專利名稱：無弧斑的真空電弧離子鍍膜技術的制作方法
技術領域：
本發明是應用無弧斑的真空電弧等離子體蒸發離化源作為鍍料 的供給源的真空電弧離子鍍膜技術，鑒于此類蒸發離化源的特點，能 鍍出無液滴、致密的優質膜層，又由于在工件上施加負偏置電壓，使 膜層與工件結合力極佳，因此嚴格講，本發明屬于真空電弧等離子體
技術領域，但主要應用于物理氣相沉積(PVD)鍍膜領域。
背景技術：
本發明是本公司積多年實踐不斷創新的成果，已在公司實驗室多 次試驗成功，準備擴大規模并應用于工業規模的鍍膜系統。經過有關 此類技術及相鄰技術的國內、外專利檢索，舉例表明下列專利雖屬同 類技術領域，但實際內容和基本原理和本發明并不相同。
國內專利ACN 03178688
真空電弧沉積i殳備
申請人日新電機抹式會社 發明人入澤一彥等 此發明設置了多個陰極，并可遮擋部分陰極，開放某一陰極，達 到鍍覆多種不同陰極材料的膜層，但都屬于冷陰極有弧斑、有顆 粒液滴的真空電弧沉積i殳備。與本發明的無弧斑才艮本上不同。
△ CN 02160651 真空電弧蒸鍍方法及裝置
由電au文電蒸發陰極材料，由多個磁鐵形成磁過濾器，磁過濾器
中有偏轉^茲場，以甩掉熔滴，同時將等離子體束中的離子送到噴 射孔，進入離子淀積腔以成膜在基底上。此發明均有液滴，與本 發明明顯不同。國外專利AUS 6692624 真空鍍膜裝置
申請人International Technology Exchange, Inc.
發明人A. Y. Kolpakov等 此專利陰極為消耗的，陽極同時作為真空室，在電弧放電柱周圍 的管狀室內壁，有肋條狀鋸齒片，以阻擋大顆粒金屬液滴進入鍍 膜工件區，由設置的磁場使電弧柱偏轉，更多液滴被甩掉。可見 與本發明無液滴顯著不同。
△ US 6391164
采用帶有非消耗熱陽極的真空電弧沉積薄膜 此發明雖然也是真空電弧鍍膜，但采用的是非消耗熱陽極，在陰 極上發射陰極大顆粒材料。與本發明顯著不同。
△ US 4620913 電弧氣相沉積方法和裝置
申請人Multi-Arc Vacuum Systems, Inc.
發明人Clark Bergman 在電弧氣相沉積,過程中，維持陰極弧斑，室內輔助陽極和真 空室壁有電位差。此發明專利恰恰是冷陰極有弧斑的電弧，與本 發明成明顯對照，顯然與本發明的無弧斑和室內輔助陽才及或輔助 陽極與真空室壁連接無電位差明顯不同。
△ US 4551221
真空電弧等離子體裝置
申請號640554
發明人Ivan I. Axenov等 該發明專利的裝置包括可消耗陰極，以其端面作為工作面，采用 管狀陽極，外圍有螺旋線圈，產生的軸向磁場，以控制電弧，整個過程也是屬于有弧斑的冷陰極電弧等離子體放電，所以與本發 明的無弧斑真空電弧顯著不同。
發明內容
本發明涉及無弧斑的真空電弧離子鍍膜技術，為了克服目前常用 的有弧斑的真空陰極電弧離子鍍膜技術中有液滴發射的缺點，本發明 采用無弧斑的真空電弧等離子體蒸發離化源作為鍍料的供給源，配置 在真空鍍膜室內，應用油擴散泵+羅茨泵+旋片式機械真空泵組成無油
排氣系統，對真空鍍膜室排氣，以使真空度達到10-10—3Pa范圍。
采用大直流電流弧電源， 一般可達2000A,作為真空電弧等離子 體放電電源，陰極接圓形斷面的圓柱陰極，陽極連接真空室內壁，也 可在真空室內專設一環狀輔助陽極。
通電后，逐漸加大電流，使電流密度達到電弧放電的量級時，在 陰、陽極之間形成真空電弧等離子體放電，陰極斷面上無弧斑，所產 生的無液滴、高電離度、高密度的金屬蒸氣等離子體射向陰極對面的 工件，并在工件上施加負偏置電壓，這就4吏金屬等離子體中的正離子， 相當于鍍料正離子，受負偏置電壓吸引，迅速轟向工件表面，實現了 符合離子鍍定義的離子鍍膜過程。適合本技術的金屬，以沸點高于 1500° K為佳,如Zr、 Ni、 Cr、 Ti等。
為了要改變真空室內氣氛，可i殳置多種氣體，如Ar，或02，或 N2，或C2H2,或空氣等及其混合氣體，并經過流量計計量，饋入真空 室，與該蒸發離化源產生的金屬離子形成反應性氣相沉積，實現反應 性離子鍍膜，如ZrN， ZrCN, TiN, TiCN, TiAlN， CrN等，形成致密、 無液滴、結合力強優質膜層。
圖1所示是無弧斑的真空電弧離子IM技術的原理圖 其中 l.真空鍍膜室2. 負偏壓電源
3. 工件
4. 陽極
5. 真空電弧
6. 無弧斑、無液滴、高電離度、高密度金屬蒸氣等離子體
7. 陰極
8. 真空室壁
9. 真空室抽氣口
具體實施例方式
本發明無弧斑的真空電弧離子鍍膜技術，在本公司試驗多次，鍍 膜效果良好，現已設計成工業規格的鍍膜機。首批9個無弧斑的真空 電弧等離子體蒸發離化源裝配在TGN-JKDD9型離子鍍膜機上，該機批 量投入市場后，將逐步取代現存有嚴重環境污染的傳統電鍍生產。
權利要求
1. 一種無弧斑的真空電弧離子鍍膜技術，其特征是以無弧斑的真空電弧等離子體蒸發離化源，作為被鍍工件的鍍料供給源，將它安置在真空度為10-10-3Pa的真空鍍膜室內，室的內壁作為無弧斑真空電弧的陽極，也可在真空室內專設一輔助陽極，可將此輔助陽極與室內壁相連接，共同作為陽極，也可不連接，內壁不作陽極，上述鍍料供給源作為無弧斑真空電弧的陰極，該陰極通常是具有圓形斷面的圓柱形陰極，也可以用任意形斷面的陰極，也可以用盛于坩堝內的液態陰極，此無弧斑的真空電弧陰極所產生的無液滴、高電離度、高密度的金屬蒸氣等離子體射向陰極對面的工件，而在工件上施加負偏置電壓，則實現了符合離子鍍定義的規范的離子鍍鍍膜過程。
2. 沖艮據權利要求1，所涉及的被鍍工件是運動著的工業用鋼帶，在 一個真空,室內設置2臺或2臺以上無弧斑的真空電弧等離子 體蒸發離化源，分別對鋼帶正、反面鍍膜，從而在一個真空 室內實現鋼帶雙面鍍膜技術。
3. 根據權利要求1,所涉及的被鍍工件是懸掛在轉架上的金屬件， 在真空皿室內設置1臺或多臺無弧斑的真空電弧等離子體蒸發 離化源，對相對于該源公轉和自轉的轉架上的工件，實現工件全 面積均勻1 。
4. 根據權利要求1,被鍍鍍料的金屬種類可以是Zr, Ni, Cr, Ti 等沸點高于1500。 K的金屬。
5. 根據權利要求1，無弧斑的真空電弧離子鍍膜過程中，真空鍍膜 室的氣氛，可以是Ar,或N"或02，或(^2等多種氣體，或其混 合氣體。
全文摘要
一種無弧斑的真空電弧離子鍍膜技術，將無弧斑的真空電弧等離子體蒸發離化源，安裝在真空度為10-10<sup>-3</sup>Pa的真空鍍膜室內，室的內壁作為無弧斑真空電弧的陽極，也可在真空室內專設一輔助陽極，可將此輔助陽極與室內壁相連接，共同作為陽極，也可不連接，內壁不作陽極，蒸發離化源的圓形斷面的圓柱形陰極是鍍料供給源，供出無液滴、高電離度、高密度的金屬蒸氣等離子體，并射向陰極對面的工件，工件上施加負偏壓，則實現了符合離子鍍定義的規范的離子鍍膜過程。
文檔編號C23C14/32GK101476107SQ20081000000
公開日2009年7月8日 申請日期2008年1月2日 優先權日2008年1月2日
發明者王殿儒, 金佑民 申請人:北京長城鈦金公司