一种多弧离子镀阴极装置的制作方法

本发明涉及镀膜技术技术领域，更具体的说是涉及一种多弧离子镀阴极装置。

背景技术：

多弧离子镀与一般的离子镀有着很大的区别。多弧离子镀采用弧光放电，而并不是传统离子镀的辉光放电进行沉积。简单的说，多弧离子镀的原理就是把阴极靶作为蒸发源，通过靶与阳极(如箱体)之间的弧光放电，使靶材蒸发，从而在空间中形成等离子体，对基体进行沉积，从而形成薄膜的方法。

多弧离子镀技术的工作原理主要基于冷阴极真空弧光放电理论。点燃真空电弧后，阴极靶材表面上出现一些不连续、大小和形状多样、明亮的斑点,它们在阴极表面迅速地做不规则的游动,一些斑点熄灭时又有些斑点在其他部位形成，维持电弧的燃烧。它不仅能在金属制品表面进行镀膜而且还能在非金属制品表面上进行镀膜，可以镀金属膜、氮化钛、碳化钛、氮化锆、氮化铬、及钛、镍、铬、铜等化合物膜、多层超硬膜、氮化钛掺金膜和合金膜，并能在极短时间内完成全部加工工艺过程，是一种多功能高效镀膜技术。广泛应用于工具、模具的超硬涂层，陶瓷、高尔夫、制表，酒店用品、卫生洁具、灯具、眼镜镜架、五金制品的装饰涂层等领域。

已有的多弧离子镀膜都是采用小结构的圆形阴极，属于点源，如果进行大面积大批量生产，镀膜连续性、均匀性及工作效率都不理想，而且会造成系统复杂，造价高，操作繁琐。

因此，如何提供一种具备沉积速率大，生产效率高，智能控制膜层均匀多弧离子镀阴极装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种多弧离子镀阴极装置，利用多个电磁铁，通过计算机对磁场进行智能控制，使镀膜更加均匀致密，提高镀膜层均匀性和镀膜效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多弧离子镀阴极装置，包括用于安装多弧离子镀阴极装置的真空腔体装置和多弧阴极电源，还包括：引弧装置、绝缘密封电极、辅助阳极板、凹型矩形靶、多弧阴极体、电磁铁、可变电阻器、绝缘支撑柱、多弧阴极底座和控制系统；所述多弧阴极体通过所述多弧阴极底座安装于所述真空腔体装置内；所述多弧阴极体与所述辅助阳极板通过所述绝缘支撑柱固定连接；所述辅助阳极板与所述可变电阻器一端连接，所述可变电阻器另一端与所述真空腔体装置连接；所述真空腔体装置与所述多弧阴极电源的正极连接；所述多弧阴极底座与所述多弧阴极电源的负极连接；所述凹型矩形靶固定在所述多弧阴极体上；所述电磁铁设置有多个，且均匀排布于所述多弧阴极体底座上；所述多弧阴极底座的两端安装所述绝缘密封电极，所述多弧阴极底座一端安装所述引弧装置；所述绝缘密封电极分别与多个所述电磁铁连接；所述控制系统调节多个所述电磁铁线圈的电流幅值。

通过上述技术方案，本发明的技术效果在于：控制系统自动调节电磁铁的电流值，从而改变磁场强度，使弧斑点减少或增加，改变蒸发的离子量，从而控制镀膜层厚度，达到在大面积连续沉积膜层厚度的均匀性；凹型矩形靶，属于面源，具备沉积速率大，生产效率高，智能控制膜层均匀等优点，进行大面积连续真空镀膜生产中，镀膜均匀性及镀膜效率的优势会非常明显。

优选的，在上述的一种多弧离子镀阴极装置中，还包括聚四氟绝缘座；所述聚四氟绝缘座上设置有若干个孔，所述多弧阴极底座上对应设置有若干个孔，所述聚四氟绝缘座与所述多弧阴极底座对应放置安装多弧阴极底座绝缘套，并通过螺栓将多弧阴极底座安装在真空腔体装置内。

优选的，在上述的一种多弧离子镀阴极装置中，所述引弧装置包括：引弧针、引弧杆、汽缸绝缘密封座、汽缸绝缘件、汽缸架和汽缸；所述汽缸通过汽缸架安装在多弧阴极底座的一端；所述汽缸绝缘密封座通过螺钉安装在所述汽缸与所述多弧阴极底座中间；所述汽缸架与所述多弧阴极底座之间装有汽缸绝缘垫件；所述引弧杆穿过所述汽缸绝缘密封座、多弧阴极底座和聚四氟绝缘座，引弧杆上设置有引弧针。

通过上述技术方案，本发明的技术效果在于：引弧装置是通过汽缸绝缘密封座上的汽缸放气使汽缸活塞杆回拉，带动引弧杆向下移动，同时带动引弧针向凹型矩形靶移动，从而使引弧针的针尖和凹型矩形靶接触产生放电，并在针尖和凹型矩形靶接触的瞬间，汽缸冲气，使汽缸活塞杆伸出带动引弧杆向上迅速移动，使弧针的针尖与凹型矩形靶脱离，避免了引弧针与凹型矩形靶的烧结，满足离子镀膜工作要求。

优选的，在上述的一种多弧离子镀阴极装置中，所述绝缘密封电极包括电极绝缘套、电极螺母和电极螺栓；所述电极螺栓贯穿所述多弧阴极底座，所述多弧阴极底座两侧设置有所述电极绝缘套，并用所述电极螺母进行固定。

优选的，在上述的一种多弧离子镀阴极装置中，所述辅助阳极板是通过螺钉固定在所述绝缘支撑柱的一端，所述绝缘支撑柱的另一端设置有螺纹，并与所述多弧阴极底座螺接。

优选的，在上述的一种多弧离子镀阴极装置中，所述多弧阴极底座上开设有若干个底座螺纹孔，并将所述多弧阴极体安装于所述多弧阴极底座上表面。

优选的，在上述的一种多弧离子镀阴极装置中，所述凹型矩形靶上有若干个靶材安装孔；所述多弧阴极体上开设有多弧阴极体螺纹孔；螺钉穿过所述靶材安装孔与多弧阴极体螺纹孔进行螺接，固定所述凹型矩形靶。

优选的，在上述的一种多弧离子镀阴极装置中，所述多弧阴极底座上设置有进水孔和出水孔；所述多弧阴极体内充满冷却液；所述进水孔和所述出水孔均与所述多弧阴极体连通。

通过上述技术方案，本发明的技术效果在于：多弧阴极体内部形成一个密封空间，冷却液从进水孔进入，然后从出水孔排出，形成一个冷却循环，从而实现凹型矩形靶冷却。

优选的，在上述的一种多弧离子镀阴极装置中，所述控制系统包括真空膜厚检测器、D/A转换器、A/D转换器、功率调节器和PC机；所述真空膜厚检测器通过所述A/D转换器与所述PC机电性连接；所述PC机通过所述D/A转换器和所述功率调节器与所述电磁铁连接。

通过上述技术方案，本发明的技术效果在于：真空膜厚检测器对膜厚进行检测，会产生一个反馈信号，A/D转换器将真空膜厚检测器发来的模拟量转化为数字量再通过总线反馈给PC机，PC机将传来的数字量信号进行处理后得到被镀件膜厚数值，将此数值与设定值进行比较，PC机通过总线和D/A转换器对功率调节器发送指令，控制电磁铁线圈的电流幅值。

优选的，在上述的一种多弧离子镀阴极装置中，所述凹型矩形靶和所述多弧阴极体之间、所述多弧阴极体和所述多弧阴极底座之间开设有密封槽；所述密封槽内放置密封圈。

通过上述技术方案，本发明的技术效果在于：形成密封，防止冷却液外泄，以实现密封效果。

优选的，在上述的一种多弧离子镀阴极装置中，还包括负偏压装置；负偏压的作用是使蒸发的离子在电场的作用下能牢固地沉积在被镀件上，形成镀膜层。具体的，整个被镀件载具作为负极，真空工艺充气管作为阳极。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种多弧离子镀阴极装置，利用多个电磁铁，通过计算机对磁场进行智能控制，使镀膜更加均匀致密，提高镀膜层均匀性和镀膜效率。在弧光蒸发过程中，由真空膜厚检测器测量出膜层的厚度，同时把测量结果输入到PC机，与设定值进行比较，根据比较的结果，自动调节电磁铁线圈的电流值，从而改变磁场强度，使弧斑点减少或增加，改变蒸发的离子量，从而控制镀膜层厚度，达到在大面积连续沉积膜层厚度的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图；

图2附图为本发明的电路连接示意图；

图3附图为本发明不含凹型矩形靶的俯视图；

图4附图为本发明整体俯视图；

图5附图为本发明的图4中A-A剖视图；

图6附图为本发明的引弧装置结构示意图；

图7附图为本发明的引弧装置安装示意图；

图8附图为本发明的输入与反馈原理示意图；

图9附图为本发明的输入控制原理示意图；

图10附图为本发明的输出控制原理示意图。

1-电磁铁；2-多弧阴极体；3-辅助阳极板；4-聚四氟绝缘座；5-聚四氟座连接孔；6-辅助阳极板孔；7-多弧阴极体螺纹孔；8-进水孔；9-绝缘密封电极；91-电极绝缘套；92-电极螺母；93-电极螺栓；10-引弧装置；101-引弧针；102-引弧杆；103-绝缘密封汽缸座；104-汽缸绝缘垫；105-汽缸架；106-汽缸；11-绝缘支撑柱；12-辅助阳极板螺钉；13-凹型矩形靶；14-多弧阴极底座；15-底座螺纹孔；16-密封槽；17-多弧阴极底座绝缘套；18-出水孔；19-靶材安装孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种多弧离子镀阴极装置，在弧光蒸发过程中，由真空膜厚检测器测量出膜层的厚度，同时把测量结果输入到PC机，与设定值进行比较，根据比较的结果，自动调节电磁线圈的电流值，从而改变磁场强度，使弧斑点减少或增加，改变蒸发的离子量，从而控制镀膜层厚度，达到在大面积连续沉积膜层厚度的均匀性和镀膜效率。

一种多弧离子镀阴极装置，如图1-10所示，包括用于安装多弧离子镀阴极装置的真空腔体装置和多弧阴极电源，还包括：引弧装置10、绝缘密封电极9、辅助阳极板3、凹型矩形靶13、多弧阴极体2、电磁铁1、可变电阻器、绝缘支撑柱11、多弧阴极底座14和控制系统；多弧阴极体2通过多弧阴极底座14安装于真空腔体装置内；多弧阴极体2与辅助阳极板3通过绝缘支撑柱11固定连接；辅助阳极板3与可变电阻器一端连接，可变电阻器另一端与真空腔体装置连接；真空腔体装置与多弧阴极电源的正极相连接；多弧阴极底座14与多弧阴极电源的负极连接；凹型矩形靶13固定在多弧阴极体2上；电磁铁设置有多个，且均匀排布于多弧阴极底座14上；多弧阴极底座14的两端安装绝缘密封电极9；多弧阴极底座14一端安装引弧装置10；绝缘密封电极9分别与多个电磁铁1连接；控制系统调节多个电磁铁1的电流幅值。

为了进一步优化上述技术方案，还包括聚四氟绝缘座4；聚四氟绝缘座4上设置有若干个聚四氟座连接孔5，多弧阴极底座14上对应设置有若干个孔，聚四氟绝缘座4与多弧阴极底座14对应放置安装多弧阴极底座绝缘套17，并通过螺栓将多弧阴极底座14安装在真空腔体装置内。

为了进一步优化上述技术方案，如图6所示，引弧装置10包括：引弧针101、引弧杆102、汽缸绝缘密封座103、汽缸绝缘件104、汽缸架105和汽缸106；汽缸106通过汽缸架105安装在多弧阴极底座14的一端；汽缸绝缘密封座103通过螺钉安装在汽缸106与多弧阴极底座14中间；汽缸架105与多弧阴极底座14之间装有汽缸绝缘件104；引弧杆102穿过汽缸绝缘密封座103、多弧阴极底座14和聚四氟绝缘座4，引弧杆102上设置有引弧针101。

为了进一步优化上述技术方案，聚四氟绝缘座4上开设有聚四氟座连接孔5。

为了进一步优化上述技术方案，绝缘密封电极9包括电极绝缘套91、电极螺母92和电极螺栓93；电极螺栓93贯穿多弧阴极底座14，多弧阴极底座14两侧设置有电极绝缘套91，并用电极螺母92进行固定。

为了进一步优化上述技术方案，辅助阳极板3上开设辅助阳极板孔6；辅助阳极板3是通过辅助阳极板螺钉12穿过辅助阳极板孔6固定在绝缘支撑柱11的一端，绝缘支撑柱11的另一端设置有螺纹，并与多弧阴极底座14螺接。

为了进一步优化上述技术方案，多弧阴极底座14上开设有若干个底座螺纹孔15，并将多弧阴极体2安装于多弧阴极底座14上表面。

为了进一步优化上述技术方案，凹型矩形靶13上有若干个靶材安装孔19；多弧阴极体2上开设有多弧阴极体螺纹孔7；螺钉穿过靶材安装孔19与多弧阴极体螺纹孔7进行螺接，固定凹型矩形靶13。

为了进一步优化上述技术方案，多弧阴极底座14上设置有进水孔8和出水孔18；多弧阴极体2内充满冷却液；进水孔8和出水孔18均与多弧阴极体2连通。

为了进一步优化上述技术方案，控制系统包括真空膜厚检测器、D/A转换器、A/D转换器、功率调节器和PC机；真空膜厚检测器通过A/D转换器与PC机电性连接；PC机通过D/A转换器和功率调节器与电磁铁连接。

为了进一步优化上述技术方案，凹型矩形靶13和多弧阴极体2之间、多弧阴极体2和多弧阴极底座14之间开设有密封槽16；密封槽16内放置密封圈。

为了进一步优化上述技术方案，电磁铁1包括线圈外套和线圈内芯。线圈安装如图3所示，依次通过螺钉安装在多弧阴极底座14上。

为了进一步优化上述技术方案，还包括负偏压装置；负偏压的作用是使蒸发的离子在电场的作用下能牢固地沉积在被镀件上，形成镀膜层。具体的，整个被镀件载具作为负极，真空工艺充气管(工作气体是氩气)作为阳极。

一种多弧离子镀阴极装置的工作过程：

一种多弧离子镀阴极装置在调定好的功率情况下，多弧阴极底座连接负极，真空腔体装置接正极，多弧阴极电源通电后，通过接触起弧，当弧光启动后，在没有磁场情况下弧光是不规则的运动。在多弧阴极体2背面有很多磁场区域，把不规则的弧光斑点分别控制在各个磁场范围内，当改变磁场强度时，就可以控制在磁场范围内的斑点数量。在PC机先通过预先设定的初始值通过功率调节器对每个电磁铁1输送一个可调的直流电流波形，每个电磁铁1会产生一个磁场。此时引弧装置10的汽缸106放气使汽缸106活塞杆回拉，引弧杆102向下移动时带动引弧针101向凹型矩形靶13移动，引弧针101的针尖和凹型矩形靶13接触而产生放电，满足离子镀膜工作要求，并在针尖和凹型矩形靶13接触的瞬间，汽缸106冲气，使活塞杆向上伸出带动引弧杆102迅速向上移动，引使弧针的针尖与凹型矩形靶13脱离。引弧完成后，在工艺气体(氩气)的作用下，凹型矩形靶13表面的电子被发射出去，凹型矩形靶13上的电子运动会产生焦耳热，焦耳热使凹型矩形靶13表面的金属熔融蒸发，被发射出的电子碰撞腔室内的氩气，使氩气电离形成带正电的氩离子，凹型矩形靶13为负极，会不断吸引带正电的氩离子，使靶材与氩离子之间的距离不断接近，形成很强的电场，凹型矩形靶13表面的电子在电场的作用下不断被发射出去，不断产生焦耳热，被发射出去的电子继续轰击氩气产生氩离子，不断循环。蒸发后的凹型矩形靶13原子或者离子在电场的作用下会运动到被镀件的表面，沉积形成镀膜。由于产生大量的焦耳热，多弧阴极体2需要对凹型矩形靶13进行冷却。凹型矩形靶13冷却是在多弧阴极底座14上开设进水口8、出水孔18，冷却液从进水孔8进入，然后从出水孔18排出，形成一个冷却循环，从而实现凹型矩形靶13冷却；凹型矩形靶13、多弧阴极体2和多弧阴极底座14之间有密封圈密封，从而在多弧阴极体2内部形成一个密封空间。

对被镀件膜厚的控制是通过真空膜厚检测器对被镀件表面镀膜进行检测，首先真空膜厚检测器对膜厚进行检测，会产生一个反馈信号，A/D转换器将真空膜厚检测器发来的模拟量转化为数字量再通过总线反馈给PC机，PC机将传来的数字量信号进行处理后得到被镀件膜厚数值，将此数值与设定值进行比较，若此刻被镀件膜厚大于预先设定值，PC机就会通过总线和D/A转换器对功率调节器发送减小电流的指令，功率调节器控制弧光蒸发源电磁铁1的电流，使电流减小，从而使电磁场强度减小，对应靶材表面的电子运动就会减少，被发射的电子量就会减少，靶材表面微小熔池就会减少，蒸镀材料的蒸发量就会减少，被镀件表面的膜厚的增加量就会减小。同理，若此刻被镀件膜厚小于预先设定值，PC机就会通过总线对功率调节器发送增加电流的指令，功率调节器控制弧光蒸发源电磁铁1的电流，使电流增大，从而使电磁场强度增大，对应靶材表面的电子运动就会加快，被发射的电子量就会增加，靶材表面微小熔池就会增加，蒸镀材料的蒸发量就会增加，被镀件表面的膜厚就会相应变厚。通过这种反馈方式，可以达到大面积矩形阴极的镀膜均匀性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。