[发明专利]一种轴对称曲面件内表面均匀磁控溅射沉积方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及镀层领域，尤其是磁控溅射领域，具体为一种轴对称曲面件内表面均匀磁控溅射沉积方法及其装置。本发明能够大幅提高轴对称曲面件内表面沉积的均匀性，具有较好的效果。

背景技术

磁控溅射作为一种工业化镀层沉积技术，其工作原理如下：电子在溅射靶面正交电磁场中做螺旋运动，并与工作气体（如氩气）发生碰撞，使工作气体电离为离子（如氩离子），离子在溅射阴极的电场作用下加速、获能飞向靶面，并与靶面原子发生碰撞，而使靶材原子被溅射出来，被溅射出来的靶材原子沉积到工件表面，而形成镀层。

目前，针对轴对称曲面工件（即轴对称曲面件），在工件内表面镀制镀层时，通过采用圆形平面溅射靶作为溅射阴极，工件的口部正对靶面且工件与圆形平面溅射靶的轴线重合，同时工件与圆形平面溅射靶的靶面保持一定距离。由于轴对称曲面工件形状的特殊性，工件内表面不同纬度位置距离靶面的距离各不相同，沉积物质在飞行过程中，受重力作用影响以及与工作气体碰撞而发生能量损失，距离靶面越远，能够到达的沉积原子越少，镀层沉积速率越低，最终导致轴对称曲面工件内表面不同纬度镀层的厚度存在较大差异，使得镀层的均匀性较差。

在工件表面沉积镀层的目的通常在于，改善工件表面的某种特性（如防腐蚀、耐磨损）或起某种隔离作用；而这些作用的实现，通常与镀层厚度有直接关系。因而，镀层厚度不均匀直接影响到工件表面性能的不均匀，同时导致精密装配的问题。

为此，迫切需要一种新的方法，以改善工件沉积的均匀性，同时提升装备制造水平。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有磁控溅射方法在用于轴对称曲面件内表面的镀层制备时，受重力作用影响以及与工作气体碰撞而发生能量损失，距离靶面越远，能够到达的沉积原子越少，镀层沉积速率越低，导致工件内表面不同纬度镀层的厚度存在较大差异，均匀性较差的问题，提供一种轴对称曲面件内表面均匀磁控溅射沉积方法及其装置。本发明能有效克服传统方法的不足，将轴对称曲面件内表面的镀层厚度均匀性提升至70%以上，在工件内表面形成均匀的磁控溅射镀层。同时，本发明方法简单，工艺可控，重复性好，能够满足工业化、大规模制备轴对称曲面件内表面均匀镀层的需要，具有较好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种轴对称曲面件内表面均匀磁控溅射沉积方法，包括如下步骤：

（1）将轴对称曲面件的开口部朝下，并将轴对称曲面件置于平面磁控溅射靶上方，轴对称曲面件与平面磁控溅射靶之间形成间隙，将间隙记为靶基距；

（2）在轴对称曲面件与平面磁控溅射靶之间放置若干个金属挡片，金属挡片与地绝缘，沿轴对称曲面件下端至顶点的纬度方向，随着轴对称曲面件纬度的升高，金属挡片遮挡轴对称曲面件的面积逐渐减小；

（3）待轴对称曲面件与金属挡片设置完成后，使金属挡片与轴对称曲面件相对转动，同时使电子在平面磁控溅射靶正交电磁场中做螺旋运动，电子与工作气体碰撞，使工作气体电离为离子，离子与平面磁控溅射靶碰撞，使得平面磁控溅射靶的靶材原子溅射出来，溅射出来的靶材原子沉积到轴对称曲面件的内表面，从而在轴对称曲面件内表面形成镀层，当镀层厚度达到设定值后，即可。

所述步骤1中，将轴对称曲面件置于圆形平面磁控溅射靶上方，并使轴对称曲面件的轴线与圆形平面磁控溅射靶的轴线重合。

所述步骤3中，金属挡片静置，轴对称曲面件沿轴对称曲面件的轴线转动；

或轴对称曲面件静置，金属挡片沿轴对称曲面件的轴线转动；

或以轴对称曲面件的轴线为旋转轴，金属挡片与轴对称曲面件沿旋转轴相对转动。

所述金属挡片为球面三角形金属挡片。

所述球面三角形金属挡片遮挡轴对称曲面件的面积随轴对称曲面件纬度的升高而逐渐减小。

所述步骤2中，在轴对称曲面件与平面磁控溅射靶之间均布3个金属挡片，所述金属挡片遮挡轴对称曲面件的面积随轴对称曲面件纬度的升高而逐渐减小。