一种长条高真空阴极电弧靶装置的制作方法

本发明涉及镀膜技术领域，更具体的说是涉及一种长条高真空阴极电弧靶装置。

背景技术：

随着科学技术的快速发展，对材料表面改性技术的要求越来越高，传统单一的表面改性技术已越来越难以满足工业生产上的技术要求；合成化、集成化以及多功能化成为技术发展的趋势。

近年来，一些表面改性复合技术不断问世并相继投入到产业中，并发挥着重要作用。例如磁控溅射技术与电弧离子镀技术的复合技术，兼容了磁控溅射技术可以沉积大面积和高均匀性的薄膜优点和离子镀技术制备高结合力薄膜的优点，提高了工艺实用性。再如多弧离子镀将多个弧源共同作用，不仅实现多元复合薄膜沉积，而且显著的提高了沉积效率，目前该技术在刀具、零部件加工产业中应用较为广泛。现表面沉积技术中多弧离子镀是其中非常重要的改性手段。但其存在一重要缺点，即沉积膜层的致密性不高，存在着微米级大颗粒，处理工件尺寸受限以及温度敏感性基体不适用等等。磁过滤阴极真空弧沉积技术是近年来发展起来的一种新型离子束薄膜制备方法，它通过磁过滤技术，过滤掉弧源产生的大颗粒和中性原子，得到无大颗粒的纯等离子束，有效地克服了普通弧源沉积方法中由于大颗粒的存在而产生的问题，制备的薄膜具有优异的性能，但直流磁过滤沉积技术重要的缺点是膜层沉积时有效面积有限，有效面积在直径160mm以内，对一些大尺寸的工件表面不能实现表面均匀镀膜。

因此，如何提供一种在高真空下稳定、可靠的弧光放电，同时大幅减低起弧时因温度过高而带来的颗粒喷射和提高阴极寿命的镀膜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，本发明提供了一种长条高真空阴极电弧靶装置，实现其能在高真空下稳定、可靠的弧光放电，同时大幅减低起弧时因温度过高而带来的颗粒喷射和提高阴极寿命。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种长条高真空阴极电弧靶装置，真空室用于安装长条高真空阴极电弧靶装置，包括：主支撑架、阴极靶材、屏蔽电极、第一屏蔽环、永磁体、触发电极和旋转部件；所述主支撑架上安装所述旋转部件；所述旋转部件与所述阴极靶材固定连接，并进行旋转动作；所述真空室作为阳极，所述阳极与所述主支撑架连接；所述第一屏蔽环通过陶瓷螺钉固定在阳极上，屏蔽所述阴极靶材和真空室；所述屏蔽电极包裹所述阴极靶材，并且所述阴极靶材的内部设置有永磁体；所述触发电极安装在所述屏蔽电极上，并且所述触发电极与触发电源电性连接。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：在触发电源的控制下触发电极接触阴极靶材引弧，阴极靶发生弧光放电，弧开始正常工作；弧斑在永磁体的作用下发生周期性的运动-围绕阴极靶材外长轴方向圆周运动；阴极靶材在电机的驱动下进行圆周运动，弧斑在三个屏蔽电极的作用下始终在外长轴方向进行圆周运动；弧斑产生的等离子体在初始速度的牵引下向真空室运动到达工件表面进行沉积；沉积完成时关闭电源，无辅助电压(阴极-阳极电压)情况下弧斑自动熄灭。

优选的，在上述的一种长条高真空阴极电弧靶装置中，所述旋转部件包括：电机、主动动齿轮、第一从动轮和旋转轴；所述第一从动轮安装在所述旋转轴上，所述电机的输出轴上安装所述主动动齿轮，并且所述主动动齿轮和所述第一从动轮相啮合；所述旋转轴与所述阴极靶材固定连接。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：保证膜层均匀性。

优选的，在上述的一种长条高真空阴极电弧靶装置中，所述屏蔽电极包括第一屏蔽电极、第二屏蔽电极和第三屏蔽电极；所述第一屏蔽电极连接限流电阻并接地，所述第二屏蔽电极和第三屏蔽电极屏蔽所述第一屏蔽电极和所述阳极。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：在三个屏蔽电极系统配合下弧斑背面及侧面的磁场强度基本不影响弧靶弧斑的运动，能够实现稳定、可控的弧斑起弧状态。屏蔽方式主要是电场和磁场的屏蔽；金属本身对电场有屏蔽效应；fe，co，ni等导磁金属对磁场有屏蔽作用。

优选的，在上述的一种长条高真空阴极电弧靶装置中，还包括聚四氟屏蔽环聚合物屏蔽极；所述聚四氟屏蔽环设置在所述主支撑架和所述聚合物屏蔽极之间；所述聚合物屏蔽极屏蔽所述阳极与所述阴极靶材，所述聚合物屏蔽极设置在在长条电弧金属法兰面上，用于与真空室连接时跟真空室绝缘。

优选的，在上述的一种长条高真空阴极电弧靶装置中，所述阴极靶材末端安装有聚四氟屏蔽底座，所述聚四氟屏蔽底座上安装有第二从动齿轮，所述第二从动齿轮与所述阴极靶材配合。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：保证阴极靶材的正常旋转。

优选的，在上述的一种长条高真空阴极电弧靶装置中，所述触发电极与限流电阻连接并接地。

优选的，在上述的一种长条高真空阴极电弧靶装置中，所述触发电源的控制下所述触发电极接触阴极靶材引弧，阴极弧斑放电。

优选的，在上述的一种长条高真空阴极电弧靶装置中，阴极弧斑在所述永磁体的作用下发生周期性的运动，围绕所述阴极靶材外长轴方向圆周运动。

通过上述的技术方案，本发明的技术效果在于：通过阴极靶材内的磁场控制能够保证弧斑循环往复运动、同时保持高稳定性和可靠性；能够避免因弧斑本身运动速度所限所造成的沉积不均匀的问题；在后续磁场的配合下该系统能够使靶材料实现更高价态的离子激发，即等离子体中引出离子的平均电荷态更高，有利于膜层的沉积，同时阴极弧靶的寿命更高，基本在200小时以上，为现有直流磁过滤沉积寿命的25倍以上，省去了换靶材的人工成本，更容易实现大规模的产业化。

优选的，在上述的一种长条高真空阴极电弧靶装置中，还包括冷却管道；所述冷却管道贯穿所述阴极靶材，内部通入冷却液。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的技术效果在于：

1、本发明提出了一种大尺寸长条阴极电弧靶，最大引出尺寸可为任意长度，无圆形阴极靶材的引出面积的限制，可根据样品尺寸大小进行靶材设计，大大方便了工业化应用；

2、相比现有直径为100mm阴极结构靶设计，该装置束流密度可为原来密度的1/5或更低，在相同起弧电流情况下，阴极弧靶单位面积的发热量更小，能够明显抑制因过热产生的微米级颗粒，大幅提高成膜质量；

3、相比于现有的圆形靶设计，该装置沉积膜层时可控制基体温度在40度以下，非常适合对温度极度敏感的基体的大面积表面改性；

4、相比于现有的圆柱靶设计，因阴极靶材表面问题偏低，更容易避免因靶材中毒而发生断弧的状况出现，更方便实现氧化物膜层的沉积；

5、相比于现有的圆柱电弧技术，本专利起弧为高真空下稳定起弧(真空度小于3×10^-3pa)，通过阴极靶材内的磁场控制能够保证弧斑循环往复运动、同时保持高稳定性和可靠性；该项专利能够避免因弧斑本身运动速度所限所造成的沉积不均匀的问题；同时现有圆柱弧技术在电流的输入端容易发生优先烧蚀，严重影响其膜层均匀性，本专利通过两端磁场的强度控制实现两端的烧蚀均匀化，进一步推动其产业化批量生产。

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附图为本发明屏蔽电极的结构示意图。

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长条高真空阴极电弧靶装置，实现其能在高真空下稳定、可靠的弧光放电，同时大幅减低起弧时因温度过高而带来的颗粒喷射和提高阴极寿命。

一种长条高真空阴极电弧靶装置，真空室用于安装长条高真空阴极电弧靶装置，包括：主支撑架111、阴极靶材107、屏蔽电极、第一屏蔽环102、永磁体106、触发电极116和旋转部件；主支撑架111上安装旋转部件；旋转部件与阴极靶材107固定连接，并进行旋转动作；真空室作为阳极，阳极与主支撑架111连接；第一屏蔽环102固定在阳极上，屏蔽阴极靶材107和真空室；屏蔽电极包裹阴极靶材107，并且阴极靶材107的内部设置有永磁体106；触发电极116安装在屏蔽电极上，并且触发电极116与触发电源电性连接。

为了进一步优化上述技术方案，旋转部件包括：电机112、主动动齿轮113、第一从动轮110和旋转轴109；第一从动轮110安装在旋转轴109上，电机112的输出轴上安装主动动齿轮113，并且主动动齿轮113和第一从动轮110相啮合；旋转轴109与阴极靶材107固定连接。

为了进一步优化上述技术方案，屏蔽电极包括第一屏蔽电极101、第二屏蔽电极105和第三屏蔽电极108；第一屏蔽电极101连接限流电阻并接地，第二屏蔽电极105和第三屏蔽电极108屏蔽第一屏蔽电极101和阳极。

为了进一步优化上述技术方案，还包括聚四氟屏蔽环114、聚合物屏蔽极115；聚四氟屏蔽环114设置在主支撑架111和聚合物屏蔽极115之间；聚合物屏蔽极115屏蔽阳极与阴极靶材107。

为了进一步优化上述技术方案，阴极靶材107末端安装有聚四氟屏蔽底座104，聚四氟屏蔽底座104上安装有第二从动齿轮103，第二从动齿轮103与阴极靶材107配合。

为了进一步优化上述技术方案，触发电极116与限流电阻连接并接地。

为了进一步优化上述技术方案，触发电源的控制下触发电极116接触阴极靶材107引弧，阴极弧斑放电。

为了进一步优化上述技术方案，阴极弧斑在永磁体106的作用下发生周期性的运动，围绕阴极靶材107外长轴方向圆周运动。

为了进一步优化上述技术方案，还包括冷却管道117；冷却管道117贯穿阴极靶材107，内部通入冷却液。

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。