專利名稱：陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用在陰極弧離子鍍膜設(shè)備中的蒸發(fā)源，尤其涉及一種在高真空環(huán)境下小電弧蒸發(fā)源也能低電流穩(wěn)弧的陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置。
背景技術(shù)：
陰極弧離子鍍膜設(shè)備是用陰極弧作為蒸發(fā)源在高真空系統(tǒng)中，在鍍件上施加負(fù)偏壓所組成的一個(gè)鍍膜系統(tǒng)。主要用于車漆鍍膜、裝飾涂層、工模具涂層、光電薄膜等。而其中的蒸發(fā)源其形狀尺寸均有一個(gè)范圍。圓形小平面真空鍍膜靶直徑一般為60—100mm，矩形平面真空鍍膜靶長(zhǎng)度為1000— 1500mm，柱狀真空鍍膜靶直徑為70— 100mm，長(zhǎng)度為1000— 3000mm。而真空鍍膜引弧機(jī)構(gòu)通常分為機(jī)械觸發(fā)式和高頻脈沖放電非接觸式兩種結(jié)構(gòu)。真空鍍膜機(jī)械觸發(fā)式是依賴引弧針與陰極表面接觸，由于真空鍍膜引弧針與真空鍍膜陰極表面構(gòu)成一個(gè)大電流回路，在兩個(gè)電極迅速通/斷的瞬間，引起大電流脈沖放電，因放電局部高溫而引燃電弧放電，高頻脈沖放電非接觸式是在真空鍍膜陰極附近放置電極，在電極上施加脈沖高壓，通過(guò)極間放電進(jìn)行引弧。作為電弧蒸發(fā)源當(dāng)中的一個(gè)部件磁鋼結(jié)構(gòu)，也分為兩種。一種是固定永磁體，另一種是運(yùn)動(dòng)永磁體。圓柱形真空鍍膜靶有圓柱形和環(huán)行磁體， 柱狀靶磁級(jí)有直線安排的磁體和螺旋線安排的磁體。磁場(chǎng)強(qiáng)弱與磁場(chǎng)分布易調(diào)節(jié)，可以控制弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡。由于電弧工作的穩(wěn)定性與陰極蒸發(fā)表面的溫度有關(guān)，溫度越低越穩(wěn)定，而且還會(huì)減小真空鍍膜靶材消耗，因此應(yīng)對(duì)真空鍍膜陰極采取強(qiáng)制冷卻措施。通常采用水冷，水冷形式分直接水冷和間接水冷兩種。在多弧離子鍍膜設(shè)備中，弧蒸發(fā)源主要包括引弧氣缸、位于引弧氣缸內(nèi)的引弧氣缸軸、固定引弧氣缸的引弧氣缸支承座、位于引弧氣缸軸與引弧氣缸支承座之間的密封環(huán)、 套于引弧氣缸軸外的絕緣墊；與引弧氣缸軸電連接的引弧電阻、固定在引弧氣缸軸上的引弧針，位于引弧氣缸軸下方的弧靶座、與弧靶座固定連接的弧靶。絕緣墊位于引弧氣缸支座和法蘭之間，分別與引弧氣缸支承座和法蘭固定連接；弧靶座通過(guò)弧靶座絕緣套與法蘭固定連接，屏蔽板和屏蔽板可調(diào)支架位于弧靶外，屏蔽板滑動(dòng)連接在屏蔽板可調(diào)支架上，屏蔽板可調(diào)支架與法蘭固定連接。目前遇到的問題是小弧蒸發(fā)源穩(wěn)弧電流都比較高，鋯靶在弧放大中最不穩(wěn)定，需要100安培左右才能穩(wěn)定放電。高真空環(huán)境中，低電流穩(wěn)弧就更加困難了。低的穩(wěn)弧電流以及高真空環(huán)境中的低電流穩(wěn)弧特性針對(duì)目前鍍膜生產(chǎn)工藝以及一些低熔點(diǎn)鍍件來(lái)看，具有迫切的要求。公開號(hào)為CN 101476106，
公開日為2009. 07. 08的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開了一種無(wú)弧斑的真空電弧等離子體蒸發(fā)離化源，在真空度10-10-3PA的范圍內(nèi)，在各種氣體氣氛下，采用圓形斷面的圓柱形陰極，輔助陽(yáng)極設(shè)置在陰極周圍，在直流工作電流100-2000A，工作電壓10-40V，連續(xù)可調(diào)情況下，在陰極斷面上，實(shí)現(xiàn)無(wú)弧斑的真空電弧。該專利文獻(xiàn)雖然能夠減少弧蒸發(fā)源產(chǎn)生的小液滴，提供高電離度、高密度的金屬蒸氣等離子體，以使最終鍍件上的薄膜涂層均勻牢固。但是這種圓柱陰極弧只能用于小的真空系統(tǒng)，如果這種陰極弧長(zhǎng)度超過(guò)1. 5米就非常不穩(wěn)定，這種長(zhǎng)型陰極源即使在1. 5米內(nèi)也需要很大工作電流才能維持真空電弧等離子體放電，電流過(guò)大產(chǎn)生的二次電子就會(huì)積累更多，當(dāng)電子積累到一定程度就會(huì)在局部產(chǎn)生瞬間局部拉弧現(xiàn)象，從而使整個(gè)陰極弧斷弧，電源又將重新驅(qū)動(dòng)引弧裝置再次引弧，就這樣整個(gè)過(guò)程就會(huì)反復(fù)進(jìn)行。如果遇到高熔點(diǎn)蒸發(fā)源，弧放電將更難穩(wěn)定。這將影響整個(gè)涂層質(zhì)量，特別是沉積反應(yīng)涂層時(shí)，這樣反復(fù)斷弧再引弧將很難沉積到所需化學(xué)計(jì)量比的涂層。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)電弧蒸發(fā)源穩(wěn)弧電流較高，高真空狀態(tài)下更難引弧和穩(wěn)弧，且容易產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象的缺陷，提供一種穩(wěn)弧電流低、高真空狀態(tài)容易引弧和穩(wěn)弧，不會(huì)產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象的陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置。本實(shí)用新型具有穩(wěn)弧電流低、不會(huì)拉弧且電弧蒸發(fā)源在特定工藝條件下蒸發(fā)出的金屬離子或原子不易沉積的特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置，包括與引弧氣缸支承座連接的法蘭、與法蘭連接的弧靶座，與弧靶座連接的弧靶，其特征在于所述法蘭與弧靶之間還設(shè)置有絕緣套，所述弧靶座上固定連接有調(diào)節(jié)裝置，所述調(diào)節(jié)裝置包括與弧靶座固定連接的滑桿、與滑桿滑動(dòng)連接的磁環(huán)、包裹磁環(huán)的殼體，所述法蘭上還電連接有電阻，電阻另一端接地。所述陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置還包括引弧氣缸軸和引弧電阻，引弧氣缸支承座上開有長(zhǎng)形孔，引弧電阻導(dǎo)線穿過(guò)長(zhǎng)形孔與引弧氣缸軸電連接。所述絕緣套呈圓柱形，外徑為255-300mm，內(nèi)徑為180_200mm，厚度為10_20mm。所述磁環(huán)外徑為80-100 mm,內(nèi)徑為35-50 mm，厚度為7_15mm。所述電阻為繞線滑動(dòng)電阻，功率為200-300W，阻值為1_3歐姆。使用時(shí)，當(dāng)真空系統(tǒng)內(nèi)的氣壓達(dá)到工藝要求，打開弧電源的引弧開關(guān)，這時(shí)引弧氣缸動(dòng)作，拉動(dòng)引弧針撞擊弧靶，此時(shí)弧電源電流通過(guò)弧電源一地一引弧電阻一引弧氣缸軸 —引弧針一弧靶一弧靶座一弧電源，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的電流回路。此時(shí)弧靶表面上由于瞬間短路電流非常大將產(chǎn)生大量電阻熱，使得弧靶表面引弧針部位熔化和蒸發(fā)，同時(shí)也釋放出大量高能電子，此時(shí)弧靶表面上的金屬原子也處于非?；钴S狀態(tài)，為下步的躍遷和蒸發(fā)提供足夠的能量?；‰娫匆￠_關(guān)閉合瞬間，就會(huì)馬上斷開引弧開關(guān)，上述電流回路也就會(huì)自行切斷，此時(shí)由于弧靶表面上聚集了無(wú)數(shù)處于非?；钴S狀態(tài)的金屬離子和高能電子，高能電子撞擊周圍稀薄的空氣，讓系統(tǒng)中部分空氣電離，由于弧靶一直處于負(fù)電位狀態(tài)，電離的離子和金屬離子就再次撞擊弧靶表面，就產(chǎn)生弧光放電，放電又產(chǎn)生大量的電子和離子，電子又在空間撞擊金屬原子產(chǎn)生離子，離子又去撞擊弧靶表面，整個(gè)過(guò)程一直都是個(gè)動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，所以放電也就自持下去?；‰娫匆坏匾徽婵障到y(tǒng)一等離子體一弧蒸發(fā)源一弧靶座一弧電源和弧電源一地一真空系統(tǒng)一等離子體一屏蔽板一屏蔽板支架一法蘭一電阻一地，構(gòu)成整個(gè)弧蒸發(fā)源放電流程。離子撞擊弧靶表面的同時(shí)也將弧靶表面上的金屬原子、原子團(tuán)和金屬離子發(fā)射到周圍去，如果在附近放置鍍件，弧靶表面上的金屬也就沉積到鍍件上，這就是真空鍍膜。磁環(huán)通過(guò)滑桿靠近或遠(yuǎn)離弧靶，改變弧靶表面磁場(chǎng)強(qiáng)度，使弧靶表面上的等離子體更加密集，使蒸發(fā)出來(lái)的離子或原子團(tuán)更加細(xì)膩。同時(shí)，也使等離子體放電更加穩(wěn)定， 積累在屏蔽板上的二次電子多少變得可控。通過(guò)調(diào)節(jié)電阻的阻值，使屏蔽板上面積累的二次電子所產(chǎn)生的電流導(dǎo)入大地，這將使等離子體在低電流狀態(tài)下變得非常穩(wěn)定。再加以工藝的實(shí)施將可以得到需要的反應(yīng)薄膜和高品質(zhì)的薄膜涂層。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面一、通過(guò)增加磁環(huán)和電阻，降低了工作電流，而且非常穩(wěn)定，使其在高真空環(huán)境中自持穩(wěn)定放電，這是目前很多小陰極弧所不具備的，在工模具鍍膜中對(duì)提高涂層的結(jié)合力、 硬度、降低摩擦系數(shù)和提高效率都起到很大的作用。二、通過(guò)增加磁環(huán)，這樣可以充分避免大電流大液滴現(xiàn)象的發(fā)生，使沉積的涂層更加細(xì)膩，克服了過(guò)濾陰極弧效率低，設(shè)施龐大和昂貴；既提高了生產(chǎn)效率，又使沉積的涂層比較細(xì)膩。三、通過(guò)增加電阻，使鍍制所需化學(xué)計(jì)量比的涂層變得更可控和穩(wěn)定。四、通過(guò)改變引弧氣缸支承座的結(jié)構(gòu)，使每個(gè)弧可以非常穩(wěn)定放電，特別是高熔點(diǎn)材料，放電也非常穩(wěn)定。五、根據(jù)不同的需要，可以同時(shí)將40到50個(gè)小陰極弧應(yīng)用于真空鍍膜系統(tǒng)中，可以將系統(tǒng)擴(kuò)展到很大，增強(qiáng)鍍膜效率和鍍件的種類。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖中標(biāo)記1、引弧氣缸支承座，2、法蘭，3、弧靶座，4、弧靶，5、絕緣套，6、滑桿，7、磁環(huán)，8、殼體，9、電阻，10、引弧氣缸軸，11、引弧電阻，12、長(zhǎng)形孔。
具體實(shí)施方式
陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置，包括與引弧氣缸支承座1連接的法蘭2、與法蘭2 連接的弧靶座3，與弧靶座3連接的弧靶4，所述法蘭2與弧靶4之間還設(shè)置有絕緣套5，所述弧靶座3上固定連接有調(diào)節(jié)裝置，所述調(diào)節(jié)裝置包括與弧靶座3固定連接的滑桿6、與滑桿6滑動(dòng)連接的磁環(huán)7、包裹磁環(huán)7的殼體8，所述法蘭2上還電連接有電阻9，電阻9另一端接地。所述陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置還包括引弧氣缸軸10和引弧電阻11，引弧氣缸支承座1上開有長(zhǎng)形孔12，引弧電阻11導(dǎo)線穿過(guò)長(zhǎng)形孔12與引弧氣缸軸10電連接。所述絕緣套5呈圓柱形，外徑為255-300mm，內(nèi)徑為180_200mm，厚度為10_20mm。所述磁環(huán)7 外徑為80-100 mm,內(nèi)徑為35-50 mm，厚度為7_15mm。所述電阻9為繞線滑動(dòng)電阻，功率為 200-300W,阻值為1-3歐姆。使用時(shí)，當(dāng)真空系統(tǒng)內(nèi)的氣壓達(dá)到工藝要求，打開弧電源的引弧開關(guān)，這時(shí)引弧氣缸動(dòng)作，拉動(dòng)引弧針撞擊弧靶4，此時(shí)弧電源電流通過(guò)弧電源一地一引弧電阻一引弧氣缸軸 10 —引弧針一弧靶4 —弧靶座3 —弧電源，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的電流回路。此時(shí)弧靶4表面上由于瞬間短路電流非常大將產(chǎn)生大量電阻熱，使得弧靶4表面引弧針部位熔化和蒸發(fā)，同時(shí)也釋放出大量高能電子，此時(shí)弧靶4表面上的金屬原子也處于非?；钴S狀態(tài)，為下步的躍遷和蒸發(fā)提供足夠的能量?；‰娫匆￠_關(guān)閉合瞬間，就會(huì)馬上斷開引弧開關(guān)，上述電流回路也就會(huì)自行切斷，此時(shí)由于弧靶4表面上聚集了無(wú)數(shù)處于非?；钴S狀態(tài)的金屬離子和高能電子，高能電子撞擊周圍稀薄的空氣，讓系統(tǒng)中部分空氣電離，由于弧靶4 一直處于負(fù)電位狀態(tài)，電離的離子和金屬離子就再次撞擊弧靶4表面，就產(chǎn)生弧光放電，放電又產(chǎn)生大量的電子和離子， 電子又在空間撞擊金屬原子產(chǎn)生離子，離子又去撞擊弧靶4表面，整個(gè)過(guò)程一直都是個(gè)動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，所以放電也就自持下去?；‰娫匆坏匾徽婵障到y(tǒng)一等離子體一弧蒸發(fā)源一弧靶座3 —弧電源；弧電源一地一真空系統(tǒng)一等離子體一屏蔽板一屏蔽板支架一法蘭2 —電阻9 —地，構(gòu)成整個(gè)弧蒸發(fā)源放電流程。離子撞擊弧靶4表面的同時(shí)也將弧靶4表面上的金屬原子、原子團(tuán)和金屬離子發(fā)射到周圍去，如果在附近放置鍍件，弧靶4表面上的金屬也就沉積到鍍件上，這就是真空鍍膜。磁環(huán)7通過(guò)滑桿6靠近或遠(yuǎn)離弧靶4，改變弧靶4表面磁場(chǎng)強(qiáng)度，使弧靶4表面上的等離子體更加密集，使蒸發(fā)出來(lái)的離子或原子團(tuán)更加細(xì)膩。同時(shí)，也使等離子體放電更加穩(wěn)定，積累在屏蔽板上的二次電子多少變得可控。通過(guò)調(diào)節(jié)電阻 9的阻值，使屏蔽板上面積累的二次電子所產(chǎn)生的電流導(dǎo)入大地，這將使等離子體在低電流狀態(tài)下變得非常穩(wěn)定。再加以工藝的實(shí)施將可以得到需要的反應(yīng)薄膜和高品質(zhì)的薄膜涂層。
本實(shí)用新型不限于上述實(shí)施例，但均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置，包括與引弧氣缸支承座(1)連接的法蘭(2)、與法蘭 (2)連接的弧靶座(3)，與弧靶座(3)連接的弧靶(4)，其特征在于所述法蘭(2)與弧靶(4) 之間還設(shè)置有絕緣套(5)，所述弧靶座(3)上固定連接有調(diào)節(jié)裝置，所述調(diào)節(jié)裝置包括與弧靶座(3)固定連接的滑桿(6)、與滑桿(6)滑動(dòng)連接的磁環(huán)(7)、包裹磁環(huán)(7)的殼體(8)，所述法蘭(2)上還電連接有電阻(9)，電阻(9)另一端接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置，其特征在于還包括引弧氣缸軸(10)和引弧電阻(11)，引弧氣缸支承座(1)上開有長(zhǎng)形孔(12)，引弧電阻(11)導(dǎo)線穿過(guò)長(zhǎng)形孔(12)與引弧氣缸軸(10)電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置，其特征在于所述絕緣套 (5)呈圓柱形，外徑為255-300mm，內(nèi)徑為180_200mm，厚度為10_20mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置，其特征在于所述磁環(huán)(7) 外徑為80-100 mm,內(nèi)徑為35-50 mm，厚度為7_15mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置，其特征在于所述電阻(9) 為繞線滑動(dòng)電阻，功率為200-300W，阻值為1-3歐姆。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種陰極弧高真空低電流穩(wěn)定裝置，包括與引弧氣缸支承座連接的法蘭、與法蘭連接的弧靶座，與弧靶座連接的弧靶，其特征在于所述法蘭與弧靶之間還設(shè)置有絕緣套，所述弧靶座上固定連接有調(diào)節(jié)裝置，所述調(diào)節(jié)裝置包括與弧靶座固定連接的滑桿、與滑桿滑動(dòng)連接的磁環(huán)、包裹磁環(huán)的殼體，所述法蘭上還電連接有電阻，電阻另一端接地。本實(shí)用新型具有穩(wěn)弧電流低、不會(huì)拉弧且電弧蒸發(fā)源蒸發(fā)出的金屬離子不易沉積的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C14/24GK202063988SQ20112009342
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者何文鋒, 劉海泉, 彭冉, 鐘宜航 申請(qǐng)人:劉海泉