专利名称：一种多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及薄膜与涂层制备技术领域，具体地说是一种多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置。
背景技术：
表面防护涂层技术是提高工模具及机械部件质量和使用寿命的重要途径，作为材料表面防护技术之一的离子镀膜技术，由于由于结构简单、离化率高、入射粒子能量高，可以轻松得到其他方法难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层，应用在工具、模具上面，可以使寿命成倍提高，较好地实现了低成本、高收益的效果；此外，离子镀涂层技术具有低温、高能两个特点，几乎可以在任何基材上成膜，应用范围十分广阔，展示出很大的经济效益和工业应用前景。电弧离子镀所用的弧源结构是冷阴极弧源，电弧的行为被阴极表面许多快速游动，高度明亮的阴极斑点所控制，阴极斑点的运动对电弧等离子体的物理特性以及随后的镀膜特性有很大的影响。而离子镀弧源是电弧等离子体放电的源头，是离子镀技术的核心部件。为了更好的提高沉积薄膜的质量和有效的利用靶材，提高放电稳定性，必须对弧斑的运动进行合理的控制，而弧斑的有效控制必须有合理的机械结构与磁场结构配合。
同时，由于电弧离子镀阴极斑点的尺寸很小，功率密度非常高(1016W/m2)，如果阴极斑点在一个位置停留时间过长，必然造成液态溶池面积扩大，引发强烈的大颗粒喷射。大颗粒的存在，严重影响了涂层和薄膜的性能和寿命，成为工模具镀的阻碍，也成为阻碍电弧离子镀技术更深入广泛应用的瓶颈问题。因此，解决大颗粒问题更为积极的办法是考虑从源头解决问题的措施，改善弧斑的放电形式、提高弧斑的运动速率、降低放电功率在阴极斑点处的集中、使放电功率分布在整个靶面上，从而减少大颗粒的发射。同时，为了更好的提高镀层的质量和有效的利用靶材，提高放电稳定性，必须对弧斑的运动以及等离子体的传输进行合理的控制。
目前的电弧离子镀技术主要是在靶材附近施加磁场来控制弧斑的运动，来提高放电稳定性和靶材刻蚀率。由于电弧离子镀主要靠靶面上的阴极斑点的放电来沉积所需薄膜的，因此是一种点状源，这些传统的单纯在靶面附近施加磁场的方法虽然可以有效地控制弧斑在靶面的运动，但是并没有解决等离子在传输空间分布的不均匀性，同时，随着磁场强度的增加，造成了部分离子随着靶材周围磁场的分布运动而流失，造成了基体处离子密度的下降。而且长时间的刻蚀容易在靶面上形成刻蚀轨道，造成靶材刻蚀的不均匀。
由于真空电弧等离子体的物理特性，外加电磁场是改善弧斑放电、控制弧斑运动以及改善等离子体的传输特性的有效方法。离子镀弧源是电弧等离子体放电的源头，是离子镀技术的核心部件，国内外在离子镀弧源的设计上都离不开磁场的设计。合理的磁场可以有效的改善弧斑的放电，同时保证等离子体的有效传输，而单独的一种磁场结构往往难以构建合适的空间磁场位形，既保证靶面所需磁场状态，又保证等离子体传输空间的磁场分布，因此高效优质的离子镀源装置必须要有合理紧凑的结构满足设置多种耦合磁场发生装置的需要。
中国发明专利(专利号ZL200810010762. 4)提出了一种利用旋转磁场控制弧斑运动的电弧离子镀装置，但是该发明没有对具体的弧源结构进行创新设计，弧源头及围绕于靶材之外的法兰套结构不合理，占用空间体积过大，不利于整体结构分布，整体结构不紧凑，磁场漏磁严重，不利于镀膜整机设计安排；最主要的是该发明只利用旋转横向磁场约束弧斑放电，对等离子体的传输和弧斑放电不利，大大降低了弧光等离子体的传输效率，大部分的等离子体约束在靶面附近，造成了沉积不均匀性和速率降低，同时单独强度过大的横向磁场减弱了弧斑放电的稳定性。因此，正如前述，需要有合理紧凑的弧源结构满足设置多种耦合磁场发生装置的需要，既保证靶面所需磁场状态、改善弧斑放电、降低放电功率密度、提高放电稳定性，又保证等离子体传输空间的磁场分布。但是频率强度匹配的旋转横向磁场可以大大改善弧斑放电，实现准扩散弧的状态，这点是值得在设计中采用的。
因此，本发明进一步创新发明，对传统旋转磁场辅助的弧源结构进行改进，采用结构紧凑、简易可调节的特种多功能多结构适应型离子镀枪配合结构优化的法兰套，提出了一种多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置的设计方案。发明内容
本发明的目的在于提供一种多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，解决现有技术中大颗粒的存在严重影响涂层和薄膜的性能和寿命、靶材刻蚀与涂层均匀性差、靶材利用率低、以及沉积效率低等问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是
一种多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，该多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置采用特种多功能多结构适应型离子镀枪配合结构优化的水冷法兰套作为整体弧源结构，法兰套的外侧设有法兰套绝缘套，法兰套绝缘套的外侧设有二极旋转横向磁场发生装置；或者，法兰套绝缘套的外侧设有二极旋转横向磁场发生装置和聚焦导引磁场装置；或者，在上述两种情况的同时，离子镀枪的靶材底座后设有轴向辅助磁场装置；
通过所述磁场装置的耦合作用形成二极旋转横向磁场为主的其他磁场耦合的多型复合磁场；法兰套中设有法兰套冷却水通道，法兰套底部开有与冷却水通道相通的法兰套出水口、法兰套进水口，法兰套冷却水通道的一端设置环形法兰盘，法兰盘边缘开有法兰连接孔；
离子镀枪设有靶材、靶材底座、靶材屏蔽罩、冷却水进水管道、导磁环、靶材底柱、 靶材底柱绝缘套、离子镀枪底盘绝缘盘、离子镀枪底盘、离子镀枪底盘紧固板、冷却水通道底座，靶材安装在靶材底座上，靶材的外侧设置靶材屏蔽罩，靶材底部与靶材底座冷却铜板紧密接触，通过靶材底座冷却铜板间接冷却；靶材底柱的内侧设置永磁体或导磁环和冷却水进水管道，永磁体或导磁环设置于冷却水进水管道的外侧；靶材底座中设置有靶材底座冷却通道隔板，靶材底座冷却通道隔板将靶材底座中的空腔分成靶材底座冷却水上通道和靶材底座冷却水下通道，靶材底座冷却通道隔板通过中间的圆孔焊接在与冷却水进水管道连通的靶材底座冷却水进水管上；靶材底座通过靶材底座盘安装在靶材底柱上，靶材底柱底部安装冷却水通道底座，靶材底柱的一端与冷却水通道底座连接，冷却水进水管道伸至冷却水通道底座中，与冷却水通道底座的进水口相通，冷却水通道底座与靶材底柱之间的通道与出水口相通；靶材底柱的另一端，通过靶材底柱连接管与靶材底座的靶材底座冷却水下通道相通；
靶材底柱的外侧设置靶材底柱绝缘套，靶材底柱绝缘套的外侧设置离子镀枪底盘绝缘盘、尚子镀枪底盘、尚子镀枪底盘紧固板，尚子镀枪底盘的一侧设置尚子镀枪底盘紧固板，离子镀枪底盘紧固板通过靶材底柱绝缘套上的绝缘套盘与离子镀枪底盘隔开，离子镀枪底盘的另一侧设置离子镀枪底盘绝缘盘，电源接头端子安装在靶材底柱上；
离子镀枪底盘通过离子镀枪底盘绝缘盘、离子镀枪底盘紧固板、靶材底柱绝缘套与靶材底柱安装，离子镀枪通过离子镀枪底盘的安装孔与法兰套底部螺纹孔连接安装形成整体离子镀弧源结构，离子镀枪通过法兰套前部的法兰盘与炉体进行连接。
所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，多结构耦合磁场是二极旋转横向磁场为主，与其他磁场稱合的多型复合磁场之一
(I)由单独二极旋转横向磁场控制弧斑运动形成单型复合磁场；
(2)由二极旋转横向磁场耦合靶材背面轴向辅助磁场形成两型复合磁场；
(3)由二极旋转横向磁场耦合法兰端部聚焦导引磁场形成两型复合磁场；
(4)由二极旋转横向磁场耦合靶材背面轴向辅助磁场及法兰端部聚焦导引磁场形成三型复合磁场。
所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，二极横向旋转磁场发生装置、 聚焦导引磁场发生装置围套在法兰套外，与靶材同轴放置，与法兰套之间通过法兰套绝缘套保护；二极横向旋转磁场发生装置放置于靶材周围，其中心高于靶材表面，位置可移动； 聚焦导引磁场发生装置放置于二极横向旋转磁场发生装置前端，底部安装同轴磁轭；法兰套外围通过屏蔽罩对内部的磁场发生装置进行保护。
所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，二极横向旋转磁场发生装置由多磁极铁芯骨架及漆包线绕组线圈组成，铁芯由磁导率高、厚O. 35-0. 5mm的环形硅钢片叠压而成，铁芯内圆开有嵌放绕组线圈的槽，槽形有开口、半开口或半闭口形式，槽数有24、 36、48、54或72，铁芯内径按法兰套尺寸选择，大于法兰套外径，铁芯外径根据标准选择，通过法兰套绝缘套围套在法兰套上；硅钢片的表面涂有绝缘漆，铁芯材料采用冷轧或热轧硅钢或者采用非晶导磁材料；
二极横向旋转磁场发生装置的漆包线绕组线圈采用聚氨酯漆包铜线或者铝线绕制，按二极磁场规律连接成对称的三相绕制；绕组的连接方式有单层、双层或单双层混合， 绕组端部的接线方式采用叠式或者波式，绕组的端部形状采用链式、交叉式、同心式或叠式；绕组采用相位差为120°的三相变频正弦交流电源激励，电流频率和电压单独调节，通过电压调节二极横向旋转磁场的强度，通过电流频率调节二极横向旋转磁场的旋转速度。
所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，聚焦导引磁场发生装置由漆包线绕制的电磁线圈组成，电磁线圈内外通过绝缘保护，聚焦导引磁场发生装置通过法兰套绝缘套与法兰绝缘保护，放置于二极横向旋转磁场发生装置前段，其底部连接环形高磁导率的铁芯磁轭，聚焦导引磁场发生装置中的线圈通直流电，通过电流大小调节聚焦导引磁场强度；
轴向辅助磁场发生装置围套在靶材底座后端的绝缘套周围，与离子镀枪底盘之间通过离子镀枪底盘绝缘盘接触；轴向辅助磁场电磁线圈由漆包线绕制在线圈骨架上，电磁线圈内外通过绝缘保护；电磁线圈通直流电，通过电压调节磁场的强度。
所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，法兰套由不导磁的不锈钢制作，法兰套为空心结构，通冷却水保护；二极横向旋转磁场发生装置、法兰套与靶材三者之间同轴，二极横向旋转磁场发生装置在法兰套上的位置可调；法兰套截面单边形状为L形， 中间法兰套冷却水通道由双层不锈钢筒同轴围套组成，冷却水通道上部焊接一环形法兰盘，法兰盘内径与法兰套内径平齐，外径与炉体法兰外径平齐，法兰盘边缘开有6-8个法兰安装孔，通过法兰安装孔将法兰整体与炉体连接；冷却水通道下部连接不锈钢法兰环，法兰环内、外径与法兰套一致，法兰环底部开有8个螺纹孔，其中对称两个螺纹孔为通孔，作为进出水口，另外6个作为离子镀枪底盘连接孔。
所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，靶材底柱绝缘套为高分子管套，管套内径与靶材底柱外径一致，通过靶材底柱外壁的环形密封槽内的密封圈进行绝缘密封，管套围套在靶材底柱周围，管套上部与靶材底柱平齐；靶材底柱绝缘套外设有离子镀枪底盘绝缘盘，离子镀枪底盘绝缘盘的位置无限制，根据实际应用需求设置，通过绝缘盘位置调节靶材在法兰套内的位置。
所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，靶材底柱、靶材底座的靶材底柱连接管和冷却水通道底座外径尺寸根据具体靶材尺寸及弧源结构调节，设置为靶材外径尺寸的1/4 1/2之间，采用细长型紧凑结构；
靶材底座设有靶材底座盘、靶材底柱连接管、靶材底座冷却铜板、靶材底座冷却水上下通道、靶材安装柱环套、靶材底座冷却通道隔板、靶材底座冷却水进水管，部件之间同轴装配；
靶材底座冷却铜板焊接在靶材安装柱环套上，靶材通过安装柱环套上端面与靶材底座冷却铜板之间的环套内壁螺纹安装在靶材底座上，与冷却铜板紧密接触；靶材屏蔽罩为圆筒形，套装在靶材安装柱环套外的支撑台上；靶材屏蔽罩与靶材之间形成间隙，间隙尺寸小于3mm ；
靶材底座冷却通道隔板中间有圆孔、边缘有间隔缝隙作为冷却水出水口，隔板边缘焊接在靶材安装柱环套上，与靶材底座冷却铜板有间隔，形成底座冷却水上通道；与靶材底座盘有间隔，形成底座冷却水下通道；靶材底座冷却通道隔板中间的圆孔连接在靶材底座冷却水进水管上，进水管外壁有密封槽，有耐压强度、上部有一环形导磁环支撑台的冷却水进水管道通过密封槽内的密封圈与靶材底座冷却水进水管紧密连接；高磁导率的导磁环磁轭围套在冷却水进水管道的环形支撑台上，环形支撑台与靶材底柱有间隔，形成冷却水出水通道；
靶材底座盘为中间有一圆孔的薄圆盘，该圆孔与靶材底座冷却水进水管形成环形间隔，作为冷却出水口 ；靶材底柱连接管外壁设有螺纹，通过该螺纹与不锈钢圆筒组成的靶材底柱上部内壁螺纹连接；靶材底柱下部设有外螺纹，通过该螺纹与冷却水通道底座连接， 靶材底柱与冷却水进水管道之间形成冷却水通道；
冷却水通道底座由上部的不锈钢圆筒和下部的圆柱体组成，上部不锈钢圆筒底部内壁设有螺纹，通过上部内螺纹与靶材底柱底部外螺纹连接，上部螺纹底部台阶有一密封槽，通过密封槽内的密封圈与靶材底柱底部紧密接触，形成有效的密封；上部不锈钢圆筒侧壁开有一台阶形双孔，该台阶形双孔作为出水管安装孔，出水管外径和外孔内径一致，出水管内径和内孔内径一致，出水管底部与双孔台阶接触，双孔离下部的圆柱体上部有距离；下部的圆柱体中心开有一台阶形三孔，上孔与中孔形成一台阶，冷却水进水管道底部与该台阶接触连接；下孔与中孔形成以台阶形孔，该台阶形孔作为进水管安装孔，进水管底部与下孔与中孔之间的台阶接触连接，上部的不锈钢圆筒和下部的圆柱体的长度根据实际需要调节;
冷却水通道底座、靶材底柱与冷却水进水管道之间形成冷却水通道底部储水腔， 整个离子镀枪的冷却水从冷却水通道底座底部进水管流入冷却水进水管道，通过冷却水进水管道流入靶材底座的冷却水上通道，从靶材底座的冷却水隔板边缘缝隙流出，进入靶材底座的冷却水下通道，从靶材底座底盘中心孔留出，进入靶材底柱与冷却水进水管道之间的通道，然后进入底部储水腔，从冷却水通道底座侧壁出水管流出，形成对整个离子镀枪的有效冷却；从底座侧壁出水管流出的冷却水进入法兰套的进水口，从法兰套冷却水通道流过后，从法兰套的出水口流出，形成对法兰套及其周围的磁场发生装置的有效冷却。
所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，离子镀枪底盘为一带中心圆孔的具有不锈钢盘，底盘外径尺寸与法兰套外径尺寸一致，离子镀枪底盘中心孔直径与靶材底柱绝缘套外径一致，围套在绝缘套上，下部与绝缘盘上面紧密接触；离子镀枪底盘周边开有8个连接孔，与法兰套底部的螺纹孔对应，通过其中6个连接孔将离子镀枪与法兰套底部连接；另外两个连接孔与法兰进出水口对应；离子镀枪底盘下部靠近中心孔设有密封槽， 密封槽外径小于绝缘盘外径，通过槽内密封圈与绝缘盘之间紧密接触形成有效的密封；底盘靠近密封槽附近设置有6-8个螺纹孔，螺纹孔内边缘大于绝缘盘外径，通过该螺纹孔与紧固板进行连接，将绝缘盘紧固在底盘与底盘紧固板之间。
所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，离子镀枪底盘紧固板为一带中心圆孔的具有不锈钢盘，底盘外径尺寸比绝缘盘外径尺寸大，离子镀枪底盘紧固板中心孔直径与靶材底柱绝缘套外径一致，围套在绝缘套上，上部与绝缘套盘下面紧密接触；底盘紧固板靠近边缘设置有6-8个安装孔，与离子镀枪底盘下部螺纹孔一致，通过该安装孔将绝缘盘紧固在底盘与底盘紧固板之间；紧固板上部靠近中心孔设有密封槽，通过槽内密封圈与绝缘盘之间紧密接触形成有效的密封。
本发明的有益效果是
本发明对传统旋转磁场辅助的弧源结构进行改进，采用结构紧凑、简易可调节的特种多功能多结构适应型离子镀枪配合结构优化的法兰套，提出了一种多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置的设计方案，在靶面二极旋转横向磁场的基础上，提供了多种耦合磁场可行性，既满足靶面附近的旋转磁场状态，改善弧斑放电形式，降低放电功率密度、减少大颗粒发射、提高放电稳定性，提高靶材刻蚀均匀性和靶材利用率，又保证等离子体传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和传输均匀性，提高镀膜效率和镀膜均匀性，利于整机设计，促进工具镀膜和装饰镀膜的发展，使得该结构成为一种高效优质的离子镀源>J-U ρ α装直。
图I是本发明实施例I单二极旋转横向磁场辅助的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置二维结构示意图之一，二极旋转横向磁场发生装置和靶材靠近法兰端部。
图2是本发明实施例I单二极旋转横向磁场辅助的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置二维结构示意图之二，二极旋转横向磁场发生装置和靶材靠近法兰底部。
图3是本发明实施例I单二极旋转横向磁场在靶材附近的磁场分布图。
图4是本发明实施例2 I禹合磁场结构为二极旋转横向磁场I禹合一定强度的祀材背面轴向辅助磁场形成两型复合磁场的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置二维结构示意图。
图5(a)-图5(b)是本发明实施例2 二极旋转横向磁场耦合一定强度的靶材背面轴向辅助磁场的两型复合磁场在靶材附近的磁场瞬态分布示意图；其中，图5(a)是二极旋转横向磁场指向祀材一端时I禹合了一定强度的祀材背面轴向辅助磁场的两型复合磁场在革巴材截面上的瞬态分布图；图5(b)是二极旋转横向磁场指向与图5(a)横向磁场方向时率禹合一定强度的靶材背面轴向辅助磁场的两型复合磁场在靶材截面上的瞬态分布图。
图6是本发明实施例3 I禹合磁场结构为二极旋转横向磁场I禹合了一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)形成两型复合磁场的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置二维结构示意图。
图7(a)-图7(b)是本发明实施例3 二极旋转横向磁场耦合一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)的两型复合磁场在靶材附近的磁场瞬态分布示意图；其中，图7(a) 是二极旋转横向磁场指向祀材一端时I禹合了一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭) 的两型复合磁场在靶材截面上的瞬态分布图；图7(b)是二极旋转横向磁场指向与图7(a) 横向磁场方向时I禹合一定强度的法兰端部聚焦导弓I磁场(带磁轭)的两型复合磁场在革巴材截面上的瞬态分布图。
图8是本发明实施例4 I禹合磁场结构为二极旋转横向磁场I禹合了一定强度的革巴材背面轴向辅助磁场及一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)形成三型复合磁场的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置二维结构示意图。
图9(a)-图9(b)是本发明实施例4 二极旋转横向磁场耦合一定强度的靶材背面轴向辅助磁场及一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)的三型复合磁场在靶材附近的磁场瞬态分布不意图；其中图9(a)是二极旋转横向磁场指向祀材一端时I禹合了一定强度的靶材背面轴向辅助磁场及一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)的三型复合磁场在靶材截面上的瞬态分布图；图8(b)是二极旋转横向磁场指向与图9(a)横向磁场方向时耦合一定强度的靶材背面轴向辅助磁场及一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭) 的三型复合磁场在祀材截面上的瞬态分布图。
图中，I靶材；2靶材屏蔽罩；3靶材安装柱环套；4靶材底座冷却铜板；5靶材底座冷却通道隔板；6靶材底座盘；7永磁体或导磁环；8轴向辅助磁场发生装置；9离子镀枪底盘绝缘盘；10离子镀枪底盘；11离子镀枪底盘紧固板；12靶材底柱绝缘套；13靶材底柱； 14冷却水进水管道；15冷却水通道底座；16出水口 ； 17进水口 ； 18法兰套；19法兰套绝缘套；20法兰套冷却水通道；21法兰套出水口 ；22法兰套进水口 ；23 二极横向旋转磁场发生装置；24法兰盘；25 二极横向磁场；26轴向辅助磁场；27聚焦导引磁场；28聚焦导引磁场发生装置；29磁轭；30离子镀枪；31靶材底座。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明作进一步详细说明。实施例I :图I是本发明实施例I单二极旋转横向磁场辅助的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子 镀装置二维结构示意图之一，二极旋转横向磁场发生装置和靶材靠近法兰端部。图2是本发明实施例I单二极旋转横向磁场辅助的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置二维结构示意图之二，二极旋转横向磁场发生装置和靶材靠近法兰底部。从图可以看出，单二极旋转横向磁场辅助的单型复合磁场辅助离子镀弧源装置采用结构紧凑、简易可调节的特种多功能多结构适应型离子镀枪30配合结构优化的水冷法兰套18作为整体弧源结构，法兰套18的外侧设有法兰套绝缘套19，法兰套绝缘套19的外侧设有二极旋转横向磁场发生装置23，法兰套18中为法兰套冷却水通道20，法兰套冷却水通道20上分别设置法兰套出水口 21、法兰套进水口 22,法兰套冷却水通道20的一端设置环形法兰盘24。本发明中，离子镀枪30可以采用中国发明专利申请一种结构紧凑的特种多功能离子镀枪，申请号为201210430934. X。离子镀枪30设有靶材I、靶材底座31、靶材屏蔽罩2、冷却水进水管道14、导磁环
7、靶材底柱13、靶材底柱绝缘套12、离子镀枪底盘绝缘盘9、离子镀枪底盘10、离子镀枪底盘紧固板11、冷却水通道底座15等，直径IOOmm的靶材I安装在靶材底座31上，靶材I的外侧设置靶材屏蔽罩2，靶材I底部与靶材底座冷却铜板4紧密接触，通过靶材底座冷却铜板4间接冷却；靶材底柱13的内侧设置永磁体或导磁环7和冷却水进水管道14，永磁体或导磁环7设置于冷却水进水管道14的外侧。靶材底座31中设置有靶材底座冷却通道隔板5，靶材底座冷却通道隔板5将靶材底座31中的空腔分成靶材底座冷却水上通道和靶材底座冷却水下通道，靶材底座冷却通道隔板5通过中间的圆孔焊接在与冷却水进水管道14连通的靶材底座冷却水进水管上。靶材底座31通过靶材底座盘6安装在靶材底柱13上，靶材底柱13底部安装冷却水通道底座15，靶材底柱13的一端与冷却水通道底座15连接，冷却水进水管道14伸至冷却水通道底座15中，与冷却水通道底座15的进水口 17相通，冷却水通道底座15与靶材底柱13之间的通道与出水口 16相通。靶材底柱13的另一端，通过靶材底柱连接管与靶材底座31的靶材底座冷却水下通道相通。靶材底柱13的外侧设置靶材底柱绝缘套12，靶材底柱绝缘套12的外侧设置离子镀枪底盘绝缘盘9、离子镀枪底盘10、离子镀枪底盘紧固板11，离子镀枪底盘10的一侧设置离子镀枪底盘紧固板11，离子镀枪底盘紧固板11通过靶材底柱绝缘套12上的绝缘套盘与离子镀枪底盘10隔开，离子镀枪底盘10的另一侧设置离子镀枪底盘绝缘盘9，电源接头端子安装在靶材底柱13上；离子镀枪底盘10通过离子镀枪底盘绝缘盘9、离子镀枪底盘紧固板11、靶材底柱绝缘套12与靶材底柱13安装，离子镀枪30通过离子镀枪底盘10的安装孔与法兰套18底部螺纹孔连接安装形成整体离子镀弧源结构，离子镀枪30通过法兰套18前部的法兰盘24与炉体进行连接。靶材底柱13、靶材底座31的靶材底柱连接管和冷却水通道底座15外径尺寸设置为靶材外径尺寸的1/4，采用细长型紧凑结构，方便整机设计及磁场发生装置布置。二极横向旋转磁场发生装置23围套在法兰套18外，二极横向旋转磁场发生装置23与靶材I同轴放置于其周围，二极横向旋转磁场发生装置23与法兰套18之间通过法兰套绝缘套19保护；二极横向旋转磁场发生装置23中心略高于靶材I表面，位置可移动。如图I、图2所示，二极横向旋转磁场发生装置23在法兰不同位置可调节，二极横向旋转磁场发生装置23由多磁极(12η，η为整数，n ^ 2)铁芯骨架及漆包线绕组线圈组成，铁芯由磁导率很高的(2000 6000H/m)，厚O. 5mm的环形硅钢片叠压而成，铁芯内圆开有嵌放绕组线圈的槽，槽形为半闭口形式，槽数为36，铁芯内径为182_，略大于法兰套绝缘套19外径，铁芯外径根据标准选择，通过法兰套绝缘套19围套在法兰套18上；硅钢片的表面涂有耐高压绝缘漆，铁芯材料采用冷轧硅钢。二极横向旋转磁场发生装置23的漆包线绕组线圈采用高强度聚氨酯漆包铜线(QZY-2)绕制，采用倍极比正规分布、Λ/2Y接法的双速绕组。每相由2个六联组构成，2极为60相带显极布线，两相之间极性相反；将其中一半线圈组反向获得120相带的4极绕组，即4极时所有线圈极性相同，并用一路Λ形连接。绕组引出线为6根、三相中间抽头的端线2U、2V、2W空置不接，电源从4U、4V、4W进入，产生二极横向(旋转)磁场25。如图3所示，从本发明实施例I单二极旋转横向磁场在靶材附近的磁场分布图可以看出，在二极横向旋转磁场发生装置23中间的截面上，磁场是完全覆盖整个靶面的二极横向磁场，该磁场的强度均匀，频率和强度可调。二极横向旋转磁场发生装置23的漆包线绕组采用相位差为120°的三相变频正弦交流电源激励，电流频率和电压可单独调节，电压范围为0-380V，频率范围为10-500HZ，通过电压调节二极横向旋转磁场的强度，通过电流频率调节二极横向旋转磁场的旋转速度；变频电源以微处理器为核心，以PWM方式制作，用主动元件IGBT模块设计，采用了数字分频、D/A转换、瞬时值反馈、正弦脉宽调制等技术制作，具有短路、过流、过载、过热等保护功能。空心结构的法兰套18由不导磁的不锈钢制作，通冷却水保护；法兰套18截面单边形状为L形，法兰套18中间法兰套冷却水通道20由双层不锈钢筒同轴围套组成，法兰套18上部焊接一环形法兰盘24，法兰盘24内径与法兰套18内径平齐，法兰盘24外径与炉体法兰外径平齐，法兰盘边缘开有6-8个法兰安装孔，通过法兰安装孔将法兰套18整体与炉体连接；法兰套18下部连接一较厚的不锈钢法兰环，法兰环内、外径与法兰套18 —致，法兰环底部开有8个螺纹孔，其中对称两个螺纹孔为通孔，作为法兰套出水口 21、法兰套进水口22，另外6个螺纹孔作为离子镀枪底盘连接孔。离子镀枪30的靶材底座冷却铜板4焊接在靶材安装柱环套3上，靶材I通过靶材安装柱环套3上端面与靶材底座冷却铜板4之间的环套内壁螺纹安装在靶材底座31上，靶材I与靶材底座冷却铜板4紧密接触；靶材屏蔽罩2为陶瓷(或BN)圆环筒，靶材屏蔽罩2套装在靶材安装柱环套3外的支撑台上；靶材屏蔽罩2与靶材I之间形成一定的间隙，间隙尺寸小于3mm。靶材底座冷却通道隔板5同轴焊接在靶材安装柱环套3上，与靶材底座冷却铜板4有一定的间隔，形成靶材底座冷却水上通道；中间有圆孔、边缘有间隔缝隙作为冷却水出水口的靶材底座冷却通道隔板5边缘焊接在靶材安装柱环套3上，与靶材底座冷却铜板4有一定的间隔，形成底座冷却水上通道；与靶材底座盘6有一定的间隔，形成靶材底座冷却水下通道；靶材底座冷却通道隔板5中间的圆孔连接在靶材底座冷却水进水管上，进水管外壁有若干密封槽，有一定的耐压强度、上部有一环形导磁环支撑台的冷却水进水管道14通过密封槽内的密封圈与靶材底座冷却水进水管紧密连接。高磁导率(2000 6000H/m)的导磁环磁轭7围套在冷却水进水管道的环形支撑台上，环形支撑台与靶材底柱13有一定的间隔，形成冷却水出水通道。祀材底座盘6为中间有一圆孔的薄圆盘,该圆孔与祀材底座冷却水进水管形成一定的环形间隔，作为冷却出水口 ；靶材底柱连接管外壁设有一定长度的螺纹，通过该螺纹与较厚不锈钢圆筒组成的靶材底柱13上部内壁螺纹连接；靶材底柱13下部设有一定长度的外螺纹，通过该螺纹与冷却水通道底座15连接，靶材底柱13与冷却水进水管道14之间形成冷却水通道。冷却水通道底座15由上部较厚的不锈钢圆筒和下部的圆柱体组成，上部不锈钢圆筒底部内壁设有一定长度的螺纹，通过上部内螺纹与靶材底柱底部外螺纹连接，上部螺纹底部台阶有一密封槽，通过密封槽内的密封圈与靶材底柱13底部紧密接触，形成有效的密封；上部不锈钢圆筒侧壁开有一台阶形双孔，该台阶形双孔作为出水口 16安装孔，出水口 16外径和外孔内径一致，出水口 16内径和内孔内径一致，出水口 16底部与双孔台阶接触，双孔离下部的圆柱体上部有一定的距离；下部的圆柱体中心开有一台阶形三孔，上孔与 中孔形成一台阶，冷却水进水管道底部与该台阶接触连接；下孔与中孔形成以台阶形孔，该台阶形孔作为进水口 17安装孔，进水口 17底部与下孔与中孔之间的台阶接触连接；上部较厚的不锈钢圆筒和下部的圆柱体的长度根据实际需要调节。冷却水通道底座15、靶材底柱13与冷却水进水管道14之间形成冷却水通道底部储水腔，整个离子镀枪的冷却水从冷却水通道底座底部进水口 17流入冷却水进水管道14，通过冷却水进水管道14流入靶材底座的冷却水上通道，从靶材底座的冷却水隔板5边缘缝隙流出，进入靶材底座的冷却水下通道，从靶材底座底盘6中心孔留出，进入靶材底柱13与冷却水进水管道14之间的通道,然后进入底部储水腔，从冷却水通道底座侧壁出水口 16流出，形成对整个离子镀枪的有效冷却。从底座侧壁出水口 16流出的冷却水进入法兰套18的法兰套进水口 22，从法兰套冷却水通道20流过后，从法兰套18的法兰套出水口 21流出，形成对法兰套及其周围的磁场发生装置的有效冷却。离子镀枪底盘10为一带中心圆孔的具有一定厚度的不锈钢盘，底盘外径尺寸与法兰套18外径尺寸一致，离子镀枪底盘10中心孔直径与靶材底柱绝缘套12外径一致，围套在靶材底柱绝缘套12上，靶材底柱绝缘套12为一定厚度的高分子管套，管套内径与靶材底柱13外径一致，通过靶材底柱13外壁的若干环形密封槽内的密封圈进行绝缘密封，管套围套在靶材底柱13周围，管套上部与靶材底柱13平齐；靶材底柱绝缘套12外设有一离子镀枪底盘绝缘盘9，绝缘盘的位置无限制，可根据实际应用需求设置，可通过离子镀枪底盘绝缘盘9位置调节靶材I在法兰套18内的位置。离子镀枪底盘10下部与离子镀枪底盘绝缘盘9上面紧密接触；离子镀枪底盘10周边开有8个连接孔，与法兰套18底部的螺纹孔对应，通过其中6个连接孔将离子镀枪30与法兰套18底部连接；另外，两个连接孔与法兰套出水口 21、法兰套进水口 22对应。离子镀枪底盘10下部靠近中心孔设有密封槽,密封槽外径小于绝缘盘外径，通过槽内密封圈与绝缘盘之间紧密接触形成有效的密封；离子镀枪底盘绝缘盘9靠近密封槽附近设置有6-8个螺纹孔，螺纹孔内边缘大于离子镀枪底盘绝缘盘9外径，通过该螺纹孔与离子镀枪底盘紧固板11进行连接，将离子镀枪底盘绝缘盘9紧固在离子镀枪底盘10与离子镀枪底盘紧固板11之间。离子镀枪底盘紧固板11为一带中心圆孔的具有一定厚度的不锈钢盘，底盘外径尺寸比离子镀枪底盘绝缘盘9外径尺寸略大，中心孔直径与靶材底柱绝缘套12外径一致，围套在靶材底柱绝缘套12上，离子镀枪底盘紧固板11上部与靶材底柱绝缘套12的绝缘套盘下面紧密接触；离子镀枪底盘紧固板11靠近边缘设置有6-8个安装孔，与离子镀枪底盘10下部螺纹孔一致，通过该安装孔将离子镀枪底盘绝缘盘9紧固在离子镀枪底盘10与离子镀枪底盘紧固板11之间；离子镀枪底盘紧固板11上部靠近中心孔设有密封槽，通过槽内密封圈与离子镀枪底盘绝缘盘9之间紧密接触形成有效的密封。本发明实施例I对传统旋转磁场辅助的弧源结构进行改进，采用结构紧凑、简易可调节的特种多功能多结构适应型离子镀枪配合结构优化的法兰套，提出了一种单二极旋转横向磁场辅助的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置。通过覆盖整个靶面的频率和强度可调的单二极旋转横向磁场控制弧斑的运动，在一定磁场强度和一定旋转频率综合作用下，使得弧斑在整个靶面分布，大大降低弧斑的功率密度。同时旋转的横向磁场可以约束靶面前等离子体，约束电子和离子的运动，提高靶面前电子密度大大增加，促进粒子间碰 撞，提高离子密度和离化率，进一步加强了离子对靶面的轰击效果，由于该轰击效果的增强是分布在整个靶面的，促进了靶面的热场电子发射，提高了有效电子量，而使得弧斑一点集中的高功率密度发射(产生大颗粒的原因)转变为整个靶面均匀的低功率密度的热场电子发射，实现准扩散弧状态，大大降低颗粒的发射，同时提高蒸发效果和离化效果。实施例2 从图3可以看出，在其他磁场不起作用的时候，靶材表面的二极横向磁场完全平行于靶面，与靶材边缘形成指向靶材内部的锐角。该二极横向旋转磁场的高速旋转可以使得弧斑在整个靶面均匀放电，降低功率密度，减少大颗粒的发射。由于横向磁场易于使得弧斑高速直线运动，而旋转的横向磁场可以使得弧斑布跑出靶面而在靶面内分布，但是如果旋转频率和磁场强度不匹配，单独采用强度过大的横向磁场容易造成跑弧、减弱了弧斑放电的稳定性。而本发明提供了合理紧凑的弧源结构满足设置多种耦合磁场发生装置的需要。为了提高放电稳定性，本实施例2采用了靶材背面的轴向辅助磁场进行复合磁场耦合。图4是本发明实施例2 I禹合磁场结构为二极旋转横向磁场25 I禹合了一定强度的靶材背面轴向辅助磁场26形成两型复合磁场的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置二维结构示意图。轴向辅助磁场发生装置8围套在靶材底座31后端的靶材底柱绝缘套12周围，与离子镀枪底盘10之间通过离子镀枪底盘绝缘盘9接触；轴向辅助磁场发生装置8的电磁线圈由漆包线绕制在线圈骨架上，电磁线圈内外通过绝缘保护；电磁线圈通直流电，通过电压调节磁场的强度。图5(a)-图5(b)是本发明实施例2 二极旋转横向磁场耦合一定强度的靶材背面轴向辅助磁场的两型复合磁场在靶材附近的磁场瞬态分布示意图；其中，图5(a)是二极旋转横向磁场指向祀材一端时I禹合了一定强度的祀材背面轴向辅助磁场的两型复合磁场在靶材截面上的瞬态分布图；图5(b)是二极旋转横向磁场指向与图5(a)横向磁场方向时I禹合一定强度的祀材背面轴向辅助磁场的两型复合磁场在祀材截面上的瞬态分布图。可以看出，在一定强度的靶材背面轴向辅助磁场耦合下，二极横向旋转磁场的分布有一定的变化，磁场不再是完全平行于靶面的横向磁场，而是形成与靶材有一定角度的尖角磁场，该尖角磁场与整个靶面形成一个朝向的锐角，而不是像拱形磁场那种两个锐角方向的情况，即靶面形成了旋转的二极尖角磁场。尖角磁场的平行分量依然是横向分量，使得弧斑沿垂直于横向分量方向直线倒退运动，而同时，在锐角法则作用下，弧斑在直线倒走的同时，叠加了沿横向分量指引方向的运动趋势，及弧斑在沿横向分量指引方向不再是随机运动，而是可控运动，可控运动提高了放电的可控性和稳定性。同时，二极尖角磁场的高频旋转，将使得可控运动的弧斑叠加了旋转运动，因此弧斑在一定轴向磁场强度、一定的旋转二极横向磁场强度和一定旋转频率综合耦合作用下，将使得弧斑在整个靶面分布，大大降低弧斑的功率密度，大大降低颗粒的发射，同时耦合的磁场提高了放电稳定性。实施例3 横向磁场有约束等离子体的效应，大大降低了弧光等离子体的传输效率，大部分的等离子体约束在靶面附近，造成了沉积不均匀性和速率降低，为了进一步提高等离子体的传输效率，本发明实施例3通过法兰端部聚焦导引磁场，将净化的高密度等离子体抽出。图6是本发明实施例3耦合磁场结构为二极旋转横向磁场耦合了一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)27形成两型复合磁场的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置二维结构示意图。聚焦导引磁场发生装置28由漆包线绕制的电磁线圈组成，电磁线圈内外通过绝缘保护，聚焦导引磁场发生装置28通过法兰套绝缘套19与法兰套18绝缘保护，放置于二极横向旋转磁场发生装置23前段，其底部可连接一个环形高磁导率(2000 6000H/m)的铁芯磁轭29，避免轴向聚焦磁场对旋转横向磁场的影响。聚焦导引磁场发生装置28中的线圈通直流电，通过电流大小调节聚焦导引磁场强度。实施例3是没有靶材背面轴向辅助磁场参与，二极横向旋转磁场与法兰端部聚焦导引磁场I禹合的实施方案。图7(a) -图7 (b)是本发明实施例3 二极旋转横向磁场I禹合一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)27的两型复合磁场在靶材附近的磁场瞬态分布示意图；其中，图7(a)是二极旋转横向磁场指向靶材一端时耦合了一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)27的两型复合磁场在靶材截面上的瞬态分布图；图7(b)是二极旋转横向磁场指向与图7(a)横向磁场方向时I禹合一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)27的两型复合磁场在靶材截面上的瞬态分布图。可以看出轴向聚焦导引磁场改变了磁场在传输空间的分布，提高了传输空间的轴向磁场强度，即可以实现非平衡的准扩散弧镀膜工艺，在降低放电功率密度减少大颗粒发射的同时，降低等离子体的靶面约束，提高了等离子体向传输空间输运的效率和密度，而且是非常有效的。同时可以看出，轴向聚焦导引磁场的参与，改变了二极横向磁场的状态，即形成类似实施例2的与靶面形成一定锐角的尖角磁场，轴向聚焦导引磁场大部分被磁轭约束，对祀面二极横向磁场的影响较小，基本上形成锐角幅度不大的变形，而且只形成一个方向的锐角，类似实施例2的情况。这样既可以提高放电稳定性，实现扩散弧状态，同时又可以提高等离子体传输效率。实施例4 本发明对传统旋转磁场辅助的弧源结构进行改进，采用结构紧凑、简易可调节的特种多功能多结构适应型离子镀枪配合结构优化的法兰套，在靶面二极旋转横向磁场的基础上，提供了多种耦合磁场可行性。图8是本发明实施例4耦合磁场结构为二极旋转横向磁场耦合了一定强度的靶材背面轴向辅助磁场及一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)27形成三型复合磁场的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置二维结构示意图。图9 (a)-图9 (b)是本发明实施例4 二极旋转横向磁场I禹合一定强度的祀材背面轴向辅助磁场及一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)的三型复合磁场在靶材附近的磁场瞬态分布示意图；其中，图9(a)是二极旋转横向磁场指向祀材一端时I禹合了一定强度的祀材背面轴向辅助磁场及一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)27的三型复合磁场在靶材截面上的瞬态分布图；图9(b)是二极旋转横向磁场指向与图9(a)横向磁场方向时耦合一定强度的靶材背面轴向辅助磁场及一定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)的三型复合磁场在靶材截面上的瞬态分布图。可以看出，与实施例2、3相比，在一定强度的靶材背面轴向辅助磁场及一 定强度的法兰端部聚焦导引磁场(带磁轭)耦合下的三型复合磁场增强了轴向磁场的强度和分布，使得等离子体传输空间的磁场分布更加均勻，旋转横向磁场方向的变化对轴向传输空间的分布影响不大，大大增强了传输等离子体的均匀性，在进一步提高传输效率的同时，提高了镀膜均匀性；同时可以看出，靶材背面轴向辅助磁场及一定强度的法兰端部聚焦导引磁场的参与，同样改变了二极横向磁场的状态，形成类似实施例2的与靶面形成一定锐角的尖角磁场，尖角磁场的强度增加，角度更加明显。旋转的二极尖角磁场使得弧斑在多种作用效果综合下在整个靶面均匀分布，大大降低弧斑的功率密度，大大降低颗粒的发射，同时耦合的磁场提高了放电稳定性。三型耦合旋转磁场使得既可以提高放电稳定性，实现扩散弧状态，大大降低颗粒的发射，同时又可以大大提高等离子传输效率和传输均匀性。这种效果是单单旋转横向磁场和两型复合磁场难以实现和达到的，而本发明通过创新，提供了三型复合磁场的实施例，从综合效果上大大改善了弧斑放电和等离子体传输，改进了离子镀膜工艺，使得该工艺有望成为优质高效的表面防护技术。因此，本发明对传统旋转磁场辅助的弧源结构进行创新发明，采用结构紧凑、简易可调节的特种多功能多结构适应型离子镀枪配合结构优化的法兰套，提出了一种多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置的设计方案，在靶面二极旋转横向磁场的基础上，提供了多种耦合磁场可行性，既满足靶面附近的旋转磁场状态，改善弧斑放电形式，降低放电功率密度、减少大颗粒发射、提高放电稳定性，提高靶材刻蚀均匀性和靶材利用率，又保证等离子体传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和传输均匀性，提高镀膜效率和镀膜均匀性，利于整机设计，促进工具镀膜和装饰镀膜的发展，使得该结构成为一种高效优质的离子镀源装置。
权利要求
1.一种多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，其特征在于该多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置采用特种多功能多结构适应型离子镀枪配合结构优化的水冷法兰套作为整体弧源结构，法兰套的外侧设有法兰套绝缘套，法兰套绝缘套的外侧设有二极旋转横向磁场发生装置；或者，法兰套绝缘套的外侧设有二极旋转横向磁场发生装置和聚焦导引磁场装置；或者，在上述两种情况的同时，离子镀枪的靶材底座后设有轴向辅助磁场装置；通过所述磁场装置的耦合作用形成二极旋转横向磁场为主的其他磁场耦合的多型复合磁场；法兰套中设有法兰套冷却水通道，法兰套底部开有与冷却水通道相通的法兰套出水口、法兰套进水口，法兰套冷却水通道的一端设置环形法兰盘，法兰盘边缘开有法兰连接孔；离子镀枪设有靶材、靶材底座、靶材屏蔽罩、冷却水进水管道、导磁环、靶材底柱、靶材底柱绝缘套、离子镀枪底盘绝缘盘、离子镀枪底盘、离子镀枪底盘紧固板、冷却水通道底座， 靶材安装在靶材底座上，靶材的外侧设置靶材屏蔽罩，靶材底部与靶材底座冷却铜板紧密接触，通过靶材底座冷却铜板间接冷却；靶材底柱的内侧设置永磁体或导磁环和冷却水进水管道，永磁体或导磁环设置于冷却水进水管道的外侧；靶材底座中设置有靶材底座冷却通道隔板，靶材底座冷却通道隔板将靶材底座中的空腔分成靶材底座冷却水上通道和靶材底座冷却水下通道，靶材底座冷却通道隔板通过中间的圆孔焊接在与冷却水进水管道连通的靶材底座冷却水进水管上；靶材底座通过靶材底座盘安装在靶材底柱上,靶材底柱底部安装冷却水通道底座，靶材底柱的一端与冷却水通道底座连接，冷却水进水管道伸至冷却水通道底座中，与冷却水通道底座的进水口相通，冷却水通道底座与靶材底柱之间的通道与出水口相通；靶材底柱的另一端,通过靶材底柱连接管与靶材底座的靶材底座冷却水下通道相通；靶材底柱的外侧设置靶材底柱绝缘套，靶材底柱绝缘套的外侧设置离子镀枪底盘绝缘盘、尚子镀枪底盘、尚子镀枪底盘紧固板，尚子镀枪底盘的一侧设置尚子镀枪底盘紧固板， 离子镀枪底盘紧固板通过靶材底柱绝缘套上的绝缘套盘与离子镀枪底盘隔开，离子镀枪底盘的另一侧设置离子镀枪底盘绝缘盘，电源接头端子安装在靶材底柱上；离子镀枪底盘通过离子镀枪底盘绝缘盘、离子镀枪底盘紧固板、靶材底柱绝缘套与靶材底柱安装，离子镀枪通过离子镀枪底盘的安装孔与法兰套底部螺纹孔连接安装形成整体离子镀弧源结构，离子镀枪通过法兰套前部的法兰盘与炉体进行连接。
2.按照权利要求I所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，其特征在于多结构稱合磁场是二极旋转横向磁场为主，与其他磁场稱合的多型复合磁场之一(O由单独二极旋转横向磁场控制弧斑运动形成单型复合磁场；(2)由二极旋转横向磁场耦合靶材背面轴向辅助磁场形成两型复合磁场；(3)由二极旋转横向磁场耦合法兰端部聚焦导引磁场形成两型复合磁场；(4)由二极旋转横向磁场耦合靶材背面轴向辅助磁场及法兰端部聚焦导引磁场形成三型复合磁场。
3.按照权利要求I所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，其特征在于二极横向旋转磁场发生装置、聚焦导引磁场发生装置围套在法兰套外，与靶材同轴放置，与法兰套之间通过法兰套绝缘套保护；二极横向旋转磁场发生装置放置于靶材周围，其中心高于靶材表面，位置可移动；聚焦导引磁场发生装置放置于二极横向旋转磁场发生装置前端， 底部安装同轴磁轭；法兰套外围通过屏蔽罩对内部的磁场发生装置进行保护。
4.按照权利要求I所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，其特征在于二极横向旋转磁场发生装置由多磁极铁芯骨架及漆包线绕组线圈组成，铁芯由磁导率高、厚 O. 35-0. 5mm的环形硅钢片叠压而成，铁芯内圆开有嵌放绕组线圈的槽，槽形有开口、半开口或半闭口形式，槽数有24、36、48、54或72，铁芯内径按法兰套尺寸选择，大于法兰套外径， 铁芯外径根据标准选择，通过法兰套绝缘套围套在法兰套上；硅钢片的表面涂有绝缘漆，铁芯材料采用冷轧或热轧硅钢或者采用非晶导磁材料；二极横向旋转磁场发生装置的漆包线绕组线圈采用聚氨酯漆包铜线或者铝线绕制，按二极磁场规律连接成对称的三相绕制；绕组的连接方式有单层、双层或单双层混合，绕组端部的接线方式采用叠式或者波式，绕组的端部形状采用链式、交叉式、同心式或叠式；绕组采用相位差为120°的三相变频正弦交流电源激励，电流频率和电压单独调节，通过电压调节二极横向旋转磁场的强度，通过电流频率调节二极横向旋转磁场的旋转速度。
5.按照权利要求I所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，其特征在于 聚焦导引磁场发生装置由漆包线绕制的电磁线圈组成，电磁线圈内外通过绝缘保护，聚焦导引磁场发生装置通过法兰套绝缘套与法兰绝缘保护，放置于二极横向旋转磁场发生装置前段，其底部连接环形高磁导率的铁芯磁轭，聚焦导引磁场发生装置中的线圈通直流电，通过电流大小调节聚焦导引磁场强度；轴向辅助磁场发生装置围套在靶材底座后端的绝缘套周围，与离子镀枪底盘之间通过离子镀枪底盘绝缘盘接触；轴向辅助磁场电磁线圈由漆包线绕制在线圈骨架上，电磁线圈内外通过绝缘保护；电磁线圈通直流电，通过电压调节磁场的强度。
6.按照权利要求I所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，其特征在于 法兰套由不导磁的不锈钢制作，法兰套为空心结构，通冷却水保护；二极横向旋转磁场发生装置、法兰套与靶材三者之间同轴，二极横向旋转磁场发生装置在法兰套上的位置可调；法兰套截面单边形状为L形，中间法兰套冷却水通道由双层不锈钢筒同轴围套组成，冷却水通道上部焊接一环形法兰盘，法兰盘内径与法兰套内径平齐，外径与炉体法兰外径平齐，法兰盘边缘开有6-8个法兰安装孔，通过法兰安装孔将法兰整体与炉体连接；冷却水通道下部连接不锈钢法兰环，法兰环内、外径与法兰套一致，法兰环底部开有8个螺纹孔，其中对称两个螺纹孔为通孔，作为进出水口，另外6个作为离子镀枪底盘连接孔。
7.按照权利要求I所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，其特征在于靶材底柱绝缘套为高分子管套，管套内径与靶材底柱外径一致，通过靶材底柱外壁的环形密封槽内的密封圈进行绝缘密封，管套围套在靶材底柱周围，管套上部与靶材底柱平齐；靶材底柱绝缘套外设有离子镀枪底盘绝缘盘，离子镀枪底盘绝缘盘的位置无限制，根据实际应用需求设置，通过绝缘盘位置调节靶材在法兰套内的位置。
8.按照权利要求I所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，其特征在于靶材底柱、靶材底座的靶材底柱连接管和冷却水通道底座外径尺寸根据具体靶材尺寸及弧源结构调节，设置为靶材外径尺寸的1/4 1/2之间，采用细长型紧凑结构；靶材底座设有靶材底座盘、靶材底柱连接管、靶材底座冷却铜板、靶材底座冷却水上下通道、靶材安装柱环套、靶材底座冷却通道隔板、靶材底座冷却水进水管，部件之间同轴装配；靶材底座冷却铜板焊接在靶材安装柱环套上，靶材通过安装柱环套上端面与靶材底座冷却铜板之间的环套内壁螺纹安装在靶材底座上，与冷却铜板紧密接触；靶材屏蔽罩为圆筒形，套装在靶材安装柱环套外的支撑台上；靶材屏蔽罩与靶材之间形成间隙，间隙尺寸小于 3mm ；靶材底座冷却通道隔板中间有圆孔、边缘有间隔缝隙作为冷却水出水口，隔板边缘焊接在靶材安装柱环套上，与靶材底座冷却铜板有间隔，形成底座冷却水上通道；与靶材底座盘有间隔，形成底座冷却水下通道；靶材底座冷却通道隔板中间的圆孔连接在靶材底座冷却水进水管上，进水管外壁有密封槽，有耐压强度、上部有一环形导磁环支撑台的冷却水进水管道通过密封槽内的密封圈与靶材底座冷却水进水管紧密连接；高磁导率的导磁环磁轭围套在冷却水进水管道的环形支撑台上，环形支撑台与靶材底柱有间隔，形成冷却水出水通道；靶材底座盘为中间有一圆孔的薄圆盘，该圆孔与靶材底座冷却水进水管形成环形间隔，作为冷却出水口 ；靶材底柱连接管外壁设有螺纹，通过该螺纹与不锈钢圆筒组成的靶材底柱上部内壁螺纹连接；靶材底柱下部设有外螺纹，通过该螺纹与冷却水通道底座连接，靶材底柱与冷却水进水管道之间形成冷却水通道；冷却水通道底座由上部的不锈钢圆筒和下部的圆柱体组成，上部不锈钢圆筒底部内壁设有螺纹,通过上部内螺纹与靶材底柱底部外螺纹连接,上部螺纹底部台阶有一密封槽,通过密封槽内的密封圈与靶材底柱底部紧密接触，形成有效的密封；上部不锈钢圆筒侧壁开有一台阶形双孔，该台阶形双孔作为出水管安装孔，出水管外径和外孔内径一致，出水管内径和内孔内径一致，出水管底部与双孔台阶接触，双孔离下部的圆柱体上部有距离；下部的圆柱体中心开有一台阶形三孔，上孔与中孔形成一台阶，冷却水进水管道底部与该台阶接触连接；下孔与中孔形成以台阶形孔，该台阶形孔作为进水管安装孔，进水管底部与下孔与中孔之间的台阶接触连接，上部的不锈钢圆筒和下部的圆柱体的长度根据实际需要调节；冷却水通道底座、靶材底柱与冷却水进水管道之间形成冷却水通道底部储水腔，整个离子镀枪的冷却水从冷却水通道底座底部进水管流入冷却水进水管道，通过冷却水进水管道流入靶材底座的冷却水上通道，从靶材底座的冷却水隔板边缘缝隙流出，进入靶材底座的冷却水下通道，从靶材底座底盘中心孔留出，进入靶材底柱与冷却水进水管道之间的通道，然后进入底部储水腔，从冷却水通道底座侧壁出水管流出，形成对整个离子镀枪的有效冷却；从底座侧壁出水管流出的冷却水进入法兰套的进水口，从法兰套冷却水通道流过后， 从法兰套的出水口流出，形成对法兰套及其周围的磁场发生装置的有效冷却。
9.按照权利要求I所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，其特征在于 离子镀枪底盘为一带中心圆孔的具有不锈钢盘，底盘外径尺寸与法兰套外径尺寸一致，离子镀枪底盘中心孔直径与靶材底柱绝缘套外径一致，围套在绝缘套上，下部与绝缘盘上面紧密接触；离子镀枪底盘周边开有8个连接孔，与法兰套底部的螺纹孔对应，通过其中6个连接孔将离子镀枪与法兰套底部连接；另外两个连接孔与法兰进出水口对应；离子镀枪底盘下部靠近中心孔设有密封槽,密封槽外径小于绝缘盘外径,通过槽内密封圈与绝缘盘之间紧密接触形成有效的密封；底盘靠近密封槽附近设置有6-8个螺纹孔，螺纹孔内边缘大于绝缘盘外径，通过该螺纹孔与紧固板进行连接，将绝缘盘紧固在底盘与底盘紧固板之间。
10.按照权利要求I所述的多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，其特征在于离子镀枪底盘紧固板为一带中心圆孔的具有不锈钢盘，底盘外径尺寸比绝缘盘外径尺寸大， 离子镀枪底盘紧固板中心孔直径与靶材底柱绝缘套外径一致，围套在绝缘套上，上部与绝缘套盘下面紧密接触；底盘紧固板靠近边缘设置有6-8个安装孔，与离子镀枪底盘下部螺纹孔一致，通过该安装孔将绝缘盘紧固在底盘与底盘紧固板之间；紧固板上部靠近中心孔设有密封槽，通过槽内密封圈与绝缘盘之间紧密接触形成有效的密封。
全文摘要
本发明涉及薄膜与涂层制备技术领域，具体地说是一种多结构耦合磁场适应型旋转弧离子镀装置，解决现有技术中大颗粒、靶材刻蚀与涂层均匀性差、沉积效率低等问题。该旋转弧离子镀装置采用特种多功能多结构适应型离子镀枪配合结构优化的水冷法兰套作为整体弧源结构，离子镀枪的靶材底座后设有轴向辅助磁场装置，法兰套的外侧设有二极旋转横向磁场发生装置、聚焦导引磁场装置。通过三套磁场装置的耦合作用形成二极旋转横向磁场为主的其他磁场耦合的多型复合磁场。本发明既满足靶面附近的旋转磁场状态，改善弧斑放电形式，降低功率密度、减少大颗粒发射，又保证等离子体传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和传输均匀性。
文档编号C23C14/35GK102936718SQ20121044462
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者郎文昌, 王向红, 李明霞 申请人:温州职业技术学院