专利名称：无推进长寿命阴极电弧源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种材料表面处理技术领域的装置，特别涉及一种用于直流 阴极电弧离子镀膜工艺中的无推进长寿命阴极电弧源装置。
技术背景利用阴极电弧源进行的离子镀(工业上常常称之为多弧离子镀，或者真空电 弧离子镀)是目前应用最为广泛的镀膜工艺之一。其基本原理是在阴极电弧靶的 工作端面产生阴极斑点，这些高速随机运动的阴极斑点产生电子和离子，成为镀 膜的源头。阴极斑点在电弧耙侧面运动时会显著降低电弧燃烧的稳定性。所以一般会在 电弧靶的侧面施加屏蔽罩(或者绝缘套)，防止阴极斑点到达侧面。比如美国专利 4448659在电弧耙周围环绕一圈屏蔽罩，有效保证了阴极斑点只在靶的工作端面燃 烧，可以适用于直流或者射频电源。但是这样的设计存在一个问题就是当阴极电 弧靶烧蚀一段时间，其高度小于屏蔽罩的高度，使得触发困难，最终影响到电弧 的稳定性，所以阴极电弧靶的设计高度一般较小，从而导致电弧靶的使用寿命不 长。为了延长电弧靶的使用寿命， 一般对于脉冲的阴极电弧靶使用电机自动推进 的技术。比如中国专利200610010244. 3使用手柄带动齿轮旋转，然后带动相应的 推进杆推进阴极前进，保证阴极电弧靶的工作端面始终和绝缘套的屏蔽端面保持 平行，提高了阴极电弧靶的使用寿命。但是这种推进装置需要在真空条件下的动 密封，增加了阴极电弧源的复杂性，同时氮化硼绝缘套的使用也提高了成本。而 且这种方式更适合于尺寸较小的脉冲阴极电弧靶，而不适合于尺寸以及质量都大 大超过脉冲靶的直流靶。发明内容本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无推进长寿命阴极电弧 源装置。本发明实施简单，增大阴极电弧靶的高度即可以实现长寿命的阴极电弧靶，提高了阴极电弧源的使用效率，为直流阴极电弧离子镀工艺提供了一种高效 率的镀膜源。本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括阴极电弧靶、阴极底座、 可动屏蔽罩、支撑屏蔽罩、屏蔽罩底座、水冷阳极、触发装置。阴极电弧靶和阴 极底座之间采用螺纹连接，保证可以方便的更换阴极电弧靶。可以手动控制可动 屏蔽罩在支撑屏蔽罩内的上下移动，保证可动屏蔽罩的端面和阴极电弧靶的工作 端面始终保持平行，从而保证对阴极斑点的屏蔽效果。支撑屏蔽罩的一端通过内 螺纹和屏蔽罩底座相连，同时另外一端通过内螺纹和可动屏蔽罩连接。水冷阳极 和阴极电弧靶之间保持一定距离，并保证电的绝缘。触发装置和阴极电弧靶的工 作端面靠近，这样可以通过触发装置和工作端面的接触和分离，来引发电弧。电 弧源装置各部件的尺寸根据阴极电弧靶的设计高度和外直径来设计。所述的阴极电弧靶为圆柱形部件，其材料为需要镀膜沉积的材料，可以使用 但是不限于使用钛、铬、铝、石墨等等。其中一端加工出外螺纹，用于和阴极底 座连接。所述的阴极底座为圆柱形部件，其材料使用导电材料，可以使用但不限于使 用不锈钢。端部加工出一个具有螺纹的凹坑，用于连接阴极电弧靶。阴极底座的 外直径、高度为0.8 *阴极电弧靶的外直径〈阴极底座的外直径〈阴极电弧靶的外直径； 0.6 *阴极电弧靶的高度 < 阴极底座的高度〈阴极电弧靶的高度。 所述的可动屏蔽罩为圆筒形部件，并在其中的一端具有凹缘，对电弧起到实 际的屏蔽作用，其材料可以使用但不限于使用不锈钢，其外壁加工出螺纹，用于 和支撑屏蔽罩之间的配合。可动屏蔽罩的最内直径(含凹缘)、最外直径、高度分 别为-阴极电弧靶的外直径〈可动屏蔽罩的最内直径〈阴极电弧靶的外直径+10可动屏蔽罩的最外直径=可动屏蔽罩的最内直径+ (10到20 mm); 阴极底座的高度 < 可动屏蔽罩的高度〈1.2 *阴极底座的高度。 所述的支撑屏蔽罩为圆筒形部件，其材料可以使用但不限于使用不锈钢，其 内壁加工出内螺纹，用于和可动屏蔽罩、屏蔽罩底座之间的配合。支撑屏蔽罩的内直径、外直径、高度分别为支撑屏蔽罩的内直径=可动屏蔽罩的最外直径=屏蔽罩底座的外直径；支撑屏蔽罩的外直径=支撑屏蔽罩的内直径+ (6到10 mm);屏蔽罩底座的高度+阴极底座的高度〈支撑屏蔽罩的高度< 1.4 * (屏蔽 罩底座的高度+阴极底座的高度)。所述的屏蔽罩底座为圆柱形部件，其材料可以使用但是不限于使用不锈钢。 屏蔽罩底座的外径等于支撑屏蔽罩的内径，屏蔽罩底座的高度为5到10 mm。所述屏蔽罩底座与阴极底座以及阳极之间的通过绝缘材料绝缘，比如聚四氟 乙烯或者氮化硼。本发明的优点本发明提供的无推进长寿命阴极电弧源装置，适用于直流阴 极电弧离子镀工艺，克服了一般直流阴极电弧离子镀中阴极电弧靶设计高度小的 不足，通过手动对可动屏蔽罩和支撑屏蔽罩相对位置的调节，实现了对大尺寸阴 极电弧靶的兼容，并且实施简单，成本低廉，对电弧侧烧的屏蔽效果明显。实际 使用后发现，阴极电弧靶的设计高度从14mra可以提高到85mra，相应的使用寿命 从60小时提高到360小时，大大增加了阴极电弧靶的寿命。
图1是本发明无推进长寿命阴极电弧源装置的剖面图，其中阴极电弧靶高度 为原始设计高度。图2是无推进长寿命阴极电弧源装置的剖面图，其中阴极电弧靶高度为经过 烧蚀后的高度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。如图l-2所示，本实施例包括水冷阳极l、阴极电弧靶3、阴极底座4、屏 蔽罩底座5、触发装置6、支撑屏蔽罩10、可动屏蔽罩11。阴极电弧靶3和阴极 底座之间采用螺纹连接，支撑屏蔽罩10的一端通过内螺纹和屏蔽罩底座5相连， 同时另外一端通过内螺纹和可动屏蔽罩11连接，可动屏蔽罩11与支撑屏蔽罩10 之间通过螺纹连接实现相对移动，水冷阳极1和阴极电弧耙3之间电绝缘，触发装置6和阴极电弧靶3的工作端面靠近，通过触发装置6和工作端面的接触和分 离来引发电弧。所述可动屏蔽罩11在支撑屏蔽罩10内上下移动，以使可动屏蔽罩11的端面 和阴极电弧耙3的工作端面始终保持平行。所述阴极底座4的外直径在0. 8倍的阴极电弧靶3的外直径和1倍的阴极电 弧耙3的外直径之间，阴极底座4的高度在0. 6倍的阴极电弧靶3的高度和1倍 的阴极电弧靶3的高度之间。所述可动屏蔽罩11的最内直径大于阴极电弧靶3的外直径，但是小于阴极电 弧耙3的直径加上10 mm;可动屏蔽罩11的最外直径等于可动屏蔽罩11的最内直 径加上10 mm到20 mm;可动屏蔽罩11的高度在阴极底座4的高度，以及阴极底 座4高度的1.2倍之间。所述支撑屏蔽罩10的内直径和可动屏蔽罩11的最外直径、屏蔽罩底座5的 外直径相等；支撑屏蔽罩10的外直径等于支撑屏蔽罩10的内直径加上6 mm到10 mm;支撑屏蔽罩10的高度大于屏蔽罩底座5的高度以及阴极底座4的高度之和， 小于屏蔽罩底座5的高度以及阴极底座4的高度之和的1. 4倍。实施例l，阴极电弧耙设计高度45 mm，阴极电弧靶外直径<))85mm。 如图1所示，是整个无推进长寿命阴极电弧源装置的剖面图，包括水冷阳 极1、阴极电弧靶3、阴极底座4、屏蔽罩底座5、触发装置6、支撑屏蔽罩10、 可动屏蔽罩11。其中阴极电弧靶3的高度为原始设计高度，即45 mm。阴极电弧 靶3通过螺纹连接与阴极底座4相连，这样可以方便的拆卸阴极电弧靶。阴极底 座4的外直径80咖，高度32mra。由于屏蔽罩不能与密封法兰8 (与阳极等电位) 直接相连，也不能与阴极底座4 (与阴极等电位)直接相连，所以在屏蔽罩底座5 与阴极底座4和密封法兰8之间均使用聚四氟乙烯圆板(7、 9)进行绝缘，这样 保证屏蔽罩的电位是悬浮的。屏蔽罩底座5的外直径100鹏，高度6mm。支撑屏 蔽罩10通过螺纹连接于屏蔽罩底座，其外直径106 mm，壁厚3腿(内直径100 mm)， 高度46腿。可动屏蔽罩11通过螺纹连接于支撑屏蔽罩10，其外直径100 mra，最 内直径(含凸缘)88mm，高度34腿。可动屏蔽罩11与阴极电弧靶3之间的间隙 宽度为1. 5 mra。机械式触发装置6靠近阴极电弧靶，并且通过和阴极电弧靶3的工作端面接触之后的快速分离而引发电弧，阴极电弧靶通过机械式触发装置6来 引发电弧，电弧产生后会在阴极电弧靶3的工作端面2随机快速运动，而不会转 移到阴极电弧靶3的侧面。电弧放电将会在阴极电弧靶3和水冷阳极1之间稳定 进行。水冷阳极1和阴极电弧靶3之间保持一定距离，并保证电的绝缘。触发装 置6和阴极电弧靶3的工作端面靠近，这样可以通过触发装置和工作端面的接触 和分离，来引发电弧。触发装置6采用现有常用技术，本实施例中，可以采用触发针实现。 随着阴极电弧靶3的消耗，可以通过手动调节可动屏蔽罩11在支撑屏蔽罩 10内的相对位置，保证可动屏蔽罩11的屏蔽端面和阴极电弧靶3的工作端面2保 持平行，从而维持良好的屏蔽效果。图2是阴极电弧靶不断烧蚀，高度降低为14mm之后，整个无推进长寿命阴 极电弧源装置的剖面图。相对于图l，可动屏蔽罩ll已经旋动到了最上部。正是 由于可动屏蔽罩11在支撑屏蔽罩10内部的自由运动，消耗后的阴极电弧靶3才 可以始终得到可动屏蔽罩ll良好的屏蔽作用。实施例2，阴极电弧耙设计高度85 mm，阴极电弧靶外直径小85mm。 整个装置的连接方式以及相对位置和实施例1完全一样。各部件的主要尺寸如下阴极底座的外直径80mm，高度72mm;屏蔽罩底座的外直径100 mm，高度6 mm;支持屏蔽罩的外直径106 mm，壁厚3 mm (内直径100 mm)，高度86 mm;可动屏蔽罩的外直径IOO mm，最内直径(含凹缘)88腿，高度74 mm;可动屏蔽罩与阴极电弧靶之间的间隙宽度为1.5 mm。类似于实施例1，当阴极烧蚀高度降低为14mm之后，电弧源装置依然可以保证很好的工作状态，即对电弧侧烧的屏蔽效果依然很好。
权利要求
1. 一种无推进长寿命阴极电弧源装置，包括阴极电弧靶、阴极底座、屏蔽罩底座、水冷阳极、触发装置，其特征在于，还包括可动屏蔽罩、支撑屏蔽罩，阴极电弧靶和阴极底座之间采用螺纹连接，支撑屏蔽罩的一端通过内螺纹和屏蔽罩底座相连，同时另外一端通过内螺纹和可动屏蔽罩连接，可动屏蔽罩与支撑屏蔽罩之间通过螺纹实现相对移动，水冷阳极和阴极电弧靶之间电绝缘，触发装置和阴极电弧靶的工作端面靠近，通过触发装置和工作端面的接触和分离来引发电弧。
2、 根据权利要求1所述的无推进长寿命阴极电弧源装置，其特征是，所述可 动屏蔽罩在支撑屏蔽罩内上下移动，以使可动屏蔽罩的端面和阴极电弧靶的工作 端面始终保持平行。
3、 根据权利要求1所述的无推进长寿命阴极电弧源装置，其特征是，所述阴极底座，其外直径在0.8倍的阴极电弧耙的外直径和1倍的阴极电弧靶的外直径 之间。
4、 根据权利要求1或3所述的无推进长寿命阴极电弧源装置，其特征是，所 述阴极底座，其高度在0.6倍的阴极电弧靶的高度和1倍的阴极电弧靶的高度之 间。
5、 根据权利要求l所述的无推进长寿命阴极电弧源装置，其特征是，所述可 动屏蔽罩的形状为圆筒形，并在一端具有凹缘。
6、 根据权利要求1或5所述的无推进长寿命阴极电弧源装置，其特征是，所 述可动屏蔽罩，其最内直径大于阴极电弧耙的外直径，但是小于阴极电弧耙的直 径加上IO mm，其最外直径等于可动屏蔽罩的最内直径加上10 mm到20 mm。
7、 根据权利要求1或5所述的无推进长寿命阴极电弧源装置，其特征是，所 述可动屏蔽罩，其高度在阴极底座的高度到阴极底座高度的1.2倍之间。
8、 根据权利要求l所述的无推进长寿命阴极电弧源装置，其特征是，所述支 撑屏蔽罩形状为圆筒形，其内直径和可动屏蔽罩的最外直径、屏蔽罩底座的外直 径相等。
9、 根据权利要求1或8所述的无推进长寿命阴极电弧源装置，其特征是，所述支撑屏蔽罩，其外直径等于支撑屏蔽罩的内直径加上6 mm到10 mm.
10、根据权利要求1或8所述的无推进长寿命阴极电弧源装置，其特征是， 所述支撑屏蔽罩，其高度大于屏蔽罩底座的高度以及阴极底座的高度之和，且小 于屏蔽罩底座的高度以及阴极底座的高度之和的1. 4倍。
全文摘要
一种无推进长寿命阴极电弧源装置，属于材料表面处理技术领域。本发明包括阴极电弧靶、阴极底座、可动屏蔽罩、支撑屏蔽罩、屏蔽罩底座、水冷阳极、触发装置。阴极电弧靶和阴极底座采用螺纹连接，支撑屏蔽罩一端通过内螺纹和屏蔽罩底座相连，另一端通过内螺纹和可动屏蔽罩连接，可动屏蔽罩与支撑屏蔽罩之间通过螺纹实现相对移动，水冷阳极和阴极电弧靶之间电绝缘，触发装置和阴极电弧靶的工作端面靠近，通过触发装置和工作端面的接触和分离来引发电弧。本发明通过对可动屏蔽罩和支撑屏蔽罩相对位置的调节，实现了对大尺寸阴极电弧靶的兼容，提高了阴极电弧靶的寿命，实施简单，成本低廉，对电弧侧烧的屏蔽效果明显。
文档编号C23C14/24GK101265565SQ20081003710
公开日2008年9月17日 申请日期2008年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者华 戴, 耀 沈, 婧 王, 珣 蔡 申请人:上海交通大学