專利名稱：一種非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面防護(hù)涂層領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置。
背景技術(shù)：
表面防護(hù)涂層技術(shù)是提高工模具及機(jī)械部件質(zhì)量和使用壽命的重要途徑，作為材料表面防護(hù)技術(shù)之一的物理氣相沉積技術(shù)，已在現(xiàn)代刀具、模具以及機(jī)械零件的應(yīng)用方面取得了十分理想的效果。在實(shí)際應(yīng)用中，高性能防護(hù)涂層必須具有高硬度、高韌性、低摩擦系數(shù)、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、較好的抗粘著能力和抗熱磨損性能，以及特別重要的與基體有很好的結(jié)合性能。這就要求 鍍層技術(shù)能夠提供高的等離子體離化率、高的等離子體密度、高的粒子能量、較快的沉積速率以及較少的缺陷，而目前尚未有某種技術(shù)可以同時(shí)達(dá)到這些目標(biāo)。物理氣相沉積技術(shù)主要分為真空蒸鍍、磁控濺射和離子鍍?nèi)齻€(gè)類型，真空蒸鍍和磁控濺射由于粒子能量和離化率低，導(dǎo)致膜層疏松多孔、力學(xué)性能差、難以獲得良好的涂層與基體之間的結(jié)合力，嚴(yán)重限制了該類技術(shù)在防護(hù)涂層制備領(lǐng)域的應(yīng)用。電弧離子鍍的離化率高、等離子體密度高、粒子能量高、沉積速率快以及可低溫沉積的突出優(yōu)點(diǎn)使其在工模具鍍上展現(xiàn)出其他鍍膜方式所不具備的優(yōu)勢(shì)，是目前工模具及機(jī)械零件防護(hù)涂層制備的最佳工藝。離子鍍?cè)词请娀〉入x子體放電的源頭，是離子鍍技術(shù)的核心部件。為了產(chǎn)生高離化率、高離子密度、高粒子能量、高的等離子體傳輸效率以及較少的缺陷的等離子體，必須有合理的弧斑放電機(jī)制和控制以及等離子體在傳輸空間的有效高密度分布，而這都必須有合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的配合。離子鍍?cè)创艌?chǎng)的設(shè)置必須有兩方面的作用，一方面有效的改善弧斑放電，控制弧斑運(yùn)動(dòng)，減少顆粒發(fā)射，維持自持放電穩(wěn)定發(fā)生；另一方面有效的改善傳輸空間的磁場(chǎng)分布，提高等離子體的傳輸效率和密度等鍍膜關(guān)鍵參數(shù)。因此，必須同時(shí)考慮靶面附近的磁場(chǎng)和傳輸空間的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)。而傳統(tǒng)的離子鍍?cè)丛O(shè)計(jì)主要是考慮在靶材附近施加磁場(chǎng)來(lái)控制弧斑的運(yùn)動(dòng),來(lái)提高放電穩(wěn)定性和靶材刻蝕率,并沒(méi)有同時(shí)解決等離子在傳輸空間分布的不均勻性，造成了等離子體傳輸空間及基體處離子密度的下降。或者是主要考慮了提高等離子傳輸效率，設(shè)置的磁場(chǎng)又對(duì)靶面附近的磁場(chǎng)分布造成了很大的影響，難以達(dá)到弧斑放電改善所需磁場(chǎng)狀態(tài)，而弧斑的有效控制是產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)等離子體的源頭，因此沒(méi)有完善有效的靶面附近的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，將不會(huì)有良好的等離子體的發(fā)生，而沒(méi)有傳輸空間磁場(chǎng)的合理分布，將不會(huì)有高效高密度均勻的等離子體的傳輸，提供給高性能涂層制備所需的等離子體的量和質(zhì)。因此，在離子鍍?cè)吹脑O(shè)計(jì)中，如何提供復(fù)合的磁場(chǎng)，能夠兼容靶面附近和等離子體傳輸空間的磁場(chǎng)分布，是性能優(yōu)越的離子鍍?cè)此杩紤]的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，達(dá)到既改善弧斑放電，控制弧斑運(yùn)動(dòng)，減少顆粒發(fā)射，又改善傳輸空間的磁場(chǎng)分布，提高等離子體的傳輸效率和密度等鍍膜關(guān)鍵參數(shù)的雙重效果。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，具有支撐靶材的弧源主體、內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置，雙層水冷的過(guò)渡傳輸法蘭套與兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置:I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置和II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、以及中間磁軛形成的多磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性控制磁場(chǎng)組；通過(guò)靶材背面的內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與傳輸法蘭套上的兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的配合，形成約束弧斑運(yùn)動(dòng)的靶面動(dòng)態(tài)拱形磁場(chǎng)與傳輸空間軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)兼容的復(fù)合磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置為永久磁體裝置或者內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈中心設(shè)置內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯構(gòu)成，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置于靶材的背面；I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置之間設(shè)置磁軛，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、磁軛、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置于法蘭套的外側(cè)；或者，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置為永久磁體裝置或者內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈中心設(shè)置內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯構(gòu)成，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置于靶材的背面，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯外側(cè)與內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈之間設(shè)置內(nèi)筒和外筒同軸圍套的靶材底座，靶材底座底部設(shè)置靶材底座出水管、靶材底座進(jìn)水管；I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置之間設(shè)置磁軛，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、磁軛、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置于法蘭套的外側(cè)；或者，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置為永久磁體裝置或者內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈中心設(shè)置內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯構(gòu)成，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置于靶材的背面，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的外側(cè)設(shè)置內(nèi)筒和外筒同軸圍套的靶材底座，靶材底座底部設(shè)置靶材底座出水管、靶材底座進(jìn)水管；I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置之間設(shè)置磁軛，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、磁軛、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生`裝置設(shè)置于法蘭套的外側(cè)。所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，支撐靶材的弧源主體采用結(jié)構(gòu)緊湊的特種多功能離子鍍槍，電磁線圈圍套在靶材底座后端的靶材底柱絕緣套周圍，與靶材底柱內(nèi)的磁軛一起形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置；或者，支撐靶材的弧源主體采用中間空隙寬敞的雙層水冷靶材底座弧源頭，永久磁體裝置或單獨(dú)磁軛或磁軛與電磁線圈裝置一起放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)，形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置；內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置單獨(dú)作用形成小尺寸靶面的軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)或大尺寸靶面的靜態(tài)拱形磁場(chǎng)。所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置放置于靶材后面，由永久磁體裝置或高導(dǎo)磁率磁軛及與永久磁體裝置或高導(dǎo)磁率磁軛同軸放置的電磁線圈組成；兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置由電磁線圈組成，放置于靶材前面，與靶材同軸放置，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的中心與靶面平齊或高于靶面，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置遠(yuǎn)離靶面放置。所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，靶面的動(dòng)態(tài)拱形磁場(chǎng)由內(nèi)耦合磁場(chǎng)裝置與I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置耦合作用形成，小尺寸靶材、或大尺寸靶材配合大尺寸永磁體或磁軛的內(nèi)耦合磁場(chǎng)在靶面發(fā)散且與I級(jí)外耦合磁場(chǎng)磁極相反，大尺寸靶材配合小尺寸永磁體或磁軛的內(nèi)耦合磁場(chǎng)在靶面閉合、其I級(jí)外耦合磁場(chǎng)極性動(dòng)態(tài)變化，耦合磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化形成強(qiáng)度在10-150高斯量級(jí)動(dòng)態(tài)拱形磁場(chǎng)之一:(I)內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，由永久磁鐵或磁軛與通直流電的電磁線圈產(chǎn)生，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化，由通強(qiáng)度不斷變化方向不變、或者強(qiáng)度方向均不斷變化的交變電流的電磁線圈產(chǎn)生；(2)1級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，由通直流電的電磁線圈產(chǎn)生，內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化，由磁軛與通強(qiáng)度不斷變化的交變電流的電磁線圈產(chǎn)生。所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)由I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置耦合作用形成，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)與II級(jí)外耦合磁場(chǎng)均為軸向磁場(chǎng)，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，由通直流電的電磁線圈產(chǎn)生，形成強(qiáng)度在100-250G之間的聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)。所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的電磁線圈單獨(dú)調(diào)節(jié)或者共同調(diào)節(jié)；電磁線圈通直流電，磁場(chǎng)強(qiáng)度由電流強(qiáng)度控制；電磁線圈通交流電，交流電形式為頻率可調(diào)的直流偏置三角波、鋸齒波、脈沖方波、半正弦波、正弦波及其他形式的交變電流，交變電流電壓幅度可調(diào)，偏置電流電壓幅度可調(diào)；交流電發(fā)生電源采用數(shù)字合成任意波信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成，或電晶體放大方式，或PWM脈寬調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)；交流電發(fā)生電源可實(shí)現(xiàn)多種波形、實(shí)現(xiàn)高低頻不同頻段變頻控制。所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，永久磁體裝置由永磁體、連接桿組成螺母，永磁體通過(guò)連接桿與螺母相連接；永磁體由單個(gè)或兩個(gè)以上高導(dǎo)磁率塊體材料組合而成，磁軛形狀為圓盤(pán)形、圓環(huán)形、錐臺(tái)形、圓柱形或階梯形狀；永久磁體裝置通過(guò)連接桿螺紋與靶材底座底部的螺紋孔連接，通過(guò)螺母旋扭可調(diào)進(jìn)調(diào)出，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，永久磁體裝置 放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)。所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，法蘭套由不導(dǎo)磁的不銹鋼制作，法蘭套為空心結(jié)構(gòu)，通冷卻水保護(hù)；法蘭套截面單邊形狀為L(zhǎng)形，中間冷卻水通道由雙層不銹鋼筒同軸圍套組成，中間冷卻水通道上部焊接一環(huán)形法蘭盤(pán)，法蘭盤(pán)內(nèi)徑與法蘭套內(nèi)徑平齊，外徑與爐體法蘭外徑平齊，法蘭盤(pán)邊緣開(kāi)有6-8個(gè)連接孔，通過(guò)連接孔將法蘭套整體與爐體連接；中間冷卻水通道下部連接不銹鋼法蘭環(huán)，法蘭環(huán)內(nèi)外徑與法蘭套一致，法蘭環(huán)底部開(kāi)有8個(gè)螺紋孔，其中對(duì)稱兩個(gè)螺紋為通孔，作為進(jìn)、出水口，另外6個(gè)作為弧源頭連接孔。本發(fā)明的原理是:靶面附近磁場(chǎng)設(shè)計(jì)主要考慮兩個(gè)原則，一是利用銳角法則限制弧斑的運(yùn)動(dòng)，二是利用橫向分量提高弧斑的運(yùn)動(dòng)速度。目前比較有效的弧斑控制磁場(chǎng)是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生裝置在靶面形成拱形磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)可分解為水平磁場(chǎng)B//和垂直磁場(chǎng)B丄，根據(jù)弧斑在橫向磁場(chǎng)下“倒著走”的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，B//可以驅(qū)使弧斑在靶面上作圓周運(yùn)動(dòng)，隨著B(niǎo)//的增加，弧斑的運(yùn)動(dòng)速度也增大；同時(shí)拱形磁場(chǎng)與靶面形成指向拱形頂點(diǎn)的兩個(gè)夾角，在“銳角法則”的作用下，弧斑被限制在一定的位置處，形成對(duì)弧斑的有效控制。如果動(dòng)態(tài)的改變拱形磁場(chǎng)的分布，改變拱形頂點(diǎn)的位置，則可以改變弧斑在靶面的分布。為了弧斑的穩(wěn)定放電和減少顆粒發(fā)射，拱形磁場(chǎng)橫向分量的強(qiáng)度一般控制在10-150高斯量級(jí)。動(dòng)態(tài)拱形磁場(chǎng)的產(chǎn)生可由靶材后面的永磁體或電磁線圈產(chǎn)生的軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)與靶材端面的電磁線圈產(chǎn)生的反極性軸對(duì)稱約束磁場(chǎng)稱合產(chǎn)生，軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)與小尺寸祀材表面形成指向祀材邊緣的銳角，形成拱形磁力線的單邊，反極性軸對(duì)稱約束磁場(chǎng)與靶材表面形成指向靶材中心的銳角，形成拱形磁力線的另一邊，兩者耦合形成閉合的拱形磁場(chǎng)約束，兩者的動(dòng)態(tài)變化即可形成動(dòng)態(tài)的拱形磁場(chǎng)。軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)與大尺寸靶材表面形成靜態(tài)拱形磁力線的雙邊，同極性或反極性軸對(duì)稱約束磁場(chǎng)與靶材表面形成指向靶材中心的銳角，分別形成拱形磁力線的兩邊，軸對(duì)稱約束磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化即可形成動(dòng)態(tài)的拱形磁場(chǎng)。為了提高等離子體的傳輸效率，需要在等離子體傳輸空間形成一軸向強(qiáng)聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，降低等離子體的發(fā)散，軸向磁場(chǎng)強(qiáng)度一般控制在幾百高斯量級(jí)才能形成對(duì)等離子體的有效傳輸和控制。同時(shí)使得聚焦軸向磁場(chǎng)與靶面形成指向靶材中心的銳角，可以約束弧斑的運(yùn)動(dòng)，避免滅弧。等離子體在聚焦磁場(chǎng)引導(dǎo)下，穩(wěn)定的傳輸，同時(shí)可以增強(qiáng)等離子體的粒子碰撞機(jī)率，提高離化率和離子密度。根據(jù)以上原理，本發(fā)明通過(guò)傳統(tǒng)弧源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)靶材背面的內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與傳輸法蘭套上的兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的配合，同時(shí)在靶面產(chǎn)生有效的拱形磁場(chǎng)(橫向分量強(qiáng)度10-150高斯量級(jí))和傳輸空間的軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)(幾百高斯量級(jí))的兼容復(fù)合磁場(chǎng)，達(dá)到既改善弧斑放電，控制弧斑運(yùn)動(dòng)，減少顆粒發(fā)射，又改善傳輸空間的磁場(chǎng)分布，提高等離子體的傳輸效率和密度等鍍膜關(guān)鍵參數(shù)的雙重效果。本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明通過(guò)靶材背面的內(nèi)耦合磁場(chǎng)與傳輸法蘭套上的I級(jí)外耦合磁場(chǎng)配合，形成約束弧斑運(yùn)動(dòng)的靶面動(dòng)態(tài)拱形磁場(chǎng)，在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度和一定交變頻率綜合作用下，使得弧斑在整個(gè)靶面分布，大大降低弧斑的功率密度，改善弧斑放電，減少顆粒發(fā)射，提高等離子體的發(fā)生質(zhì)量。2、本發(fā)明通過(guò)I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置配合，改善傳輸空間的磁場(chǎng)分布，形成約束等 離子體的聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，將凈化的高密度等離子體抽出，提高等離子體的傳輸效率、密度和離化率等鍍膜關(guān)鍵參數(shù)。3、本發(fā)明通過(guò)傳統(tǒng)弧源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)靶材背面的內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與傳輸法蘭套上的兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的配合，可采用結(jié)構(gòu)緊湊的特種多功能離子鍍槍作為弧源主體或者采用中間空隙寬敞的雙層水冷靶材底座弧源頭作為弧源主體，可應(yīng)用于直徑60-200_的多種規(guī)格圓形靶材，實(shí)施方案多，機(jī)械結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)合理簡(jiǎn)便，可產(chǎn)生高離化率、高離子密度、高粒子能量、高的等離子體傳輸效率以及較少的缺陷的等離子體，利于整機(jī)設(shè)計(jì)，促進(jìn)工具鍍膜和裝飾鍍膜的發(fā)展?？傊景l(fā)明通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)弧源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提出了非平衡拱形軸向兼容磁場(chǎng)輔助離子鍍裝置的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)靶材背面的內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與傳輸法蘭套上的兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的配合，形成約束弧斑運(yùn)動(dòng)的靶面拱形磁場(chǎng)與傳輸空間軸向磁場(chǎng)兼容的復(fù)合磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)，達(dá)到既改善弧斑放電，控制弧斑運(yùn)動(dòng)，減少顆粒發(fā)射，又改善傳輸空間的磁場(chǎng)分布，提高等離子體的傳輸效率和密度等鍍膜關(guān)鍵參數(shù)的雙重效果。


圖1為非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例1采用結(jié)構(gòu)緊湊的特種多功能離子鍍槍作為支撐靶材的弧源主體、磁軛放置于離子鍍槍的靶材底柱內(nèi)、電磁線圈放置于靶材底座后端靶材底柱周圍形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置示意圖。圖3為實(shí)施例2采用中間空隙寬敞的雙層水冷靶材底座弧源頭作為支撐靶材的弧源主體、永久磁體裝置放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)，形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置示意圖。圖4為實(shí)施例3采用中間空隙寬敞的雙層水冷靶材底座弧源頭作為支撐靶材的弧源主體、磁軛放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)，電磁線圈放置于靶材底座周圍形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置示意圖。圖5為實(shí)施例4采用中間空隙寬敞的雙層水冷靶材底座弧源頭作為支撐靶材的弧源主體、磁軛與電磁線圈裝置一起放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)，形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置示意圖。圖6 (a)-圖6 (b)為內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置單獨(dú)作用形成的磁力線分布圖。其中，圖6 (a)為指向靶材邊緣的軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)；圖6 (b)為指向靶材中心的軸對(duì)稱聚焦磁場(chǎng)。圖7 (a)-圖7 (f)為內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。圖8 (a)-圖8 (f)為I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。

圖中，1革巴材；2內(nèi)I禹合磁場(chǎng)發(fā)生裝置；3內(nèi)I禹合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈；4內(nèi)I禹合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯；5、I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置；6磁軛；7、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置；8靶材屏蔽罩；9靶材底座柱環(huán)套；10靶材底座冷卻銅板；11靶材底座冷卻通道隔板；12靶材底座；13冷卻水進(jìn)水管道；14靶材底柱絕緣套；15離子鍍槍底盤(pán)緊固板；16離子鍍槍底盤(pán)；17離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)；18靶材底柱；19冷卻水通道底座；20進(jìn)水口 ；21出水口 ；22法蘭套；23法蘭套絕緣套；24法蘭套冷卻水通道；25法蘭套出水口 ；26法蘭套進(jìn)水口 ；27法蘭安裝孔；28法蘭盤(pán)；29靶材底座冷卻水上通道；30靶材底柱連接管；31靶材底座冷卻水進(jìn)水管；32環(huán)形支撐臺(tái)；33靶材底座冷卻水下通道；34永久磁體裝置；35內(nèi)筒；36外筒；37靶材底座出水管；38靶材底座進(jìn)水管；39引弧裝置；40靶材底座底盤(pán)；41靶材底座絕緣套；42連接螺紋；43靶材底座冷卻水通道；44靶材底座屏蔽罩；45靶材底座盤(pán)；46靶材底座底盤(pán)連接孔；47永久磁體裝置安裝孔；48靶材底座。
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置結(jié)構(gòu)示意圖，非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置具有支撐靶材I的弧源主體、內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置2，雙層水冷的過(guò)渡傳輸法蘭套與兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置(I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置5、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置7)、以及中間磁軛形成的多磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性控制磁場(chǎng)組。其中，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置2為內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈3中心設(shè)置內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯4構(gòu)成，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置2設(shè)置于靶材I的背面；I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置5、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置7之間設(shè)置磁軛6，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置5、磁軛6、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置7設(shè)置于法蘭套的外側(cè)。其中，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯4為永久磁體裝置或高導(dǎo)磁率(2000 6000H/m)磁軛。內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置單獨(dú)作用形成小尺寸靶面(直徑為50-100_的靶材表面)的軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)或大尺寸靶面(直徑為100-250mm的靶材表面)的靜態(tài)拱形磁場(chǎng)。下面通過(guò)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1圖2為實(shí)施例1采用結(jié)構(gòu)緊湊的特種多功能離子鍍槍作為支撐靶材的弧源主體、磁軛放置于離子鍍槍的靶材底柱內(nèi)、電磁線圈放置于靶材底座后端靶材底柱周圍形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置示意圖。靶面的動(dòng)態(tài)拱形磁場(chǎng)由內(nèi)耦合磁場(chǎng)裝置與I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置耦合作用形成，小尺寸靶材或大尺寸靶材配合大尺寸永磁體或磁軛的內(nèi)耦合磁場(chǎng)在靶面發(fā)散且與I級(jí)外耦合磁場(chǎng)磁極相反，大尺寸靶材配合小尺寸永磁體或磁軛的內(nèi)耦合磁場(chǎng)在靶面閉合、其I級(jí)外耦合磁場(chǎng)極性動(dòng)態(tài)變化，耦合磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化形成強(qiáng)度在10-150高斯量級(jí)動(dòng)態(tài)拱形磁場(chǎng)之一:(I)內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，由永久磁鐵或磁軛與通直流電的電磁線圈產(chǎn)生，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化，由通強(qiáng)度不斷變化方向不變、或者強(qiáng)度方向均不斷變化的交變電流的電磁線圈產(chǎn)生；(2)1級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，由通直流電的電磁線圈產(chǎn)生，內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化，由磁軛與通強(qiáng)度不斷變化的交變電流的電磁線圈產(chǎn)生。其中，小尺寸靶材是指直徑為50-100mm的靶材，大尺寸靶材是指直徑為100-250mm的祀材,大尺寸永磁體或磁軛是指直徑為70_220mm的永磁體或磁軛,小尺寸永磁體或磁軛是指直徑為15-170mm的永磁體或磁軛。本實(shí)施例中，離子鍍槍可以采用中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng):一種結(jié)構(gòu)緊湊的特種多功能離子鍍槍，申請(qǐng)?zhí)?201210430934.X。
離子鍍槍設(shè)有靶材1、冷卻水進(jìn)水管道13、內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯4、靶材底柱18、靶材底柱絕緣套14、離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17、離子鍍槍底盤(pán)16、離子鍍槍底盤(pán)緊固板15、冷卻水通道底座19等，直徑IOOmm的靶材I安裝在靶材底座12上，靶材I的外側(cè)設(shè)置靶材屏蔽罩8，靶材I底部與靶材底座冷卻銅板10緊密接觸，通過(guò)靶材底座冷卻銅板10間接冷卻；靶材底柱18的內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯4和冷卻水進(jìn)水管道13，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯4設(shè)置于冷卻水進(jìn)水管道13的外側(cè)。靶材底座12中設(shè)置有靶材底座冷卻通道隔板11，靶材底座冷卻通道隔板11將靶材底座12中的空腔分成靶材底座冷卻水上通道29和靶材底座冷卻水下通道33，靶材底座冷卻通道隔板11通過(guò)中間的圓孔焊接在與冷卻水進(jìn)水管道13連通的靶材底座冷卻水進(jìn)水管31上。靶材底座12安裝在靶材底柱18上，靶材底柱18底部安裝冷卻水通道底座19，靶材底柱18的一端與冷卻水通道底座19連接，冷卻水進(jìn)水管道13伸至冷卻水通道底座19中，與冷卻水通道底座19的進(jìn)水口 20相通，冷卻水通道底座19與靶材底柱18之間的通道與出水口 21相通。靶材底柱18的另一端，通過(guò)靶材底柱連接管30 (冷卻水通道管套連接管)與靶材底座12的靶材底座冷卻水下通道33相通。
靶材底柱18的外側(cè)設(shè)置靶材底柱絕緣套14，靶材底柱絕緣套14的外側(cè)設(shè)置離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17、離子鍍槍底盤(pán)16、離子鍍槍底盤(pán)緊固板15，離子鍍槍底盤(pán)16的一側(cè)設(shè)置離子鍍槍底盤(pán)緊固板15，離子鍍槍底盤(pán)緊固板15通過(guò)靶材底柱絕緣套14上的絕緣套盤(pán)與尚子鍍槍底盤(pán)16隔開(kāi)，尚子鍍槍底盤(pán)16的另一側(cè)設(shè)置尚子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17,電源接頭端子安裝在靶材底柱18上；離子鍍槍底盤(pán)16通過(guò)離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17、離子鍍槍底盤(pán)緊固板15、絕緣套14與靶材底柱18安裝，離子鍍槍通過(guò)離子鍍槍底盤(pán)16的安裝孔與法蘭套22底部螺紋孔連接安裝形成整體離子鍍槍結(jié)構(gòu)，離子鍍槍通過(guò)法蘭套22前部的法蘭盤(pán)28與爐體進(jìn)行連接。靶材底柱18、靶材底座12的靶材底柱連接管30和冷卻水通道底座19外徑尺寸設(shè)置為靶材外徑尺寸的1/4，采用細(xì)長(zhǎng)型緊湊結(jié)構(gòu)，方便整機(jī)設(shè)計(jì)及磁場(chǎng)發(fā)生裝置布置。法蘭套22由不導(dǎo)磁的不銹鋼制作，法蘭套22為空心結(jié)構(gòu)，通冷卻水保護(hù)；法蘭套22的外側(cè)設(shè)有法蘭套絕緣套23，法蘭套絕緣套23的外側(cè)設(shè)有外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置，外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置(I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置5、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置7)、法蘭套22與靶材I三者之間同軸，外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與法蘭套22之間絕緣，在法蘭套22上的位置可調(diào)；法蘭套22截面單邊形狀為L(zhǎng)形，法蘭套22中間法蘭套冷卻水通道24由雙層不銹鋼筒同軸圍套組成，法蘭套22上部焊接一環(huán)形法蘭盤(pán)28，法蘭盤(pán)28內(nèi)徑與法蘭套22內(nèi)徑平齊，法蘭盤(pán)28外徑與爐體法蘭外徑平齊，法蘭盤(pán)邊緣開(kāi)有6-8個(gè)法蘭安裝孔27，通過(guò)法蘭安裝孔27將法蘭套22整體與爐體連接；法蘭套22下部連接一較厚的不銹鋼法蘭環(huán)，法蘭環(huán)內(nèi)、外徑與法蘭套22 一致，法蘭環(huán)底部開(kāi)有8個(gè)螺紋孔，其中對(duì)稱兩個(gè)螺紋孔為通孔，作為法蘭套出水口 25、法蘭套進(jìn)水口 26，另外6個(gè)螺紋孔作為離子鍍槍底盤(pán)連接孔。外兩套耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置圍套在法蘭套外，與法蘭套之間絕緣，位置可以自由調(diào)節(jié)。離子鍍槍的靶材底座冷卻銅板10焊接在靶材底座柱環(huán)套9 (靶材安裝柱環(huán)套)上，靶材I通過(guò)靶材底座柱環(huán)套9上端面與靶材底座冷卻銅板10之間的環(huán)套內(nèi)壁螺紋安裝在靶材底座12上，靶材I與靶材底座冷卻銅板10緊密接觸；靶材屏蔽罩8為陶瓷(或BN)圓環(huán)筒，靶材屏蔽罩8套裝在靶材底座柱環(huán)套9外的支撐臺(tái)上；靶材屏蔽罩8與靶材I之間形成一定的間隙，間隙尺寸小于3mm。靶材底座冷卻通道隔板11同軸焊接在靶材底座柱環(huán)套9上，與靶材底座冷卻銅板10有一定的間隔，形成靶材底座冷卻水上通道29 ;中間有圓孔、邊緣有間隔縫隙作為冷卻水出水口的靶材底座冷卻通道隔板11邊緣焊接在靶材底座柱環(huán)套9上，與靶材底座冷卻銅板10有一定的間隔，形成底座冷卻水上通道；與靶材底座盤(pán)45有一定的間隔，形成靶材底座冷卻水下通道33 ;靶材底座冷卻通道隔板11中間的圓孔連接在靶材底座冷卻水進(jìn)水管31上，進(jìn)水管外壁有若干密封槽，有一定的耐壓強(qiáng)度、上部有一環(huán)形支撐臺(tái)32的冷卻水進(jìn)水管道13通過(guò)密封槽內(nèi)的密封圈與靶材底座冷卻水進(jìn)水管31緊密連接。高導(dǎo)磁率(2000 6000H/m)的內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯4圍套在冷卻水進(jìn)水管道的環(huán)形支撐臺(tái)32上，環(huán)形支撐臺(tái)32與靶材底柱18有一定的間隔，形成冷卻水出水通道。
祀材底座盤(pán)45為中間有一圓孔的薄圓盤(pán),該圓孔與祀材底座冷卻水進(jìn)水管31形成一定的環(huán)形間隔，作為冷卻出水口 ；靶材底柱連接管外壁設(shè)有一定長(zhǎng)度的螺紋，通過(guò)該螺紋與較厚不銹鋼圓筒組成的靶材底柱18上部?jī)?nèi)壁螺紋連接；靶材底柱18下部設(shè)有一定長(zhǎng)度的外螺紋，通過(guò)該螺紋與冷卻水通道底座19連接，靶材底柱18與冷卻水進(jìn)水管道13之間形成冷卻水通道。冷卻水通道底座19由上部較厚的不銹鋼圓筒和下部的圓柱體組成，上部不銹鋼圓筒底部?jī)?nèi)壁設(shè)有一定長(zhǎng)度的螺紋，通過(guò)上部?jī)?nèi)螺紋與靶材底柱底部外螺紋連接，上部螺紋底部臺(tái)階有一密封槽，通過(guò)密封槽內(nèi)的密封圈與靶材底柱18底部緊密接觸，形成有效的密封；上部不銹鋼圓筒側(cè)壁開(kāi)有一臺(tái)階形雙孔，該臺(tái)階形雙孔作為出水口 21安裝孔，出水口 21外徑和外孔內(nèi)徑一致，出水口 21內(nèi)徑和內(nèi)孔內(nèi)徑一致，出水口 21底部與雙孔臺(tái)階接觸，雙孔離下部的圓柱體上部有一定的距離；下部的圓柱體中心開(kāi)有一臺(tái)階形三孔，上孔與中孔形成一臺(tái)階，冷卻水進(jìn)水管道底部與該臺(tái)階接觸連接；下孔與中孔形成以臺(tái)階形孔，該臺(tái)階形孔作為進(jìn)水口 20安裝孔，進(jìn)水口 20底部與下孔與中孔之間的臺(tái)階接觸連接；上部較厚的不銹鋼圓筒和下部的圓柱體的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)。冷卻水通道底座19、靶材底柱18與冷卻水進(jìn)水管道13之間形成冷卻水通道底部?jī)?chǔ)水腔，整個(gè)離子鍍槍的冷卻水從冷卻水通道底座底部進(jìn)水口 20入冷卻水進(jìn)水管道13，通過(guò)冷卻水進(jìn)水管道13流入靶材底座冷卻水上通道29，從靶材底座的靶材底座冷卻通道隔板11邊緣縫隙流出，進(jìn)入靶材底座的冷卻水下通道33，從靶材底座底盤(pán)12中心孔留出，進(jìn)入靶材底柱18與冷卻水進(jìn)水管道13之間的通道，然后進(jìn)入底部?jī)?chǔ)水腔，從冷卻水通道底座側(cè)壁出水口 21流出，形成對(duì)整個(gè)離子鍍槍的有效冷卻。從底座側(cè)壁出水口 21流出的冷卻水進(jìn)入法蘭套22的進(jìn)水口 26，從法蘭套冷卻水通道24流過(guò)后，從法蘭套22的出水口 25流出，形成對(duì)法蘭套及其周圍的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的有效冷卻。離子鍍槍底盤(pán)16為一帶中心圓孔的具有一定厚度的不銹鋼盤(pán)，底盤(pán)外徑尺寸與法蘭套22外徑尺寸一致，離子鍍槍底盤(pán)16中心孔直徑與靶材底柱絕緣套14外徑一致，圍套在靶材底柱絕緣套14上，靶材底柱絕緣套14為一定厚度的高分子管套，管套內(nèi)徑與靶材底柱18外徑一致，通過(guò)靶材底柱18外壁的若干環(huán)形密封槽內(nèi)的密封圈進(jìn)行絕緣密封，管套圍套在靶材底柱18周圍，管套上部與靶材底柱18平齊；靶材底柱絕緣套14外設(shè)有一離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17，絕緣盤(pán) 的位置無(wú)限制，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求設(shè)置，可通過(guò)離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17位置調(diào)節(jié)靶材I在法蘭套22內(nèi)的位置。離子鍍槍底盤(pán)16下部與離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17上面緊密接觸；離子鍍槍底盤(pán)16周邊開(kāi)有8個(gè)連接孔，與法蘭套22底部的螺紋孔對(duì)應(yīng)，通過(guò)其中6個(gè)連接孔將離子鍍槍與法蘭套22底部連接；另外，兩個(gè)連接孔與法蘭套出水口 25、法蘭套進(jìn)水口 26對(duì)應(yīng)。離子鍍槍底盤(pán)16下部靠近中心孔設(shè)有密封槽，密封槽外徑小于絕緣盤(pán)外徑，通過(guò)槽內(nèi)密封圈與絕緣盤(pán)之間緊密接觸形成有效的密封；離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17靠近密封槽附近設(shè)置有6-8個(gè)螺紋孔，螺紋孔內(nèi)邊緣大于離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17外徑，通過(guò)該螺紋孔與離子鍍槍底盤(pán)緊固板15進(jìn)行連接，將離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17緊固在尚子鍍槍底盤(pán)16與尚子鍍槍底盤(pán)緊固板15之間。離子鍍槍底盤(pán)緊固板15為一帶中心圓孔的具有一定厚度的不銹鋼盤(pán)，底盤(pán)外徑尺寸比離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17外徑尺寸略大，中心孔直徑與靶材底柱絕緣套14外徑一致，圍套在靶材底柱絕緣套14上，離子鍍槍底盤(pán)緊固板15上部與靶材底柱絕緣套14的絕緣套盤(pán)下面緊密接觸；離子鍍槍底盤(pán)緊固板15靠近邊緣設(shè)置有6-8個(gè)安裝孔，與離子鍍槍底盤(pán)16下部螺紋孔一致，通過(guò)該安裝孔將離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17緊固在離子鍍槍底盤(pán)16與離子鍍槍底盤(pán)緊固板15之間；離子鍍槍底盤(pán)緊固板15上部靠近中心孔設(shè)有密封槽，通過(guò)槽內(nèi)密封圈與離子鍍槍底盤(pán)絕緣盤(pán)17之間緊密接觸形成有效的密封。
內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置由放置于離子鍍槍的靶材底柱內(nèi)磁軛與放置于靶材底座后端靶材底柱周圍的電磁線圈組成；兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置由電磁線圈組成，放置于靶材前面，與靶材同軸放置，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的中心與靶面平齊或略高于靶面2-20_，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置遠(yuǎn)離靶面放置。圖6 (a)-圖6 (b)是內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置單獨(dú)作用形成的磁力線分布圖?？梢钥闯觯瑑?nèi)耦合磁場(chǎng)在靶面產(chǎn)生軸對(duì)稱的發(fā)散磁場(chǎng)，極性相反的I級(jí)外耦合磁場(chǎng)與之耦合作用，可形成靶面的拱形磁場(chǎng)分布；II級(jí)外耦合磁場(chǎng)為傳輸空間的軸向磁場(chǎng)，I級(jí)外稱合磁場(chǎng)與之稱合作用，可形成傳輸空間的聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)分布。圖7 (a)-圖7 Cf)是內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖。圖8 (a)_圖8 (f)是I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度從小到大變化導(dǎo)致的耦合磁力線的位形變化圖?？梢钥闯觯琁級(jí)外耦合磁場(chǎng)與內(nèi)耦合磁場(chǎng)形成靶面的拱形磁場(chǎng)，而與II級(jí)外耦合磁場(chǎng)作用形成傳輸空間的聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)。內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，隨著I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，靶面的拱形磁場(chǎng)也在動(dòng)態(tài)變化，其拱形頂點(diǎn)亦即水平磁場(chǎng)分量B//最大值、垂直磁場(chǎng)分量B丄零點(diǎn)位置從靶面邊緣向靶材中心移動(dòng)；而I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，隨著內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，靶面的拱形磁場(chǎng)也在動(dòng)態(tài)變化，其拱形頂點(diǎn)亦即水平磁場(chǎng)分量B//最大值、垂直磁場(chǎng)分量B丄零點(diǎn)位置從靶面中心向靶材邊緣移動(dòng)；拱形磁場(chǎng)的變化導(dǎo)致弧斑運(yùn)動(dòng)的變化，使其在靶面螺旋擴(kuò)展收縮，在整個(gè)靶面分布，形成靶面弧斑的可控運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，控制適合的橫向磁場(chǎng)分量強(qiáng)度，可以控制弧斑的運(yùn)動(dòng)速度，減少大顆粒的發(fā)射。同時(shí)，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)與I級(jí)外耦合磁場(chǎng)極性相同，兩者相互作用形成傳輸空間的聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)強(qiáng)度在100-250G之間。本發(fā)明采用結(jié)構(gòu)緊湊的特種多功能離子鍍槍作為支撐靶材的弧源主體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易緊湊有效，可自由設(shè)置冷卻水套的長(zhǎng)度，自由調(diào)節(jié)靶材在真空室內(nèi)的位置，操作簡(jiǎn)便、靶材更換容易、位置可調(diào)性 好、便于整機(jī)設(shè)計(jì)及滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)真空室內(nèi)等離子體分布的各種需求。同時(shí)，非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)可以達(dá)到既改善弧斑放電，控制弧斑運(yùn)動(dòng)，減少顆粒發(fā)射，又改善傳輸空間的磁場(chǎng)分布，提高等離子體的傳輸效率和密度等鍍膜關(guān)鍵參數(shù)的雙重效果。實(shí)施例2圖3是實(shí)施例2采用中間空隙寬敞的雙層水冷靶材底座弧源頭作為支撐靶材的弧源主體、永久磁體裝置放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)，形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置示意圖。永久磁體裝置由永磁體、連接桿組成螺母，永磁體通過(guò)連接桿與螺母相連接；永磁體由單個(gè)或兩個(gè)以上高導(dǎo)磁率塊體材料組合而成，磁軛形狀為圓盤(pán)形、圓環(huán)形、錐臺(tái)形、圓柱形或階梯形狀；永久磁體裝置通過(guò)連接桿螺紋與靶材底座底部的螺紋孔連接，通過(guò)螺母旋扭可調(diào)進(jìn)調(diào)出，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，永久磁體裝置放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)。本實(shí)施例中，弧源頭可以采用中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng):一種離子鍍弧源頭，申請(qǐng)?zhí)?01320090903.4?；≡搭^包括靶材1、連接螺紋42、引弧裝置39、靶材底座48、靶材底座冷卻水通道43、靶材底座屏蔽罩44、靶材底座出水管37、永久磁體裝置34、靶材底座進(jìn)水管38、靶材底座底盤(pán)40、靶材底座底盤(pán)連接孔46、靶材底座絕緣套41、永久磁體裝置安裝孔47、內(nèi)筒35、外筒36等，具體結(jié)構(gòu)如下:靶材I通過(guò)連接螺紋42安裝于靶材底座48上，靶材底座底盤(pán)40嵌套在靶材底座48夕卜，靶材底座底盤(pán)40與靶材底座48之間設(shè)置靶材底座絕緣套41，通過(guò)靶材底座絕緣套41進(jìn)行密封保護(hù)；永久磁體裝置34通過(guò)螺紋安裝于靶材底座48，永久磁體裝置34的一端伸至靶材底座48內(nèi)部空心位置，永久磁體裝置34的另一端伸至靶材底座48外部；靶材底座48外圍設(shè)置靶材底座屏蔽罩44，通過(guò)靶材底座屏蔽罩44對(duì)內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)。靶材底座48中設(shè)有靶材底座冷卻水通道43，靶材底座冷卻水通道43分別與靶材底座進(jìn)水管38、靶材底座出水管37相通。靶材底座底盤(pán)40靠近靶材底座48位置開(kāi)一引弧裝置安裝孔，引弧裝置39的一端設(shè)置于引弧裝置安裝孔中，引弧裝置39的另一端與靶材I相對(duì)應(yīng)。靶材底座底盤(pán)40周邊開(kāi)有靶材底座底盤(pán)連接孔46?；≡搭^通過(guò)靶材底座底盤(pán)40的靶材底座底盤(pán)連接孔46與法蘭套22連接，外兩套耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置(I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置5、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置7)圍套在法蘭套22外，外耦合磁場(chǎng)組的磁場(chǎng)發(fā)生裝置5、7與靶材I同軸放置，形成整體弧源結(jié)構(gòu)，通過(guò)法蘭套22前部的法蘭盤(pán)28與爐體進(jìn)行連接，與法蘭套之間絕緣，位置可以自由調(diào)節(jié)。靶座底座底盤(pán)40周邊開(kāi)有8個(gè)連接孔，與法蘭套22底部8個(gè)螺紋孔對(duì)應(yīng)，通過(guò)其中6個(gè)連接孔將弧源頭與法蘭底部連接；另外兩個(gè)連接孔與法蘭進(jìn)出水口對(duì)應(yīng)。靶座底座底盤(pán)40靠近靶材底座位置開(kāi)一引弧裝置安裝口。靶材底座48由不導(dǎo)磁的不銹鋼制作，由雙層不銹鋼圓筒:內(nèi)筒35和外筒36同軸圍套組成；內(nèi)筒35上部為封閉圓盤(pán)，筒內(nèi)空間為永磁體安裝位置；外筒36上部為臺(tái)階形封閉圓盤(pán)，臺(tái)階高度與靶材I連接螺紋高度一致，臺(tái)階外環(huán)有螺紋，靶材通過(guò)臺(tái)階螺紋連接在靶材底座48上。臺(tái)階上部圓盤(pán)外徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致，臺(tái)階下部圓環(huán)外徑與靶材外徑一致，圓環(huán)內(nèi)徑與靶材底部螺紋內(nèi)徑一致；外筒外徑與靶材外徑一致，外筒壁上有密封圈槽，通過(guò)絕緣套與靶材底盤(pán)裝配；外筒與內(nèi)筒中間形成冷卻水通道，內(nèi)筒上部與外筒上部留有一定的空隙，保證水流暢通。靶材底座底部連接一較厚的不銹鋼法蘭環(huán)，法蘭環(huán) 內(nèi)外徑與靶材底座一致，法蘭環(huán)底部對(duì)稱開(kāi)有兩個(gè)通孔，分別連接靶材底座出水管37、靶材底座進(jìn)水管38 ;法蘭環(huán)底部焊接一端子，作為陰極電源接頭。靶材底座屏蔽罩44為一涂有絕緣漆的不銹鋼圓筒，圓筒上端焊接一環(huán)形法蘭盤(pán)，通過(guò)該法蘭盤(pán)將屏蔽罩安裝在靶材底盤(pán)上；屏蔽罩筒底部與靶材底座進(jìn)出水孔以及電源接頭對(duì)應(yīng)位置開(kāi)有三個(gè)孔，屏蔽罩筒底部中間有一較厚圓盤(pán)，圓盤(pán)中間開(kāi)有一螺紋孔:永久磁體裝置安裝孔47，永久磁體裝置34通過(guò)連接桿螺紋與該螺紋孔連接，通過(guò)螺母旋扭可調(diào)進(jìn)調(diào)出，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度大小。永久磁體裝置由永磁體、連接桿組成螺母，永磁體通過(guò)連接桿與螺母相連接；永磁體由單個(gè)圓盤(pán)形釹鐵硼磁鐵組成。永久磁體裝置34放置于靶材后端靶材底座48中間空隙內(nèi)，避免冷卻水退磁影響。引弧裝置采用氣動(dòng)機(jī)械引弧或者高頻引弧裝置，通過(guò)靶座底盤(pán)上的引弧裝置安裝口安裝。永久磁體裝置形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置，外兩套耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置圍套在同實(shí)施例I的法蘭套外，與法蘭套之間絕緣，位置可以自由調(diào)節(jié)。由于本實(shí)施例2永磁體與靶材尺寸相比相差不大，因此永久磁體裝置在靶面形成軸對(duì)稱的發(fā)散磁場(chǎng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，其大小靠調(diào)節(jié)永磁體與靶材的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。如圖3所示，極性相反的I級(jí)外耦合磁場(chǎng)與永磁體產(chǎn)生的發(fā)散磁場(chǎng)稱合作用，可形成祀面的拱形磁場(chǎng)分布；II級(jí)外稱合磁場(chǎng)為傳輸空間的軸向磁場(chǎng)，I級(jí)外稱合磁場(chǎng)與之稱合作用，可形成傳輸空間的聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)分布。本實(shí)施例2內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度周期性變化，可在靶面形成如圖7 (a)_圖7 (f)所示的動(dòng)態(tài)分布的拱形磁場(chǎng)，拱形磁場(chǎng)的變化導(dǎo)致弧斑運(yùn)動(dòng)的變化，使其在靶面螺旋擴(kuò)展收縮，在整個(gè)靶面分布，形成靶面弧斑的可控運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，控制適合的橫向磁場(chǎng)分量強(qiáng)度，可以控制弧斑的運(yùn)動(dòng)速度，減少大顆粒的發(fā)射。同時(shí)，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)與I級(jí)外耦合磁場(chǎng)極性相同，兩者相互作用形成傳輸空間的聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)強(qiáng)度在100-250G之間。本實(shí)施例結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、適應(yīng)性好、操作簡(jiǎn)單、靶材更換容易、位置可調(diào)性好；同時(shí)利于整機(jī)設(shè)計(jì)，適合推廣，在一個(gè)爐體上可以實(shí)現(xiàn)密集的弧源分布，弧源窗口之間距離小，提高了鍍膜空間等離子體分布均勻性，有利于大面積鍍膜。實(shí)施例3圖4是實(shí)施例3采用中間空隙寬敞的雙層水冷靶材底座弧源頭作為支撐靶材的弧源主體、磁軛放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)，電磁線圈放置于靶材底座周圍形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置示意圖。其中，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置2為內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈3中心設(shè)置內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯4構(gòu)成，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置2設(shè)置于靶材I的背面，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯4外側(cè)與內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈3之間設(shè)置內(nèi)筒35和外筒36同軸圍套的靶材底座，靶材底座底部設(shè)置靶材底座出水管37、靶材底座進(jìn)水管38 ； I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置5、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置7之間設(shè)置磁軛6，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置5、磁軛6、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置7設(shè)置于法蘭套的外側(cè)。本實(shí)施例的弧源主體與實(shí)施例2結(jié)構(gòu)相似，所不同的是本實(shí)施例3內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置是通過(guò)放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)的磁軛與放置于靶材底座周圍的電磁線圈組成的，磁軛為單個(gè)或兩個(gè)以上高導(dǎo)磁率塊體材料組合而成，磁軛形狀為錐臺(tái)形、圓柱形或階梯形狀；磁軛放置于靶材后面的靶座內(nèi)部，與靶材同軸放置；電磁線圈圍套在靶材底座周圍或者放置于祀座內(nèi)部，與磁軛同軸放置；磁軛略高于線圈或與線圈平齊。磁軛的尺寸與靶材尺寸相近，因此在靶面形成軸對(duì)稱的發(fā)散磁場(chǎng)，其大小和變化頻率靠調(diào)節(jié)電磁線圈中電流的大小和頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。如圖3所示，極性相反的I級(jí)外耦合磁場(chǎng)與磁軛與電磁線圈組成的耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生的發(fā)散磁場(chǎng)耦合作用，可形成靶面的拱形磁場(chǎng)分布；本實(shí)施例3內(nèi)耦合磁場(chǎng)和I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度均可周期性變化，若內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度周期性變化，可在靶面形成如圖7 (a)-圖7 Cf)所示的動(dòng)態(tài)分布的拱形磁場(chǎng)；若I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度周期性變化，可在靶面形成如圖8(a)-圖8 Cf)所示的動(dòng)態(tài)分布的拱形磁場(chǎng)；拱形磁場(chǎng)的變化導(dǎo)致弧斑運(yùn)動(dòng)的變化，使其在靶面螺旋擴(kuò)展收縮，在整個(gè)靶面分布，形成靶面弧斑的可控運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，控制適合的橫向磁場(chǎng)分量強(qiáng)度，可以控制弧斑的運(yùn)動(dòng)速度，減少大顆粒的發(fā)射。同時(shí)，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)與I級(jí)外耦合磁場(chǎng)極性相同，兩者相互作用形成傳輸空間的聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)強(qiáng)度在100-250G之間。該實(shí)施例3可以有效的解決電 弧離子鍍大顆粒問(wèn)題，同時(shí)提高等離子體的傳輸效率和涂層沉積均勻性，解決電弧離子鍍點(diǎn)狀發(fā)散源的問(wèn)題，以及提高靶材利用率，使得電弧離子鍍能夠達(dá)到高性能防護(hù)涂層制備的各項(xiàng)要求，成為一種比較優(yōu)異的鍍層工藝，在各個(gè)需要的行業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。實(shí)施例4:圖5是實(shí)施例4采用中間空隙寬敞的雙層水冷靶材底座弧源頭作為支撐靶材的弧源主體、磁軛與電磁線圈裝置一起放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)，形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置示意圖。其中，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置2為內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈3中心設(shè)置內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯4構(gòu)成，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置2設(shè)置于靶材I的背面，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置2的外側(cè)設(shè)置內(nèi)筒35和外筒36同軸圍套的靶材底座，靶材底座底部設(shè)置靶材底座出水管37、靶材底座進(jìn)水管38 ; I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置5、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置7之間設(shè)置磁軛6，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置5、磁軛6、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置7設(shè)置于法蘭套的外側(cè)。本實(shí)施例的弧源主體與實(shí)施例2結(jié)構(gòu)相似，所不同的是本實(shí)施例4的靶材尺寸比較大，靶材后端靶材底座中間空隙空間比較寬敞，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置由放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)的磁軛與電磁線圈裝置組成。此實(shí)施例4分兩種情況:(I)磁軛尺寸較大,在靶材表面產(chǎn)生發(fā)散的軸對(duì)稱磁場(chǎng),其大小和變化頻率靠調(diào)節(jié)電磁線圈中電流的大小和頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。如圖5所示，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)與內(nèi)耦合磁場(chǎng)極性相反，兩者耦合作用，可形成靶面的拱形磁場(chǎng)分布；內(nèi)耦合磁場(chǎng)和I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度均可周期性變化，若內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度周期性變化，可在靶面形成如圖7 (a)-圖7 (f)所示的動(dòng)態(tài)分布的拱形磁場(chǎng)；若I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度均周期性變化，可在靶面形成如圖8 (a)-圖8 Cf)所示的動(dòng)態(tài)分布的拱形磁場(chǎng)。(2)磁軛尺寸較小，放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)的內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置在靶面形成閉合的拱形磁場(chǎng)，磁場(chǎng)大小靠線圈的電流大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。內(nèi)耦合磁場(chǎng)產(chǎn)生的靜態(tài)拱形磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)大小和極性周期性變化，即I級(jí)外耦合磁場(chǎng)線圈內(nèi)通大小和方向周期性變化的電流 ，周期性變化的I級(jí)外耦合磁場(chǎng)與靜態(tài)拱形磁場(chǎng)相互作用，可在靶面形成動(dòng)態(tài)的拱形磁場(chǎng)，拱形磁場(chǎng)的變化導(dǎo)致弧斑運(yùn)動(dòng)的變化，使其在靶面螺旋擴(kuò)展收縮，在整個(gè)靶面分布，形成靶面弧斑的可控運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，控制適合的橫向磁場(chǎng)分量強(qiáng)度，可以控制弧斑的運(yùn)動(dòng)速度，減少大顆粒的發(fā)射。同時(shí)，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度和極性不變，兩者相互作用形成傳輸空間的聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)強(qiáng)度在100-250G之間。綜上，本發(fā)明通過(guò)靶材背面的內(nèi)耦合磁場(chǎng)與傳輸法蘭套上的I級(jí)外耦合磁場(chǎng)配合，形成約束弧斑運(yùn)動(dòng)的靶面動(dòng)態(tài)拱形磁場(chǎng)，在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度和一定交變頻率綜合作用下，使得弧斑在整個(gè)靶面分布，大大降低弧斑的功率密度，改善弧斑放電，減少顆粒發(fā)射，提高等離子體的發(fā)生質(zhì)量；通過(guò)I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置配合，改善傳輸空間的磁場(chǎng)分布，形成約束等離子體的聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)，將凈化的高密度等離子體抽出，提高等離子體的傳輸效率、密度和離化率等鍍膜關(guān)鍵參數(shù)。本發(fā)明實(shí)施方案多，機(jī)械結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)合理簡(jiǎn)便，可產(chǎn)生高離化率、高離子密度、高粒子能量、高的等離子體傳輸效率以及較少的缺陷的等離子體，利于整機(jī)設(shè)計(jì)，促進(jìn)工具鍍膜和裝飾鍍膜的發(fā)展。
權(quán)利要求
1.一種非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，其特征在于，具有支撐靶材的弧源主體、內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置，雙層水冷的過(guò)渡傳輸法蘭套與兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置:I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置和II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、以及中間磁軛形成的多磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性控制磁場(chǎng)組；通過(guò)靶材背面的內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與傳輸法蘭套上的兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的配合，形成約束弧斑運(yùn)動(dòng)的靶面動(dòng)態(tài)拱形磁場(chǎng)與傳輸空間軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)兼容的復(fù)合磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，其特征在于，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置為永久磁體裝置或者內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈中心設(shè)置內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯構(gòu)成，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置于靶材的背面；I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置之間設(shè)置磁軛，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、磁軛、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置于法蘭套的外側(cè)； 或者，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置為永久磁體裝置或者內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈中心設(shè)置內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯構(gòu)成，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置于靶材的背面，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯外側(cè)與內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈之間設(shè)置內(nèi)筒和外筒同軸圍套的靶材底座，靶材底座底部設(shè)置靶材底座出水管、靶材底座進(jìn)水管；I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置之間設(shè)置磁軛，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、磁軛、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置于法蘭套的外側(cè)； 或者，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置為永久磁體裝置或者內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置線圈中心設(shè)置內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置鐵芯構(gòu)成，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置于靶材的背面，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的外側(cè)設(shè)置內(nèi)筒和外筒同軸圍套的靶材底座，靶材底座底部設(shè)置靶材底座出水管、靶材底座進(jìn)水管；I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置之間設(shè)置磁軛，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置、磁軛、II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置設(shè)置于法蘭套的外側(cè)。
3.按照權(quán)利要求1所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，其特征在于，支撐靶材的弧源主體采用結(jié)構(gòu)緊湊的特種多功能離子鍍槍，電磁線圈圍套在靶材底座后端的靶材底柱 絕緣套周圍，與靶材底柱內(nèi)的磁軛一起形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置； 或者，支撐靶材的弧源主體采用中間空隙寬敞的雙層水冷靶材底座弧源頭,永久磁體裝置或單獨(dú)磁軛或磁軛與電磁線圈裝置一起放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)，形成內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置； 內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置單獨(dú)作用形成小尺寸靶面的軸對(duì)稱發(fā)散磁場(chǎng)或大尺寸靶面的靜態(tài)拱形磁場(chǎng)。
4.按照權(quán)利要求1所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，其特征在于，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置放置于靶材后面，由永久磁體裝置或高導(dǎo)磁率磁軛及與永久磁體裝置或高導(dǎo)磁率磁軛同軸放置的電磁線圈組成；兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置由電磁線圈組成，放置于靶材前面，與靶材同軸放置，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的中心與靶面平齊或高于靶面，II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置遠(yuǎn)離靶面放置。
5.按照權(quán)利要求1所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，其特征在于，靶面的動(dòng)態(tài)拱形磁場(chǎng)由內(nèi)耦合磁場(chǎng)裝置與I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置耦合作用形成，小尺寸靶材、或大尺寸靶材配合大尺寸永磁體或磁軛的內(nèi)耦合磁場(chǎng)在靶面發(fā)散且與I級(jí)外耦合磁場(chǎng)磁極相反，大尺寸靶材配合小尺寸永磁體或磁軛的內(nèi)耦合磁場(chǎng)在靶面閉合、其I級(jí)外耦合磁場(chǎng)極性動(dòng)態(tài)變化，耦合磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化形成強(qiáng)度在10-150高斯量級(jí)動(dòng)態(tài)拱形磁場(chǎng)之一: (O內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，由永久磁鐵或磁軛與通直流電的電磁線圈產(chǎn)生，I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化，由通強(qiáng)度不斷變化方向不變、或者強(qiáng)度方向均不斷變化的交變電流的電磁線圈產(chǎn)生； (2)I級(jí)外耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，由通直流電的電磁線圈產(chǎn)生，內(nèi)耦合磁場(chǎng)強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化，由磁軛與通強(qiáng)度不斷變化的交變電流的電磁線圈產(chǎn)生。
6.按照權(quán)利要求1所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，其特征在于，聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)由I級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與II級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置耦合作用形成，I級(jí)外I禹合磁場(chǎng)與II級(jí)外I禹合磁場(chǎng)均為軸向磁場(chǎng)，II級(jí)外I禹合磁場(chǎng)強(qiáng)度不變，由通直流電的電磁線圈產(chǎn)生，形成強(qiáng)度在100-250G之間的聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)。
7.按照權(quán)利要求1所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，其特征在于，內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置中的電磁線圈單獨(dú)調(diào)節(jié)或者共同調(diào)節(jié)；電磁線圈通直流電，磁場(chǎng)強(qiáng)度由電流強(qiáng)度控制；電磁線圈通交流電，交流電形式為頻率可調(diào)的直流偏置三角波、鋸齒波、脈沖方波、半正弦波、正弦波及其他形式的交變電流，交變電流電壓幅度可調(diào)，偏置電流電壓幅度可調(diào)；交流電發(fā)生電源采用數(shù)字合成任意波信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成，或電晶體放大方式，或PWM脈寬調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)；交流電發(fā)生電源可實(shí)現(xiàn)多種波形、實(shí)現(xiàn)高低頻不同頻段變頻控制。
8.按照權(quán)利要求4所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，其特征在于，永久磁體裝置由永磁體、連接桿組成螺母，永磁體通過(guò)連接桿與螺母相連接；永磁體由單個(gè)或兩個(gè)以上高導(dǎo)磁率塊體材料組合而成，磁軛形狀為圓盤(pán)形、圓環(huán)形、錐臺(tái)形、圓柱形或階梯形狀；永久磁體裝置通過(guò)連接桿螺紋與靶材底座底部的螺紋孔連接，通過(guò)螺母旋扭可調(diào)進(jìn)調(diào)出，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，永久磁體裝置放置于靶材后端靶材底座中間空隙內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求1所述的非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，其特征在于，法蘭套由不導(dǎo)磁的不銹鋼制作，法蘭套為空心結(jié)構(gòu)，通冷卻水保護(hù)；法蘭套截面單邊形狀為L(zhǎng)形，中間冷卻水通道由雙層不銹鋼筒同軸圍套組成，中間冷卻水通道上部焊接一環(huán)形法蘭盤(pán)，法蘭盤(pán)內(nèi)徑與法蘭套內(nèi)徑平齊，外徑與爐體法蘭外徑平齊，法蘭盤(pán)邊緣開(kāi)有6-8個(gè)連接孔，通過(guò)連接孔將法蘭套整體與爐體連接；中間冷卻水通道下部連接不銹鋼法蘭環(huán)，法蘭環(huán)內(nèi)外徑與法蘭套一致，法蘭環(huán)底部開(kāi)有8個(gè)螺紋孔，其中對(duì)稱兩個(gè)螺紋為通孔，作為進(jìn)、出水口，另外6個(gè)作為弧源頭連接孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及表面防護(hù)涂層領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種非平衡動(dòng)態(tài)拱形兼容軸向?qū)б艌?chǎng)輔助離子鍍裝置，所述非平衡拱形軸向兼容磁場(chǎng)輔助離子鍍裝置具有支撐靶材的弧源主體、內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置，雙層水冷的過(guò)渡傳輸法蘭套與兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置(Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置)、以及中間磁軛形成的多磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性控制磁場(chǎng)組；通過(guò)靶材背面的內(nèi)耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置與傳輸法蘭套上的兩套外耦合磁場(chǎng)發(fā)生裝置的配合，形成約束弧斑運(yùn)動(dòng)的靶面動(dòng)態(tài)拱形磁場(chǎng)與傳輸空間軸向聚焦導(dǎo)引磁場(chǎng)兼容的復(fù)合磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可達(dá)到既改善弧斑放電，控制弧斑運(yùn)動(dòng)，減少顆粒發(fā)射，又改善傳輸空間的磁場(chǎng)分布，提高等離子體的傳輸效率和密度等鍍膜關(guān)鍵參數(shù)的雙重效果。
文檔編號(hào)C23C14/22GK103205711SQ20131013322
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者郎文昌 申請(qǐng)人:溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院