专利名称：一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及表面防护涂层领域，具体地说是一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置。
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物理气相沉积技术，已在现代刀具、模具以及机械零件的应用方面取得了十分理想的效果。在实际应用中，高性能防护涂层必须具有高硬度、高韧性、低摩擦系数、良好的化学稳定性、较好的抗粘着能力和抗热磨损性能，以及特别重要的与基体有很好的结合性能。这就要求 镀层技术能够提供高的等离子体离化率、高的等离子体密度、高的粒子能量、较快的沉积速率以及较少的缺陷，而目前尚未有某种技术可以同时达到这些目标。物理气相沉积技术主要分为真空蒸镀、磁控溅射和离子镀三个类型，真空蒸镀和磁控溅射由于粒子能量和离化率低，导致膜层疏松多孔、力学性能差、难以获得良好的涂层与基体之间的结合力，严重限制了该类技术在防护涂层制备领域的应用。电弧离子镀的离化率高、等离子体密度高、粒子能量高、沉积速率快以及可低温沉积的突出优点使其在工模具镀上展现出其他镀膜方式所不具备的优势，是目前工模具及机械零件防护涂层制备的最佳工艺。离子镀源是电弧等离子体放电的源头，是离子镀技术的核心部件。为了产生高离化率、高离子密度、高粒子能量、高的等离子体传输效率以及较少的缺陷的等离子体，必须有合理的弧斑放电机制和控制以及等离子体在传输空间的有效高密度分布，而这都必须有合理的机械结构与磁场结构的配合。离子镀源磁场的设置必须有两方面的作用，一方面有效的改善弧斑放电，控制弧斑运动，减少颗粒发射，维持自持放电稳定发生；另一方面有效的改善传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和密度等镀膜关键参数。因此，必须同时考虑靶面附近的磁场和传输空间的磁场设计。而传统的离子镀源设计主要是考虑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,并没有同时解决等离子在传输空间分布的不均匀性，造成了等离子体传输空间及基体处离子密度的下降。或者是主要考虑了提高等离子传输效率，设置的磁场又对靶面附近的磁场分布造成了很大的影响，难以达到弧斑放电改善所需磁场状态，而弧斑的有效控制是产生优质等离子体的源头，因此没有完善有效的靶面附近的磁场设计，将不会有良好的等离子体的发生，而没有传输空间磁场的合理分布，将不会有高效高密度均匀的等离子体的传输，提供给高性能涂层制备所需的等离子体的量和质。因此，在离子镀源的设计中，如何提供复合的磁场，能够兼容靶面附近和等离子体传输空间的磁场分布，是性能优越的离子镀源所需考虑的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，达到既改善弧斑放电，控制弧斑运动，减少颗粒发射，又改善传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和密度等镀膜关键参数的双重效果。本发明的技术方案是:一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，具有支撑靶材的弧源主体、内耦合磁场发生装置，双层水冷的过渡传输法兰套与两套外耦合磁场发生装置:I级外耦合磁场发生装置和II级外耦合磁场发生装置、以及中间磁轭形成的多磁场结构适应性控制磁场组；通过靶材背面的内耦合磁场发生装置与传输法兰套上的两套外耦合磁场发生装置的配合，形成约束弧斑运动的靶面动态拱形磁场与传输空间轴向聚焦导引磁场兼容的复合磁场结构。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，内耦合磁场发生装置为永久磁体装置或者内耦合磁场发生装置线圈中心设置内耦合磁场发生装置铁芯构成，内耦合磁场发生装置设置于靶材的背面；I级外耦合磁场发生装置、II级外耦合磁场发生装置之间设置磁轭，I级外耦合磁场发生装置、磁轭、II级外耦合磁场发生装置设置于法兰套的外侧；或者，内耦合磁场发生装置为永久磁体装置或者内耦合磁场发生装置线圈中心设置内耦合磁场发生装置铁芯构成，内耦合磁场发生装置设置于靶材的背面，内耦合磁场发生装置铁芯外侧与内耦合磁场发生装置线圈之间设置内筒和外筒同轴围套的靶材底座，靶材底座底部设置靶材底座出水管、靶材底座进水管；I级外耦合磁场发生装置、II级外耦合磁场发生装置之间设置磁轭，I级外耦合磁场发生装置、磁轭、II级外耦合磁场发生装置设置于法兰套的外侧；或者，内耦合磁场发生装置为永久磁体装置或者内耦合磁场发生装置线圈中心设置内耦合磁场发生装置铁芯构成，内耦合磁场发生装置设置于靶材的背面，内耦合磁场发生装置的外侧设置内筒和外筒同轴围套的靶材底座，靶材底座底部设置靶材底座出水管、靶材底座进水管；I级外耦合磁场发生装置、II级外耦合磁场发生装置之间设置磁轭，I级外耦合磁场发生装置、磁轭、II级外耦合磁场发生`装置设置于法兰套的外侧。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，支撑靶材的弧源主体采用结构紧凑的特种多功能离子镀枪，电磁线圈围套在靶材底座后端的靶材底柱绝缘套周围，与靶材底柱内的磁轭一起形成内耦合磁场发生装置；或者，支撑靶材的弧源主体采用中间空隙宽敞的双层水冷靶材底座弧源头，永久磁体装置或单独磁轭或磁轭与电磁线圈装置一起放置于靶材后端靶材底座中间空隙内，形成内耦合磁场发生装置；内耦合磁场发生装置单独作用形成小尺寸靶面的轴对称发散磁场或大尺寸靶面的静态拱形磁场。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，内耦合磁场发生装置放置于靶材后面，由永久磁体装置或高导磁率磁轭及与永久磁体装置或高导磁率磁轭同轴放置的电磁线圈组成；两套外耦合磁场发生装置由电磁线圈组成，放置于靶材前面，与靶材同轴放置，I级外耦合磁场发生装置的中心与靶面平齐或高于靶面，II级外耦合磁场发生装置远离靶面放置。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，靶面的动态拱形磁场由内耦合磁场装置与I级外耦合磁场发生装置耦合作用形成，小尺寸靶材、或大尺寸靶材配合大尺寸永磁体或磁轭的内耦合磁场在靶面发散且与I级外耦合磁场磁极相反，大尺寸靶材配合小尺寸永磁体或磁轭的内耦合磁场在靶面闭合、其I级外耦合磁场极性动态变化，耦合磁场动态变化形成强度在10-150高斯量级动态拱形磁场之一:(I)内耦合磁场强度不变，由永久磁铁或磁轭与通直流电的电磁线圈产生，I级外耦合磁场强度动态变化，由通强度不断变化方向不变、或者强度方向均不断变化的交变电流的电磁线圈产生；(2)1级外耦合磁场强度不变，由通直流电的电磁线圈产生，内耦合磁场强度动态变化，由磁轭与通强度不断变化的交变电流的电磁线圈产生。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，聚焦导引磁场由I级外耦合磁场发生装置与II级外耦合磁场发生装置耦合作用形成，I级外耦合磁场与II级外耦合磁场均为轴向磁场，II级外耦合磁场强度不变，由通直流电的电磁线圈产生，形成强度在100-250G之间的聚焦导引磁场。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，内耦合磁场发生装置与两套外耦合磁场发生装置中的电磁线圈单独调节或者共同调节；电磁线圈通直流电，磁场强度由电流强度控制；电磁线圈通交流电，交流电形式为频率可调的直流偏置三角波、锯齿波、脉冲方波、半正弦波、正弦波及其他形式的交变电流，交变电流电压幅度可调，偏置电流电压幅度可调；交流电发生电源采用数字合成任意波信号发生器和功率放大器组成，或电晶体放大方式，或PWM脉宽调制方式实现；交流电发生电源可实现多种波形、实现高低频不同频段变频控制。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，永久磁体装置由永磁体、连接杆组成螺母，永磁体通过连接杆与螺母相连接；永磁体由单个或两个以上高导磁率块体材料组合而成，磁轭形状为圆盘形、圆环形、锥台形、圆柱形或阶梯形状；永久磁体装置通过连接杆螺纹与靶材底座底部的螺纹孔连接，通过螺母旋扭可调进调出，调节磁场强度大小，永久磁体装置 放置于靶材后端靶材底座中间空隙内。所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，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；法兰套截面单边形状为L形，中间冷却水通道由双层不锈钢筒同轴围套组成，中间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个连接孔，通过连接孔将法兰套整体与炉体连接；中间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，其中对称两个螺纹为通孔，作为进、出水口，另外6个作为弧源头连接孔。本发明的原理是:靶面附近磁场设计主要考虑两个原则，一是利用锐角法则限制弧斑的运动，二是利用横向分量提高弧斑的运动速度。目前比较有效的弧斑控制磁场是通过磁场发生装置在靶面形成拱形磁场，该磁场可分解为水平磁场B//和垂直磁场B丄，根据弧斑在横向磁场下“倒着走”的运动规律，B//可以驱使弧斑在靶面上作圆周运动，随着B//的增加，弧斑的运动速度也增大；同时拱形磁场与靶面形成指向拱形顶点的两个夹角，在“锐角法则”的作用下，弧斑被限制在一定的位置处，形成对弧斑的有效控制。如果动态的改变拱形磁场的分布，改变拱形顶点的位置，则可以改变弧斑在靶面的分布。为了弧斑的稳定放电和减少颗粒发射，拱形磁场横向分量的强度一般控制在10-150高斯量级。动态拱形磁场的产生可由靶材后面的永磁体或电磁线圈产生的轴对称发散磁场与靶材端面的电磁线圈产生的反极性轴对称约束磁场稱合产生，轴对称发散磁场与小尺寸祀材表面形成指向祀材边缘的锐角，形成拱形磁力线的单边，反极性轴对称约束磁场与靶材表面形成指向靶材中心的锐角，形成拱形磁力线的另一边，两者耦合形成闭合的拱形磁场约束，两者的动态变化即可形成动态的拱形磁场。轴对称发散磁场与大尺寸靶材表面形成静态拱形磁力线的双边，同极性或反极性轴对称约束磁场与靶材表面形成指向靶材中心的锐角，分别形成拱形磁力线的两边，轴对称约束磁场的动态变化即可形成动态的拱形磁场。为了提高等离子体的传输效率，需要在等离子体传输空间形成一轴向强聚焦导引磁场，降低等离子体的发散，轴向磁场强度一般控制在几百高斯量级才能形成对等离子体的有效传输和控制。同时使得聚焦轴向磁场与靶面形成指向靶材中心的锐角，可以约束弧斑的运动，避免灭弧。等离子体在聚焦磁场引导下，稳定的传输，同时可以增强等离子体的粒子碰撞机率，提高离化率和离子密度。根据以上原理，本发明通过传统弧源结构进行改进，通过靶材背面的内耦合磁场发生装置与传输法兰套上的两套外耦合磁场发生装置的配合，同时在靶面产生有效的拱形磁场(横向分量强度10-150高斯量级)和传输空间的轴向聚焦导引磁场(几百高斯量级)的兼容复合磁场，达到既改善弧斑放电，控制弧斑运动，减少颗粒发射，又改善传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和密度等镀膜关键参数的双重效果。本发明的有益效果是:1、本发明通过靶材背面的内耦合磁场与传输法兰套上的I级外耦合磁场配合，形成约束弧斑运动的靶面动态拱形磁场，在一定磁场强度和一定交变频率综合作用下，使得弧斑在整个靶面分布，大大降低弧斑的功率密度，改善弧斑放电，减少颗粒发射，提高等离子体的发生质量。2、本发明通过I级外耦合磁场发生装置与II级外耦合磁场发生装置配合，改善传输空间的磁场分布，形成约束等 离子体的聚焦导引磁场，将净化的高密度等离子体抽出，提高等离子体的传输效率、密度和离化率等镀膜关键参数。3、本发明通过传统弧源结构进行改进，通过靶材背面的内耦合磁场发生装置与传输法兰套上的两套外耦合磁场发生装置的配合，可采用结构紧凑的特种多功能离子镀枪作为弧源主体或者采用中间空隙宽敞的双层水冷靶材底座弧源头作为弧源主体，可应用于直径60-200_的多种规格圆形靶材，实施方案多，机械结构与磁场结构合理简便，可产生高离化率、高离子密度、高粒子能量、高的等离子体传输效率以及较少的缺陷的等离子体，利于整机设计，促进工具镀膜和装饰镀膜的发展。总之，本发明通过对传统弧源结构进行改进，提出了非平衡拱形轴向兼容磁场辅助离子镀装置的设计方案，通过靶材背面的内耦合磁场发生装置与传输法兰套上的两套外耦合磁场发生装置的配合，形成约束弧斑运动的靶面拱形磁场与传输空间轴向磁场兼容的复合磁场结构，达到既改善弧斑放电，控制弧斑运动，减少颗粒发射，又改善传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和密度等镀膜关键参数的双重效果。
图1为非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置结构示意图。图2为实施例1采用结构紧凑的特种多功能离子镀枪作为支撑靶材的弧源主体、磁轭放置于离子镀枪的靶材底柱内、电磁线圈放置于靶材底座后端靶材底柱周围形成内耦合磁场发生装置的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置示意图。图3为实施例2采用中间空隙宽敞的双层水冷靶材底座弧源头作为支撑靶材的弧源主体、永久磁体装置放置于靶材后端靶材底座中间空隙内，形成内耦合磁场发生装置的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置示意图。图4为实施例3采用中间空隙宽敞的双层水冷靶材底座弧源头作为支撑靶材的弧源主体、磁轭放置于靶材后端靶材底座中间空隙内，电磁线圈放置于靶材底座周围形成内耦合磁场发生装置的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置示意图。图5为实施例4采用中间空隙宽敞的双层水冷靶材底座弧源头作为支撑靶材的弧源主体、磁轭与电磁线圈装置一起放置于靶材后端靶材底座中间空隙内，形成内耦合磁场发生装置的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置示意图。图6 (a)-图6 (b)为内耦合磁场发生装置与外耦合磁场发生装置单独作用形成的磁力线分布图。其中，图6 (a)为指向靶材边缘的轴对称发散磁场；图6 (b)为指向靶材中心的轴对称聚焦磁场。图7 (a)-图7 (f)为内耦合磁场强度不变，II级外耦合磁场强度不变，I级外耦合磁场强度从小到大变化导致的耦合磁力线的位形变化图。图8 (a)-图8 (f)为I级外耦合磁场强度不变，II级外耦合磁场强度不变，内耦合磁场强度从小到大变化导致的耦合磁力线的位形变化图。
图中，1革巴材；2内I禹合磁场发生装置；3内I禹合磁场发生装置线圈；4内I禹合磁场发生装置铁芯；5、I级外耦合磁场发生装置；6磁轭；7、II级外耦合磁场发生装置；8靶材屏蔽罩；9靶材底座柱环套；10靶材底座冷却铜板；11靶材底座冷却通道隔板；12靶材底座；13冷却水进水管道；14靶材底柱绝缘套；15离子镀枪底盘紧固板；16离子镀枪底盘；17离子镀枪底盘绝缘盘；18靶材底柱；19冷却水通道底座；20进水口 ；21出水口 ；22法兰套；23法兰套绝缘套；24法兰套冷却水通道；25法兰套出水口 ；26法兰套进水口 ；27法兰安装孔；28法兰盘；29靶材底座冷却水上通道；30靶材底柱连接管；31靶材底座冷却水进水管；32环形支撑台；33靶材底座冷却水下通道；34永久磁体装置；35内筒；36外筒；37靶材底座出水管；38靶材底座进水管；39引弧装置；40靶材底座底盘；41靶材底座绝缘套；42连接螺纹；43靶材底座冷却水通道；44靶材底座屏蔽罩；45靶材底座盘；46靶材底座底盘连接孔；47永久磁体装置安装孔；48靶材底座。
具体实施例方式图1是本发明非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置结构示意图，非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置具有支撑靶材I的弧源主体、内耦合磁场发生装置2，双层水冷的过渡传输法兰套与两套外耦合磁场发生装置(I级外耦合磁场发生装置5、II级外耦合磁场发生装置7)、以及中间磁轭形成的多磁场结构适应性控制磁场组。其中，内耦合磁场发生装置2为内耦合磁场发生装置线圈3中心设置内耦合磁场发生装置铁芯4构成，内耦合磁场发生装置2设置于靶材I的背面；I级外耦合磁场发生装置5、II级外耦合磁场发生装置7之间设置磁轭6，I级外耦合磁场发生装置5、磁轭6、II级外耦合磁场发生装置7设置于法兰套的外侧。其中，内耦合磁场发生装置铁芯4为永久磁体装置或高导磁率(2000 6000H/m)磁轭。内耦合磁场发生装置单独作用形成小尺寸靶面(直径为50-100_的靶材表面)的轴对称发散磁场或大尺寸靶面(直径为100-250mm的靶材表面)的静态拱形磁场。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1图2为实施例1采用结构紧凑的特种多功能离子镀枪作为支撑靶材的弧源主体、磁轭放置于离子镀枪的靶材底柱内、电磁线圈放置于靶材底座后端靶材底柱周围形成内耦合磁场发生装置的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置示意图。靶面的动态拱形磁场由内耦合磁场装置与I级外耦合磁场发生装置耦合作用形成，小尺寸靶材或大尺寸靶材配合大尺寸永磁体或磁轭的内耦合磁场在靶面发散且与I级外耦合磁场磁极相反，大尺寸靶材配合小尺寸永磁体或磁轭的内耦合磁场在靶面闭合、其I级外耦合磁场极性动态变化，耦合磁场动态变化形成强度在10-150高斯量级动态拱形磁场之一:(I)内耦合磁场强度不变，由永久磁铁或磁轭与通直流电的电磁线圈产生，I级外耦合磁场强度动态变化，由通强度不断变化方向不变、或者强度方向均不断变化的交变电流的电磁线圈产生；(2)1级外耦合磁场强度不变，由通直流电的电磁线圈产生，内耦合磁场强度动态变化，由磁轭与通强度不断变化的交变电流的电磁线圈产生。其中，小尺寸靶材是指直径为50-100mm的靶材，大尺寸靶材是指直径为100-250mm的祀材,大尺寸永磁体或磁轭是指直径为70_220mm的永磁体或磁轭,小尺寸永磁体或磁轭是指直径为15-170mm的永磁体或磁轭。本实施例中，离子镀枪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:201210430934.X。
离子镀枪设有靶材1、冷却水进水管道13、内耦合磁场发生装置铁芯4、靶材底柱18、靶材底柱绝缘套14、离子镀枪底盘绝缘盘17、离子镀枪底盘16、离子镀枪底盘紧固板15、冷却水通道底座19等，直径IOOmm的靶材I安装在靶材底座12上，靶材I的外侧设置靶材屏蔽罩8，靶材I底部与靶材底座冷却铜板10紧密接触，通过靶材底座冷却铜板10间接冷却；靶材底柱18的内侧设置内耦合磁场发生装置铁芯4和冷却水进水管道13，内耦合磁场发生装置铁芯4设置于冷却水进水管道13的外侧。靶材底座12中设置有靶材底座冷却通道隔板11，靶材底座冷却通道隔板11将靶材底座12中的空腔分成靶材底座冷却水上通道29和靶材底座冷却水下通道33，靶材底座冷却通道隔板11通过中间的圆孔焊接在与冷却水进水管道13连通的靶材底座冷却水进水管31上。靶材底座12安装在靶材底柱18上，靶材底柱18底部安装冷却水通道底座19，靶材底柱18的一端与冷却水通道底座19连接，冷却水进水管道13伸至冷却水通道底座19中，与冷却水通道底座19的进水口 20相通，冷却水通道底座19与靶材底柱18之间的通道与出水口 21相通。靶材底柱18的另一端，通过靶材底柱连接管30 (冷却水通道管套连接管)与靶材底座12的靶材底座冷却水下通道33相通。
靶材底柱18的外侧设置靶材底柱绝缘套14，靶材底柱绝缘套14的外侧设置离子镀枪底盘绝缘盘17、离子镀枪底盘16、离子镀枪底盘紧固板15，离子镀枪底盘16的一侧设置离子镀枪底盘紧固板15，离子镀枪底盘紧固板15通过靶材底柱绝缘套14上的绝缘套盘与尚子镀枪底盘16隔开，尚子镀枪底盘16的另一侧设置尚子镀枪底盘绝缘盘17,电源接头端子安装在靶材底柱18上；离子镀枪底盘16通过离子镀枪底盘绝缘盘17、离子镀枪底盘紧固板15、绝缘套14与靶材底柱18安装，离子镀枪通过离子镀枪底盘16的安装孔与法兰套22底部螺纹孔连接安装形成整体离子镀枪结构，离子镀枪通过法兰套22前部的法兰盘28与炉体进行连接。靶材底柱18、靶材底座12的靶材底柱连接管30和冷却水通道底座19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。法兰套22由不导磁的不锈钢制作，法兰套22为空心结构，通冷却水保护；法兰套22的外侧设有法兰套绝缘套23，法兰套绝缘套23的外侧设有外耦合磁场发生装置，外耦合磁场发生装置(I级外耦合磁场发生装置5、II级外耦合磁场发生装置7)、法兰套22与靶材I三者之间同轴，外耦合磁场发生装置与法兰套22之间绝缘，在法兰套22上的位置可调；法兰套22截面单边形状为L形，法兰套22中间法兰套冷却水通道24由双层不锈钢筒同轴围套组成，法兰套22上部焊接一环形法兰盘28，法兰盘28内径与法兰套22内径平齐，法兰盘28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27，通过法兰安装孔27将法兰套22整体与炉体连接；法兰套22下部连接一较厚的不锈钢法兰环，法兰环内、外径与法兰套22 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，作为法兰套出水口 25、法兰套进水口 26，另外6个螺纹孔作为离子镀枪底盘连接孔。外两套耦合磁场发生装置围套在法兰套外，与法兰套之间绝缘，位置可以自由调节。离子镀枪的靶材底座冷却铜板10焊接在靶材底座柱环套9 (靶材安装柱环套)上，靶材I通过靶材底座柱环套9上端面与靶材底座冷却铜板10之间的环套内壁螺纹安装在靶材底座12上，靶材I与靶材底座冷却铜板10紧密接触；靶材屏蔽罩8为陶瓷(或BN)圆环筒，靶材屏蔽罩8套装在靶材底座柱环套9外的支撑台上；靶材屏蔽罩8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11同轴焊接在靶材底座柱环套9上，与靶材底座冷却铜板10有一定的间隔，形成靶材底座冷却水上通道29 ;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11边缘焊接在靶材底座柱环套9上，与靶材底座冷却铜板10有一定的间隔，形成底座冷却水上通道；与靶材底座盘45有一定的间隔，形成靶材底座冷却水下通道33 ;靶材底座冷却通道隔板11中间的圆孔连接在靶材底座冷却水进水管31上，进水管外壁有若干密封槽，有一定的耐压强度、上部有一环形支撑台32的冷却水进水管道13通过密封槽内的密封圈与靶材底座冷却水进水管31紧密连接。高导磁率(2000 6000H/m)的内耦合磁场发生装置铁芯4围套在冷却水进水管道的环形支撑台32上，环形支撑台32与靶材底柱18有一定的间隔，形成冷却水出水通道。
祀材底座盘45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31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18上部内壁螺纹连接；靶材底柱18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19连接，靶材底柱18与冷却水进水管道13之间形成冷却水通道。冷却水通道底座19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18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 21安装孔，出水口 21外径和外孔内径一致，出水口 21内径和内孔内径一致，出水口 21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 20安装孔，进水口 20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19、靶材底柱18与冷却水进水管道13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 20入冷却水进水管道13，通过冷却水进水管道13流入靶材底座冷却水上通道29，从靶材底座的靶材底座冷却通道隔板11边缘缝隙流出，进入靶材底座的冷却水下通道33，从靶材底座底盘12中心孔留出，进入靶材底柱18与冷却水进水管道13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 21流出，形成对整个离子镀枪的有效冷却。从底座侧壁出水口 21流出的冷却水进入法兰套22的进水口 26，从法兰套冷却水通道24流过后，从法兰套22的出水口 25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16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22外径尺寸一致，离子镀枪底盘16中心孔直径与靶材底柱绝缘套14外径一致，围套在靶材底柱绝缘套14上，靶材底柱绝缘套14为一定厚度的高分子管套，管套内径与靶材底柱18外径一致，通过靶材底柱18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18周围，管套上部与靶材底柱18平齐；靶材底柱绝缘套14外设有一离子镀枪底盘绝缘盘17，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17位置调节靶材I在法兰套22内的位置。离子镀枪底盘16下部与离子镀枪底盘绝缘盘17上面紧密接触；离子镀枪底盘16周边开有8个连接孔，与法兰套22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22底部连接；另外，两个连接孔与法兰套出水口 25、法兰套进水口 26对应。离子镀枪底盘16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17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17外径，通过该螺纹孔与离子镀枪底盘紧固板15进行连接，将离子镀枪底盘绝缘盘17紧固在尚子镀枪底盘16与尚子镀枪底盘紧固板15之间。离子镀枪底盘紧固板15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17外径尺寸略大，中心孔直径与靶材底柱绝缘套14外径一致，围套在靶材底柱绝缘套14上，离子镀枪底盘紧固板15上部与靶材底柱绝缘套14的绝缘套盘下面紧密接触；离子镀枪底盘紧固板15靠近边缘设置有6-8个安装孔，与离子镀枪底盘16下部螺纹孔一致，通过该安装孔将离子镀枪底盘绝缘盘17紧固在离子镀枪底盘16与离子镀枪底盘紧固板15之间；离子镀枪底盘紧固板15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17之间紧密接触形成有效的密封。
内耦合磁场发生装置由放置于离子镀枪的靶材底柱内磁轭与放置于靶材底座后端靶材底柱周围的电磁线圈组成；两套外耦合磁场发生装置由电磁线圈组成，放置于靶材前面，与靶材同轴放置，I级外耦合磁场发生装置的中心与靶面平齐或略高于靶面2-20_，II级外耦合磁场发生装置远离靶面放置。图6 (a)-图6 (b)是内耦合磁场发生装置与II级外耦合磁场发生装置单独作用形成的磁力线分布图。可以看出，内耦合磁场在靶面产生轴对称的发散磁场，极性相反的I级外耦合磁场与之耦合作用，可形成靶面的拱形磁场分布；II级外耦合磁场为传输空间的轴向磁场，I级外稱合磁场与之稱合作用，可形成传输空间的聚焦导引磁场分布。图7 (a)-图7 Cf)是内耦合磁场强度不变，II级外耦合磁场强度不变，I级外耦合磁场强度从小到大变化导致的耦合磁力线的位形变化图。图8 (a)_图8 (f)是I级外耦合磁场强度不变，II级外耦合磁场强度不变，内耦合磁场强度从小到大变化导致的耦合磁力线的位形变化图。可以看出，I级外耦合磁场与内耦合磁场形成靶面的拱形磁场，而与II级外耦合磁场作用形成传输空间的聚焦导引磁场。内耦合磁场强度不变，随着I级外耦合磁场强度的变化，靶面的拱形磁场也在动态变化，其拱形顶点亦即水平磁场分量B//最大值、垂直磁场分量B丄零点位置从靶面边缘向靶材中心移动；而I级外耦合磁场强度不变，随着内耦合磁场强度的变化，靶面的拱形磁场也在动态变化，其拱形顶点亦即水平磁场分量B//最大值、垂直磁场分量B丄零点位置从靶面中心向靶材边缘移动；拱形磁场的变化导致弧斑运动的变化，使其在靶面螺旋扩展收缩，在整个靶面分布，形成靶面弧斑的可控运动。同时，控制适合的横向磁场分量强度，可以控制弧斑的运动速度，减少大颗粒的发射。同时，II级外耦合磁场强度不变，II级外耦合磁场与I级外耦合磁场极性相同，两者相互作用形成传输空间的聚焦导引磁场，该磁场强度在100-250G之间。本发明采用结构紧凑的特种多功能离子镀枪作为支撑靶材的弧源主体，结构简易紧凑有效，可自由设置冷却水套的长度，自由调节靶材在真空室内的位置，操作简便、靶材更换容易、位置可调性 好、便于整机设计及满足工业生产对真空室内等离子体分布的各种需求。同时，非平衡动态拱形兼容轴向聚焦导引磁场可以达到既改善弧斑放电，控制弧斑运动，减少颗粒发射，又改善传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和密度等镀膜关键参数的双重效果。实施例2图3是实施例2采用中间空隙宽敞的双层水冷靶材底座弧源头作为支撑靶材的弧源主体、永久磁体装置放置于靶材后端靶材底座中间空隙内，形成内耦合磁场发生装置的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置示意图。永久磁体装置由永磁体、连接杆组成螺母，永磁体通过连接杆与螺母相连接；永磁体由单个或两个以上高导磁率块体材料组合而成，磁轭形状为圆盘形、圆环形、锥台形、圆柱形或阶梯形状；永久磁体装置通过连接杆螺纹与靶材底座底部的螺纹孔连接，通过螺母旋扭可调进调出，调节磁场强度大小，永久磁体装置放置于靶材后端靶材底座中间空隙内。本实施例中，弧源头可以采用中国实用新型专利申请:一种离子镀弧源头，申请号201320090903.4。弧源头包括靶材1、连接螺纹42、引弧装置39、靶材底座48、靶材底座冷却水通道43、靶材底座屏蔽罩44、靶材底座出水管37、永久磁体装置34、靶材底座进水管38、靶材底座底盘40、靶材底座底盘连接孔46、靶材底座绝缘套41、永久磁体装置安装孔47、内筒35、外筒36等，具体结构如下:靶材I通过连接螺纹42安装于靶材底座48上，靶材底座底盘40嵌套在靶材底座48夕卜，靶材底座底盘40与靶材底座48之间设置靶材底座绝缘套41，通过靶材底座绝缘套41进行密封保护；永久磁体装置34通过螺纹安装于靶材底座48，永久磁体装置34的一端伸至靶材底座48内部空心位置，永久磁体装置34的另一端伸至靶材底座48外部；靶材底座48外围设置靶材底座屏蔽罩44，通过靶材底座屏蔽罩44对内部进行保护。靶材底座48中设有靶材底座冷却水通道43，靶材底座冷却水通道43分别与靶材底座进水管38、靶材底座出水管37相通。靶材底座底盘40靠近靶材底座48位置开一引弧装置安装孔，引弧装置39的一端设置于引弧装置安装孔中，引弧装置39的另一端与靶材I相对应。靶材底座底盘40周边开有靶材底座底盘连接孔46。弧源头通过靶材底座底盘40的靶材底座底盘连接孔46与法兰套22连接，外两套耦合磁场发生装置(I级外耦合磁场发生装置5、II级外耦合磁场发生装置7)围套在法兰套22外，外耦合磁场组的磁场发生装置5、7与靶材I同轴放置，形成整体弧源结构，通过法兰套22前部的法兰盘28与炉体进行连接，与法兰套之间绝缘，位置可以自由调节。靶座底座底盘40周边开有8个连接孔，与法兰套22底部8个螺纹孔对应，通过其中6个连接孔将弧源头与法兰底部连接；另外两个连接孔与法兰进出水口对应。靶座底座底盘40靠近靶材底座位置开一引弧装置安装口。靶材底座48由不导磁的不锈钢制作，由双层不锈钢圆筒:内筒35和外筒36同轴围套组成；内筒35上部为封闭圆盘，筒内空间为永磁体安装位置；外筒36上部为台阶形封闭圆盘，台阶高度与靶材I连接螺纹高度一致，台阶外环有螺纹，靶材通过台阶螺纹连接在靶材底座48上。台阶上部圆盘外径与靶材底部螺纹内径一致，台阶下部圆环外径与靶材外径一致，圆环内径与靶材底部螺纹内径一致；外筒外径与靶材外径一致，外筒壁上有密封圈槽，通过绝缘套与靶材底盘装配；外筒与内筒中间形成冷却水通道，内筒上部与外筒上部留有一定的空隙，保证水流畅通。靶材底座底部连接一较厚的不锈钢法兰环，法兰环 内外径与靶材底座一致，法兰环底部对称开有两个通孔，分别连接靶材底座出水管37、靶材底座进水管38 ;法兰环底部焊接一端子，作为阴极电源接头。靶材底座屏蔽罩44为一涂有绝缘漆的不锈钢圆筒，圆筒上端焊接一环形法兰盘，通过该法兰盘将屏蔽罩安装在靶材底盘上；屏蔽罩筒底部与靶材底座进出水孔以及电源接头对应位置开有三个孔，屏蔽罩筒底部中间有一较厚圆盘，圆盘中间开有一螺纹孔:永久磁体装置安装孔47，永久磁体装置34通过连接杆螺纹与该螺纹孔连接，通过螺母旋扭可调进调出，调节磁场强度大小。永久磁体装置由永磁体、连接杆组成螺母，永磁体通过连接杆与螺母相连接；永磁体由单个圆盘形钕铁硼磁铁组成。永久磁体装置34放置于靶材后端靶材底座48中间空隙内，避免冷却水退磁影响。引弧装置采用气动机械引弧或者高频引弧装置，通过靶座底盘上的引弧装置安装口安装。永久磁体装置形成内耦合磁场发生装置，外两套耦合磁场发生装置围套在同实施例I的法兰套外，与法兰套之间绝缘，位置可以自由调节。由于本实施例2永磁体与靶材尺寸相比相差不大，因此永久磁体装置在靶面形成轴对称的发散磁场，磁场强度不变，其大小靠调节永磁体与靶材的相对位置进行调节。如图3所示，极性相反的I级外耦合磁场与永磁体产生的发散磁场稱合作用，可形成祀面的拱形磁场分布；II级外稱合磁场为传输空间的轴向磁场，I级外稱合磁场与之稱合作用，可形成传输空间的聚焦导引磁场分布。本实施例2内耦合磁场强度不变，II级外耦合磁场强度不变，I级外耦合磁场强度周期性变化，可在靶面形成如图7 (a)_图7 (f)所示的动态分布的拱形磁场，拱形磁场的变化导致弧斑运动的变化，使其在靶面螺旋扩展收缩，在整个靶面分布，形成靶面弧斑的可控运动，同时，控制适合的横向磁场分量强度，可以控制弧斑的运动速度，减少大颗粒的发射。同时，II级外耦合磁场强度不变，II级外耦合磁场与I级外耦合磁场极性相同，两者相互作用形成传输空间的聚焦导引磁场，该磁场强度在100-250G之间。本实施例结构简单紧凑、适应性好、操作简单、靶材更换容易、位置可调性好；同时利于整机设计，适合推广，在一个炉体上可以实现密集的弧源分布，弧源窗口之间距离小，提高了镀膜空间等离子体分布均匀性，有利于大面积镀膜。实施例3图4是实施例3采用中间空隙宽敞的双层水冷靶材底座弧源头作为支撑靶材的弧源主体、磁轭放置于靶材后端靶材底座中间空隙内，电磁线圈放置于靶材底座周围形成内耦合磁场发生装置的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置示意图。其中，内耦合磁场发生装置2为内耦合磁场发生装置线圈3中心设置内耦合磁场发生装置铁芯4构成，内耦合磁场发生装置2设置于靶材I的背面，内耦合磁场发生装置铁芯4外侧与内耦合磁场发生装置线圈3之间设置内筒35和外筒36同轴围套的靶材底座，靶材底座底部设置靶材底座出水管37、靶材底座进水管38 ； I级外耦合磁场发生装置5、II级外耦合磁场发生装置7之间设置磁轭6，I级外耦合磁场发生装置5、磁轭6、II级外耦合磁场发生装置7设置于法兰套的外侧。本实施例的弧源主体与实施例2结构相似，所不同的是本实施例3内耦合磁场发生装置是通过放置于靶材后端靶材底座中间空隙内的磁轭与放置于靶材底座周围的电磁线圈组成的，磁轭为单个或两个以上高导磁率块体材料组合而成，磁轭形状为锥台形、圆柱形或阶梯形状；磁轭放置于靶材后面的靶座内部，与靶材同轴放置；电磁线圈围套在靶材底座周围或者放置于祀座内部，与磁轭同轴放置；磁轭略高于线圈或与线圈平齐。磁轭的尺寸与靶材尺寸相近，因此在靶面形成轴对称的发散磁场，其大小和变化频率靠调节电磁线圈中电流的大小和频率进行调节。如图3所示，极性相反的I级外耦合磁场与磁轭与电磁线圈组成的耦合磁场发生装置产生的发散磁场耦合作用，可形成靶面的拱形磁场分布；本实施例3内耦合磁场和I级外耦合磁场强度均可周期性变化，若内耦合磁场强度不变，I级外耦合磁场强度周期性变化，可在靶面形成如图7 (a)-图7 Cf)所示的动态分布的拱形磁场；若I级外耦合磁场强度不变，内耦合磁场强度周期性变化，可在靶面形成如图8(a)-图8 Cf)所示的动态分布的拱形磁场；拱形磁场的变化导致弧斑运动的变化，使其在靶面螺旋扩展收缩，在整个靶面分布，形成靶面弧斑的可控运动，同时，控制适合的横向磁场分量强度，可以控制弧斑的运动速度，减少大颗粒的发射。同时，II级外耦合磁场强度不变，II级外耦合磁场与I级外耦合磁场极性相同，两者相互作用形成传输空间的聚焦导引磁场，该磁场强度在100-250G之间。该实施例3可以有效的解决电 弧离子镀大颗粒问题，同时提高等离子体的传输效率和涂层沉积均匀性，解决电弧离子镀点状发散源的问题，以及提高靶材利用率，使得电弧离子镀能够达到高性能防护涂层制备的各项要求，成为一种比较优异的镀层工艺，在各个需要的行业领域发挥作用。实施例4:图5是实施例4采用中间空隙宽敞的双层水冷靶材底座弧源头作为支撑靶材的弧源主体、磁轭与电磁线圈装置一起放置于靶材后端靶材底座中间空隙内，形成内耦合磁场发生装置的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置示意图。其中，内耦合磁场发生装置2为内耦合磁场发生装置线圈3中心设置内耦合磁场发生装置铁芯4构成，内耦合磁场发生装置2设置于靶材I的背面，内耦合磁场发生装置2的外侧设置内筒35和外筒36同轴围套的靶材底座，靶材底座底部设置靶材底座出水管37、靶材底座进水管38 ; I级外耦合磁场发生装置5、II级外耦合磁场发生装置7之间设置磁轭6，I级外耦合磁场发生装置5、磁轭6、II级外耦合磁场发生装置7设置于法兰套的外侧。本实施例的弧源主体与实施例2结构相似，所不同的是本实施例4的靶材尺寸比较大，靶材后端靶材底座中间空隙空间比较宽敞，内耦合磁场发生装置由放置于靶材后端靶材底座中间空隙内的磁轭与电磁线圈装置组成。此实施例4分两种情况:(I)磁轭尺寸较大,在靶材表面产生发散的轴对称磁场,其大小和变化频率靠调节电磁线圈中电流的大小和频率进行调节。如图5所示，I级外耦合磁场与内耦合磁场极性相反，两者耦合作用，可形成靶面的拱形磁场分布；内耦合磁场和I级外耦合磁场强度均可周期性变化，若内耦合磁场强度不变，I级外耦合磁场强度周期性变化，可在靶面形成如图7 (a)-图7 (f)所示的动态分布的拱形磁场；若I级外耦合磁场强度不变，内耦合磁场强度均周期性变化，可在靶面形成如图8 (a)-图8 Cf)所示的动态分布的拱形磁场。(2)磁轭尺寸较小，放置于靶材后端靶材底座中间空隙内的内耦合磁场发生装置在靶面形成闭合的拱形磁场，磁场大小靠线圈的电流大小进行调节。内耦合磁场产生的静态拱形磁场强度不变，I级外耦合磁场大小和极性周期性变化，即I级外耦合磁场线圈内通大小和方向周期性变化的电流 ，周期性变化的I级外耦合磁场与静态拱形磁场相互作用，可在靶面形成动态的拱形磁场，拱形磁场的变化导致弧斑运动的变化，使其在靶面螺旋扩展收缩，在整个靶面分布，形成靶面弧斑的可控运动，同时，控制适合的横向磁场分量强度，可以控制弧斑的运动速度，减少大颗粒的发射。同时，II级外耦合磁场强度和极性不变，两者相互作用形成传输空间的聚焦导引磁场，该磁场强度在100-250G之间。综上，本发明通过靶材背面的内耦合磁场与传输法兰套上的I级外耦合磁场配合，形成约束弧斑运动的靶面动态拱形磁场，在一定磁场强度和一定交变频率综合作用下，使得弧斑在整个靶面分布，大大降低弧斑的功率密度，改善弧斑放电，减少颗粒发射，提高等离子体的发生质量；通过I级外耦合磁场发生装置与II级外耦合磁场发生装置配合，改善传输空间的磁场分布，形成约束等离子体的聚焦导引磁场，将净化的高密度等离子体抽出，提高等离子体的传输效率、密度和离化率等镀膜关键参数。本发明实施方案多，机械结构与磁场结构合理简便，可产生高离化率、高离子密度、高粒子能量、高的等离子体传输效率以及较少的缺陷的等离子体，利于整机设计，促进工具镀膜和装饰镀膜的发展。
权利要求
1.一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，其特征在于，具有支撑靶材的弧源主体、内耦合磁场发生装置，双层水冷的过渡传输法兰套与两套外耦合磁场发生装置:I级外耦合磁场发生装置和II级外耦合磁场发生装置、以及中间磁轭形成的多磁场结构适应性控制磁场组；通过靶材背面的内耦合磁场发生装置与传输法兰套上的两套外耦合磁场发生装置的配合，形成约束弧斑运动的靶面动态拱形磁场与传输空间轴向聚焦导引磁场兼容的复合磁场结构。
2.按照权利要求1所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，其特征在于，内耦合磁场发生装置为永久磁体装置或者内耦合磁场发生装置线圈中心设置内耦合磁场发生装置铁芯构成，内耦合磁场发生装置设置于靶材的背面；I级外耦合磁场发生装置、II级外耦合磁场发生装置之间设置磁轭，I级外耦合磁场发生装置、磁轭、II级外耦合磁场发生装置设置于法兰套的外侧； 或者，内耦合磁场发生装置为永久磁体装置或者内耦合磁场发生装置线圈中心设置内耦合磁场发生装置铁芯构成，内耦合磁场发生装置设置于靶材的背面，内耦合磁场发生装置铁芯外侧与内耦合磁场发生装置线圈之间设置内筒和外筒同轴围套的靶材底座，靶材底座底部设置靶材底座出水管、靶材底座进水管；I级外耦合磁场发生装置、II级外耦合磁场发生装置之间设置磁轭，I级外耦合磁场发生装置、磁轭、II级外耦合磁场发生装置设置于法兰套的外侧； 或者，内耦合磁场发生装置为永久磁体装置或者内耦合磁场发生装置线圈中心设置内耦合磁场发生装置铁芯构成，内耦合磁场发生装置设置于靶材的背面，内耦合磁场发生装置的外侧设置内筒和外筒同轴围套的靶材底座，靶材底座底部设置靶材底座出水管、靶材底座进水管；I级外耦合磁场发生装置、II级外耦合磁场发生装置之间设置磁轭，I级外耦合磁场发生装置、磁轭、II级外耦合磁场发生装置设置于法兰套的外侧。
3.按照权利要求1所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，其特征在于，支撑靶材的弧源主体采用结构紧凑的特种多功能离子镀枪，电磁线圈围套在靶材底座后端的靶材底柱 绝缘套周围，与靶材底柱内的磁轭一起形成内耦合磁场发生装置； 或者，支撑靶材的弧源主体采用中间空隙宽敞的双层水冷靶材底座弧源头,永久磁体装置或单独磁轭或磁轭与电磁线圈装置一起放置于靶材后端靶材底座中间空隙内，形成内耦合磁场发生装置； 内耦合磁场发生装置单独作用形成小尺寸靶面的轴对称发散磁场或大尺寸靶面的静态拱形磁场。
4.按照权利要求1所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，其特征在于，内耦合磁场发生装置放置于靶材后面，由永久磁体装置或高导磁率磁轭及与永久磁体装置或高导磁率磁轭同轴放置的电磁线圈组成；两套外耦合磁场发生装置由电磁线圈组成，放置于靶材前面，与靶材同轴放置，I级外耦合磁场发生装置的中心与靶面平齐或高于靶面，II级外耦合磁场发生装置远离靶面放置。
5.按照权利要求1所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，其特征在于，靶面的动态拱形磁场由内耦合磁场装置与I级外耦合磁场发生装置耦合作用形成，小尺寸靶材、或大尺寸靶材配合大尺寸永磁体或磁轭的内耦合磁场在靶面发散且与I级外耦合磁场磁极相反，大尺寸靶材配合小尺寸永磁体或磁轭的内耦合磁场在靶面闭合、其I级外耦合磁场极性动态变化，耦合磁场动态变化形成强度在10-150高斯量级动态拱形磁场之一: (O内耦合磁场强度不变，由永久磁铁或磁轭与通直流电的电磁线圈产生，I级外耦合磁场强度动态变化，由通强度不断变化方向不变、或者强度方向均不断变化的交变电流的电磁线圈产生； (2)I级外耦合磁场强度不变，由通直流电的电磁线圈产生，内耦合磁场强度动态变化，由磁轭与通强度不断变化的交变电流的电磁线圈产生。
6.按照权利要求1所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，其特征在于，聚焦导引磁场由I级外耦合磁场发生装置与II级外耦合磁场发生装置耦合作用形成，I级外I禹合磁场与II级外I禹合磁场均为轴向磁场，II级外I禹合磁场强度不变，由通直流电的电磁线圈产生，形成强度在100-250G之间的聚焦导引磁场。
7.按照权利要求1所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，其特征在于，内耦合磁场发生装置与两套外耦合磁场发生装置中的电磁线圈单独调节或者共同调节；电磁线圈通直流电，磁场强度由电流强度控制；电磁线圈通交流电，交流电形式为频率可调的直流偏置三角波、锯齿波、脉冲方波、半正弦波、正弦波及其他形式的交变电流，交变电流电压幅度可调，偏置电流电压幅度可调；交流电发生电源采用数字合成任意波信号发生器和功率放大器组成，或电晶体放大方式，或PWM脉宽调制方式实现；交流电发生电源可实现多种波形、实现高低频不同频段变频控制。
8.按照权利要求4所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，其特征在于，永久磁体装置由永磁体、连接杆组成螺母，永磁体通过连接杆与螺母相连接；永磁体由单个或两个以上高导磁率块体材料组合而成，磁轭形状为圆盘形、圆环形、锥台形、圆柱形或阶梯形状；永久磁体装置通过连接杆螺纹与靶材底座底部的螺纹孔连接，通过螺母旋扭可调进调出，调节磁场强度大小，永久磁体装置放置于靶材后端靶材底座中间空隙内。
9.按照权利要求1所述的非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，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；法兰套截面单边形状为L形，中间冷却水通道由双层不锈钢筒同轴围套组成，中间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个连接孔，通过连接孔将法兰套整体与炉体连接；中间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，其中对称两个螺纹为通孔，作为进、出水口，另外6个作为弧源头连接孔。
全文摘要
本发明涉及表面防护涂层领域，具体地说是一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置，所述非平衡拱形轴向兼容磁场辅助离子镀装置具有支撑靶材的弧源主体、内耦合磁场发生装置，双层水冷的过渡传输法兰套与两套外耦合磁场发生装置(Ⅰ级、Ⅱ级外耦合磁场发生装置)、以及中间磁轭形成的多磁场结构适应性控制磁场组；通过靶材背面的内耦合磁场发生装置与传输法兰套上的两套外耦合磁场发生装置的配合，形成约束弧斑运动的靶面动态拱形磁场与传输空间轴向聚焦导引磁场兼容的复合磁场结构。本发明可达到既改善弧斑放电，控制弧斑运动，减少颗粒发射，又改善传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和密度等镀膜关键参数的双重效果。
文档编号C23C14/22GK103205711SQ20131013322
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月16日 优先权日2013年4月16日
发明者郎文昌 申请人:温州职业技术学院