solid Films 394(2001)1-15报道了阴极真空电弧大颗粒的过滤方法，包括直管过滤法、机械屏蔽法、弯管磁过滤法、静电偏转法等。弯管磁过滤法相比其他过滤方法是一种简单有效的过滤方法，能够有效的过滤掉等离子体中的大颗粒从而制备高质量、致密、光滑的涂层。针对圆形阴极靶材的阴极真空电弧源，通常采用圆截面弯管磁过滤装置，能够很好的过滤掉大颗粒制备高性能的涂层。圆形阴极靶材的阴极真空电弧磁过滤装置采用圆形截面的过滤管道，使得等离子体的引出束斑为圆形。对于长条状，大面积和卷材类工件的表面处理，通常采用多个弧源和多套圆截面弯管磁过滤装置同时工作来解决单个圆形束斑镀膜处理能力的不足。但采用这种方案不仅设备复杂、成本昂贵，而且工件表面镀膜层的质量和厚度不均匀。文献《Approaches to rid cathodic arc plasmas of macro-and nanoparticles：a review》，Andre′Anders，Surface and Coatings Technology，120-121(1999)319-330报道了多种磁过滤器形式，其中包括引出矩形等离子体束的装置，但需要采用矩形阴极靶材或圆柱形阴极靶材，采用这些方法电弧控制复杂，靶材消耗不均匀，同时需要采用复杂的矩形磁过滤装置。圆形阴极靶材的阴极真空电弧源结构简单，电弧容易控制，得到广泛应用。针对圆形阴极靶材的阴极真空电弧源采用圆形截面的磁过滤管道，使得等离子体的引出束斑为圆形，不适于对长条状、大面积和卷材类工件作镀膜处理的缺点，发明了圆形靶阴极真空电弧源等离子体磁过滤矩形引出装置。

发明内容

为了克服圆形阴极靶材的阴极真空电弧源所产生的圆形束斑等离子体不适于对长条状、大面积和卷材类工件镀膜处理的不足，本实用新型提供了一种圆形靶阴极真空电弧源等离子体磁过滤矩形引出装置。该装置由一个矩形口梯形管道和圆弧绕制的磁场线圈组成，构成一个梯形通电螺线管。等离子体由梯形的小口端进入，在磁场的约束和引导下呈扇形均匀发散，从梯形的大口端引出后得到一个大面积矩形等离子体束斑。该装置可以将圆形束斑的等离子体束转化为矩形束斑的等离子体束，不仅能够与圆截面磁过滤弯管相连构成磁过滤等离子体矩形引出装置，而且能够直接与圆形靶阴极真空电弧源连接引出矩形束斑的等离子体束。该装置适合对长条状、大面积和卷材类工件进行镀膜，实现对长条状或卷材类工件的批量镀膜处理。同时提高等离子体的利用效率和膜层质量以及膜层均匀性。