专利名称：在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的装置和方法
技术领域：
本发明属于薄膜制备领域，具体地说是一种在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积金属/化合物薄膜的装置和方法。
背景技术：
对于纤维丝/条带的表面改性，已成为本行业的瓶颈问题。通常采用化学气相沉积和物理气相沉积在纤维丝/条带的表面沉积一定厚度的金属层/化合物层以及它们的复合涂层。化学气相沉积由于需要高的沉积温度和使用有毒的前驱气体，对设备要求比较严格；物理气相沉积可以在较低温条件下制备金属或化合物薄膜，包括真空热蒸发、电弧离子镀和磁控溅射等。电弧离子镀由于大颗粒的问题限制了其应用，而磁控溅射则可以沉积致密均匀的纳米薄膜。传统的磁控溅射即为平衡态磁控溅射，是在阴极靶材背后芯部磁场设置与外环磁场强度相等或相近的永磁体或电磁线圈，在祀材表面磁场会形成与电场方向相垂直的正交磁场，该磁场导致等离子体区被强烈地束缚在靶面区域，随着离开靶面距离的增大，等离子浓度迅速降低。在平衡态磁控溅射时，飞出的靶材粒子能量较低，膜基结合强度较差，低能量的沉积原子在基体表面迁移率低，易生成多孔粗糙的柱状晶结构薄膜。于是，出现了非平衡态磁场的设计，磁场强度可设计成边缘强或中部强，实现溅射靶表面磁场位形和分布的 “非平衡”。磁控溅射靶的非平衡磁场不仅可以通过改变内外磁体的大小和强度的永磁体获得，也可由两组电磁线圈产生，或采用电磁线圈与永磁体混合结构，还有在阴极和基体之间增加附加的螺线管线圈磁场，用来改变和形成阴极与基体之间的耦合磁场，并以它来控制沉积过程中等离子体在空间分布的均匀度，提高薄膜的沉积速率。非平衡态磁控溅射克服了平衡态磁控溅射的缺点，主要体现在以下两个方面一方面是溅射出来的原子和粒子沉积在基体表面形成致密均匀的薄膜，另一方面是等离子体以一定的能量轰击基体，起到离子束辅助沉积的作用，大大的改善了膜层的质量。实验结果表明单独的非平衡磁控靶在复杂基片上较难沉积出均匀的薄膜，多靶非平衡磁控溅射系统可以弥补单靶非平衡磁控溅射的不足。多靶非平衡磁控溅射系统根据磁场的分布方式可以设计为相邻磁极相反的闭合磁场非平衡磁控溅射和相邻磁极相同的镜像磁场非平衡磁控溅射。多靶闭合磁场非平衡磁控溅射系统可以获得高的沉积速率和较高质量的薄膜，因此实际应用中较多采用的是闭合磁场非平衡磁控溅射系统。沉积金属等导电薄膜，可以使用直流电源直接进行溅射沉积；如果沉积多元化合物薄膜，则需要使用反应磁控溅射技术。但是，使用直流电源在反应磁控溅射沉积介电材料或绝缘材料化合物薄膜时，容易出现迟滞现象，会导致靶中毒和打弧问题。最为有效的解决方式是改变溅射电源，即采用中频脉冲电源。脉冲磁控溅射技术和射频电源可以有效地抑制电弧产生，进而消除由此产生的薄膜缺陷，同时可以提高溅射沉积速率，降低沉积温度等一系列显著优点。一般地要获得结晶度好的薄膜，基片需要加热到一定温度，对于纤维丝/ 条带加热有一定难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积金属/化合物薄膜的装置和方法，利用四个非平衡磁控溅射靶所形成的封闭磁场系统解决了在纤维丝/ 条带表面高速均匀沉积薄膜的问题，可以在连续纤维丝/条带表面高速沉积出厚度均匀的金属/多元化合物薄膜，实现沉积过程的连续性和稳定性。为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的装置，该装置为真空装置，由两组四面矩形或正方形非平衡态磁控靶材和两个相同的带孔遮蔽板组成的真空封闭长方体或立方体连接两个张力可控的卷绕工件转架于内的真空腔体组成，其中两组四面非平衡态靶材和两个遮蔽板形成封闭的长方体或立方体空间，两组靶材由中频脉冲或直流电源驱动在封闭的长方体或立方体空间内产生高密度的等离子体，纤维丝/条带通过两个张力可控的卷绕工件转架从封闭空间的高密度等离子体中心穿过并在纤维丝/条带上高速均匀地镀膜；中频脉冲/直流磁控溅射电源的阴极与靶材相接，阳极和真空腔体接地。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的装置，整个真空系统中两个非平衡靶材A、B为一组，另两个非平衡靶材C、D为一组，两组靶材单独分别使用，或者同时使用。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的装置，每组靶材背面的磁铁磁极相反，分别形成封闭的磁场，背面的磁铁使用永磁铁或者电磁铁，中间加磁轭或不加磁轭。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的装置，该装置中真空封闭长方体或立方体为一个或一个以上。一种利用所述装置在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的方法，采用直流电源沉积金属薄膜，采用中频脉冲磁控溅射电源沉积化合物薄膜，全对称双极性方波输出方式，占空比为5 45%，可调脉冲频率范围5 80kHz ;溅射气体和反应气体由真空封闭长方体或立方体与两个张力可控的卷绕工件转架于内的真空腔体之间的连接处，进入到真空封闭的空间内产生等离子体，连续纤维丝/条带直接从高密度等离子体中穿过，等离子体均匀地环绕在纤维丝/条带的周围，整个纤维丝/条带的表面同时被均匀地沉积上纳米薄膜。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的方法，该装置使用的靶材采用纯金属靶材镍靶、钛靶、锌靶、铬靶、镁靶、铌靶、锡靶、铝靶、铁靶、锆靶、铜靶、银靶、钴靶、金靶、钇靶、铈靶或钥靶。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的方法，整个真空系统中两个非平衡靶材A、B为一组，另两个非平衡靶材C、D为一组，两组靶材A、B和C、D的材料相同或不同，相同的靶材适用于制备同质薄膜，不同的靶材适用于制备化合物薄膜。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的方法，该装置中真空封闭长方体或立方体为一个或一个以上，长方体或立方体分段使用，用于镀单层膜或同时镀一个以上的多层膜。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的方法，溅射气体为惰性气体,反应气体为氧气或氮气。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的方法，该装置工件转架的旋转速度可调，还具有正向转或反向转功能。本发明的技术原理本发明采用两组四面非平衡态磁控溅射靶材使等离子体封闭在所形成的长方体或立方体内，等离子体密度大大增加；通过控制磁场，使等离子在整个区间内均匀分布，可以实现高速和高均匀性沉积薄膜。本发明具有四个非平衡磁控溅射靶构成闭合磁场系统的特点，采用直流电源沉积金属薄膜或者采用中频脉冲电源沉积化合物薄膜，也可以采用不同的靶材实现多元化合物薄膜的制备和使用多个密封的长方体/立方体连续制备多层薄膜。本发明的优点和积极效果为I、本发明提出一种连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积金属/化合物薄膜的装置和方法，可以让两组四面矩形(正方形)靶产生的高密度等离子体局域在长方体或立方体封闭的空间内，连续纤维丝/条带直接从等离子体中穿过，等离子体均匀地环绕在纤维丝/ 条带的周围，实现在纤维丝/条带的表面上高速均匀沉积纳米薄膜。2、本发明提出的装置在连续纤维丝/条带上不仅可以实现单一种类金属薄膜的沉积，还可以实现沉积多元化合物薄膜和多层复合膜。3、本发明将纤维丝/条带均匀卷绕在工件转架上可以连续沉积均匀的薄膜。4、本发明通过调节溅射气体流量、反应气体种类、溅射时间、卷绕转架的速度等， 实现在连续纤维/条带表面沉积不同厚度的金属或化合物薄膜。5、本发明纤维丝/条带为金属纤维丝/条带、SiC纤维丝/条带、碳纤维丝/条带
坐寸o6、本发明采用控制基片区域内等离子体密度和均匀性可显著地弥补现有技术的缺陷，获得低损伤均匀纳米薄膜。
图I为本发明装置整个真空系统的示意图。图中，I第一组靶材，分别为第一组靶材A面IA和第一组靶材B面IB ;2第二组靶材，分别为第二组靶材C面IC和第二组靶材D面ID ;2两端遮蔽板，分别为2A和2B ；3张力可控的卷绕工件转架，分别为进样转架3A和出样转架3B ;4磁铁系统，分别位于每组靶材的背面，其中磁铁系统A部4A和磁铁系统B部4B对应于第一组靶材A面IA和第一组靶材 B面1B，且磁极相反；磁铁系统C部4C和磁铁系统D部4D对应于第二组靶材C面IC和第二组靶材D面1D，且磁极相反；5纤维丝/条带，5A为进样端纤维丝/条带，5B为出样端纤维丝/条带；6溅射气体进气口，分别为6A和6B ；7真空腔体，与密封的长方体或立方体相连，卷绕工件转架位于其中，分别为7A和7B ；8真空泵，分别为8A和8B，维持腔体7A、7B与封闭长方体的真空；9为磁控溅射直流/中频脉冲电源。图2为本发明装置整个真空系统的俯视示意图。图中，I第一组靶材，分别为第一组靶材A面IA和第一组靶材B面IB ;IC第二组靶材C面；2两端遮蔽板，分别为2A和2B ;3张力可控的卷绕工件转架，分别为进样转架3A和出样转架3B ；4磁铁系统，分别位于每组靶材的背面，其中磁铁系统A部4A和磁铁系统B 部4B对应于第一组靶材A面IA和第一组靶材B面1B，且磁极相反；磁铁系统C部4C和磁铁系统D部4D对应于第二组靶材C面IC和第二组靶材D面1D，且磁极相反；5纤维丝/条带，5A为进样端纤维丝/条带，5B为出样端纤维丝/条带；6溅射气体进气口，分别为6A和 6B ;7真空腔体，与密封的长方体/立方体相连，卷绕工件转架位于其中，分别为7A和7B ；8 真空泵，分别为8A和8B，维持腔体7A、7B与封闭长方体的真空。图3为本发明装置中三(多)个密封的长方体/立方体和卷绕转架真空腔体组成的整个真空系统的俯视示意图。图中，3张力可控的卷绕工件转架，分别为进样转架3A和出样转架3B；5纤维丝/ 条带，5A为进样端纤维丝/条带，5B为出样端纤维丝/条带；7真空腔体，与密封的长方体 /立方体相连，卷绕工件转架位于其中，分别为7A和7B。第一个密封的长方体/立方体中， I第一组靶材，分别为第一组靶材A面IAl，和第一组靶材B面IBl ；1C1第二组靶材C面；2 两端遮蔽板，分别为2A1和2B1 ;4磁铁系统，分别位于每组靶材的背面，其中磁铁系统A部 4A1和磁铁系统B部4B1对应于第一组靶材A面IAl和第一组靶材B面IBl，且磁极相反； 磁铁系统C部4C1和磁铁系统D部4D1对应于第二组靶材C面ICl和第二组靶材D面IDl， 且磁极相反；6溅射气体进气口，分别为6A1和6B1。第二个密封的长方体/立方体中，I第一组靶材，分别为第一组靶材A面1A2，和第一组靶材B面1B2 ; 1C2第二组靶材C面；2两端遮蔽板，分别为2A2和2B2 ；4磁铁系统，分别位于每组靶材的背面,其中磁铁系统A部4A2 和磁铁系统B部4B2对应于第一组靶材A面1A2和第一组靶材B面1B2，且磁极相反；磁铁系统C部4C2和磁铁系统D部4D2对应于第二组靶材C面1C2和第二组靶材D面1D2，且磁极相反；6溅射气体进气口，分别为6A2和6B2。第三个密封的长方体/立方体中，I第一组靶材，分别为第一组靶材A面1A3，和第一组靶材B面1B3 ;1C3第二组靶材C面；2两端遮蔽板，分别为2A3和2B3 ；4磁铁系统，分别位于每组靶材的背面，其中磁铁系统A部4A3和磁铁系统B部4B3对应于第一组靶材A面1A3和第一组靶材B面1B3，且磁极相反；磁铁系统 C部4C3和磁铁系统D部4D3对应于第二组靶材C面1C3和第二组靶材D面1D3，且磁极相反；6溅射气体进气口，分别为6A3和6B3。
具体实施例方式本发明提供一种在纤维丝/条带表面均匀沉积金属/化合薄膜的装置和方法，装置为真空装置，由两组四面矩形(或正方形)非平衡态磁控靶材和两个相同的带孔遮蔽板组成的真空封闭长方体(或立方体)连接两个张力可控的卷绕工件转架于内的真空腔体组成，其中两组四面非平衡态靶材和两个遮蔽板形成封闭的长方体(或立方体)空间，两组靶材由中频脉冲或直流电源驱动在封闭的长方体(或立方体)空间内产生高密度的等离子体，纤维丝/条带通过两个张力可控的卷绕工件转架，从封闭空间的高密度等离子体中心穿过，并在纤维丝/条带上高速均匀地镀膜。中频脉冲/直流磁控溅射电源的阴极与靶材相接，阳极和真空腔体接地。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积金属/化合物薄膜的装置和方法， 整个真空系统中非平衡靶材A、B为一组，非平衡靶材C、D为一组，可以两组靶材同时使用， 也可以单独分别使用。
所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积金属/化合物薄膜的装置和方法， 每组靶材(A、B和C、D)背面的磁铁磁极相反，分别形成封闭的磁场，背面的磁铁可以使用永磁铁或者电磁铁，中间可以加磁轭，也可以不加。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积金属/化合物薄膜的装置和方法， 该装置使用的靶材采用纯金属靶材镍靶、钛靶、锌靶、铬靶、镁靶、铌靶、锡靶、铝靶、铁靶、 锆靶、铜靶、银靶、钴靶、金靶、钇靶、铈靶或钥靶。所述的连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积金属/化合物薄膜的装置和方法，两组靶材A、B和C、D的材料可以相同，也可以不同。相同的适用于制备同质薄膜，不同的靶材适用于制备化合物薄膜。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积金属/化合物薄膜的装置和方法， 这种装置中的沉积薄膜腔体部分(真空封闭的长方体或正方体)可以为一个，镀单层膜；也可以为多个，所述长方体或正方体分段使用，同时镀多层膜。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积金属/化合物薄膜的装置和方法， 溅射气体惰性气体(如氩气等)和反应气体(如氧气或氮气)由真空封闭长方体(或立方体)与两个张力可控的卷绕工件转架于内的真空腔体之间的连接处，进入到封闭的空间内产生等离子体。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积金属/化合物薄膜的装置和方法， 工件转架的旋转速度可调，还具有正向转/反向转功能。所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积金属/化合物薄膜的装置和方法， 采用直流电源沉积金属薄膜，采用中频脉冲磁控溅射电源沉积化合物薄膜，全对称双极性方波输出方式，占空比为5 45%，可调脉频率范围5 80kHz，金属薄膜或化合物薄膜为纳米薄膜，厚度为10 500纳米。实施例I如图1-2所示，本发明装置整个真空系统主要包括第一组靶材(第一组靶材A面 IA和第一组靶材B面1B)、第二组靶材(第二组靶材C面IC和第二组靶材D面1D)、两端遮蔽板(遮蔽板2A和遮蔽板2B)、张力可控的卷绕工件转架(进样转架3A和出样转架3B)、 磁铁系统(磁铁系统A部4A、磁铁系统B部4B、磁铁系统C部4C和磁铁系统D部4D)、纤维丝/条带(进样端纤维丝/条带5A和出样端纤维丝/条带5B)、溅射气体进气口(溅射气体进气口 6A和溅射气体进气口 6B)、真空腔体(真空腔体7A和真空腔体7B)、真空泵(真空泵8A和真空泵8B)、磁控溅射直流/中频脉冲电源9等，具体结构如下第一组靶材A面1A、第一组靶材B面1B、第二组靶材C面1C、第二组靶材D面1D、 遮蔽板2A和遮蔽板2B组成真空封闭空间(长方体或立方体)，其中第一组靶材A面IA和第一组靶材B面IB相对设置，第二组靶材C面IC和第二组靶材D面ID相对设置，遮蔽板 2A和遮蔽板2B相对设置，遮蔽板2A和遮蔽板2B上的开孔分别通过管道与真空腔体7A和真空腔体7B相通，真空腔体7A和真空腔体7B分别与真空泵8A和真空泵SB连通。所述真空腔体7A与真空封闭空间相通的管道上设有溅射气体进气口 6A，所述真空腔体7B与真空封闭空间相通的管道上设有溅射气体进气口 6B。真空腔体7A和真空腔体7B分别与真空封闭空间(长方体或立方体)相连通，进样转架3A和出样转架3B分别位于真空腔体7A和真空腔体7B中，进样端纤维丝/条带5A缠绕于进样转架3A，出样端纤维丝/条带5B缠绕于出样转架3B ；磁铁系统分别位于每组靶材的背面，其中磁铁系统A部4A和磁铁系统B部4B对应于第一组靶材A面IA和第一组靶材B面1B，且磁极相反；磁铁系统C部4C和磁铁系统D 部4D对应于第二组靶材C面IC和第二组靶材D面1D，且磁极相反；中频脉冲/直流磁控溅射电源9的阴极与靶材相接，阳极和真空腔体接地。本实施例中，采用Al靶在SiC纤维丝/条带表面沉积Al2O3薄膜，溅射气体(氩气)和反应气体(氧气)由真空封闭长方体(或立方体)与两个张力可控的卷绕工件转架于内的真空腔体之间的连接处，进入到封闭的空间内产生高密度等离子体。采用中频脉冲磁控溅射电源沉积化合物薄膜，全对称双极性方波输出方式，占空比为30%，可调脉频率范围50kHz。连续纤维丝/条带直接从高密度等离子体中穿过，等离子体均匀地环绕在纤维丝/条带的周围，整个纤维丝/条带的表面同时被均匀地沉积上纳米薄膜。本发明实施例 I沉积薄膜的厚度为50纳米。实施例2如图3所示，本发明装置可以采用三(多)个密封的长方体/立方体和卷绕转架真空腔体组成的整个真空系统，三个密封的长方体/立方体与卷绕转架两两相连，进样转架3A与第一个密封的长方体/立方体左部相连，第一个密封的长方体/立方体的右部与第二个密封的长方体/立方体的左部相连，第二个密封的长方体/立方体的右部与第三个密封的长方体/立方体的左部相连，第三个密封的长方体/立方体的右部与出样转架3B相连；进样端纤维丝/条带5A缠绕于进样转架3A，出样端纤维丝/条带5B缠绕于出样转架 3B ;真空腔体Ik和7B与密封的长方体/立方体相连，卷绕工件转架位于其中。其中第一个密封的长方体/立方体中，第一组靶材A面IAl和第一组靶材B面IBl相对，第二组靶材 C面ICl和第二组靶材D面IDl相对，两端遮蔽板2A1和2B1相对；磁铁系统分别位于每组靶材的背面，其中磁铁系统A部4A1和磁铁系统B部4B1对应于第一组靶材A面IAl和第一组靶材B面IBl，且磁极相反；磁铁系统C部4C1和磁铁系统D部4D1对应于第二组靶材 C面ICl和第二组靶材D面IDl，且磁极相反；溅射气体进气口，分别为6A1和6B1。第二个密封的长方体/立方体中，第一组靶材A面1A2和第一组靶材B面1B2相对，第二组靶材C 面1C2和第二组靶材D面1D2相对，两端遮蔽板2A2和2B2相对；磁铁系统分别位于每组靶材的背面，其中磁铁系统A部4A2和磁铁系统B部4B2对应于第一组祀材A面1A2和第一组靶材B面1B2，且磁极相反；磁铁系统C部4C2和磁铁系统D部4D2对应于第二组靶材C 面1C2和第二组靶材D面1D2，且磁极相反；溅射气体进气口，分别为6A2和6B2。第三个密封的长方体/立方体中，第一组靶材A面1A3和第一组靶材B面1B3相对，第二组靶材C面 1C3和第二组靶材D面1D3相对，两端遮蔽板2A3和2B3相对；磁铁系统，分别位于每组靶材的背面，其中磁铁系统A部4A3和磁铁系统B部4B3对应于第一组祀材A面1A3和第一组靶材B面1B3，且磁极相反；磁铁系统C部4C3和磁铁系统D部4D3对应于第二组靶材C 面1C3和第二组靶材D面1D3，且磁极相反；溅射气体进气口，分别为6A3和6B3。本实施例中，三个密封的长方体/立方体分别采用钛靶、锆靶和镁靶，并分别在碳纤维丝/条带表面沉积金属钛纳米薄膜(厚度30纳米)、金属锆纳米薄膜(厚度30纳米) 和金属镁纳米薄膜(厚度40纳米)，溅射气体(氩气)由真空封闭长方体(或立方体)与两个张力可控的卷绕工件转架于内的真空腔体之间的连接处，进入到封闭的空间内产生高密度等离子体。采用直流磁控溅射电源沉积金属薄膜，连续纤维丝/条带直接从高密度等离子体中穿过，等离子体均匀地环绕在纤维丝/条带的周围，整个纤维丝/条带的表面同时被均匀地沉积上纳米薄膜。本发明实施例I沉积薄膜的厚度为100纳米。本发明两组非平衡态磁控靶由中频脉冲或直流电源驱动在封闭的长方体(或立方体)空间内产生高密度的等离子体，纤维丝/条带通过卷绕工件转架从封闭空间的高密度等离子体中心穿过，并在纤维丝/条带上均匀地沉积上纳米薄膜，反应溅射气体通过真空封闭体和卷绕装置真空腔体两端的连接处引入。本发明通过调节磁控溅射装置中真空室内的气体流量、反应气体种类、溅射沉积时间、卷绕转架的速度和使用不同的靶材等，实现在连续纤维丝/条带表面沉积不同种类和不同厚度的金属/化合物薄膜，对纤维丝/条带进行表面改性。实施例结果表明，本发明四面矩形中非平衡态磁控溅射靶由中频脉冲/直流电源驱动并在封闭的长方体(或立方体)内产生高密度等离子体，连续纤维丝/条带直接从高密度等离子体中穿过，等离子体均匀地环绕在纤维丝/条带的周围，整个纤维丝/条带的表面同时被均匀地沉积上纳米薄膜。本发明可实现在纤维丝/条带材料上的高速均匀地镀膜，拓展了磁控溅射镀膜的应用范围。
权利要求
1.一种在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的装置，其特征在于，该装置为真空装置，由两组四面矩形或正方形非平衡态磁控靶材和两个相同的带孔遮蔽板组成的真空封闭长方体或立方体连接两个张力可控的卷绕工件转架于内的真空腔体组成，其中两组四面非平衡态靶材和两个遮蔽板形成封闭的长方体或立方体空间，两组靶材由中频脉冲或直流电源驱动在封闭的长方体或立方体空间内产生的等离子体，纤维丝/条带通过两个张力可控的卷绕工件转架从封闭空间的等离子体中心穿过并在纤维丝/条带上高速均匀地镀膜；中频脉冲/直流磁控溅射电源的阴极与靶材相接，阳极和真空腔体接地。
2.按照权利要求I所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的装置，其特征在于，整个真空系统中两个非平衡靶材A、B为一组，另两个非平衡靶材C、D为一组，两组靶材单独分别使用，或者同时使用。
3.按照权利要求I所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的装置，其特征在于，每组靶材背面的磁铁磁极相反，分别形成封闭的磁场，背面的磁铁使用永磁铁或者电磁铁，中间加磁轭或不加磁轭。
4.按照权利要求I所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的装置，其特征在于，该装置中真空封闭长方体或立方体为一个或一个以上。
5.一种利用权利要求I所述装置在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的方法， 其特征在于，采用直流电源沉积金属薄膜，采用中频脉冲磁控溅射电源沉积化合物薄膜，全对称双极性方波输出方式，占空比为5 45%，可调脉冲频率范围5 80kHz ;溅射气体和反应气体由真空封闭长方体或立方体与两个张力可控的卷绕工件转架于内的真空腔体之间的连接处，进入到真空封闭的空间内产生等离子体，连续纤维丝/条带直接从等离子体中穿过，等离子体均匀地环绕在纤维丝/条带的周围，整个纤维丝/条带的表面同时被均匀地沉积上纳米薄膜。
6.按照权利要求5所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的方法，其特征在于，该装置使用的靶材采用纯金属靶材镍靶、钛靶、锌靶、铬靶、镁靶、铌靶、锡靶、铝靶、 铁靶、锆靶、铜靶、银靶、钴靶、金靶、钇靶、铈靶或钥靶。
7.按照权利要求5所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的方法，其特征在于，整个真空系统中两个非平衡靶材A、B为一组，另两个非平衡靶材C、D为一组，两组靶材A、B和C、D的材料相同或不同，相同的靶材适用于制备同质薄膜，不同的靶材适用于制备化合物薄膜。
8.按照权利要求5所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的方法，其特征在于，该装置中真空封闭长方体或立方体为一个或一个以上，长方体或立方体分段使用，用于镀单层膜或同时镀一个以上的多层膜。
9.按照权利要求5所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的方法，其特征在于，溅射气体为惰性气体，反应气体为氧气或氮气。
10.按照权利要求5所述的在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的方法，其特征在于，该装置工件转架的旋转速度可调，还具有正向转或反向转功能。
全文摘要
本发明属于薄膜制备领域，具体地说是一种在连续纤维丝/条带表面高速均匀沉积金属/化合物薄膜的装置和方法，解决了在纤维丝/条带表面高速均匀沉积薄膜的问题。该装置由两组四面矩形或正方形非平衡态磁控靶材和两个相同的带孔遮蔽板组成的真空封闭长方体或立方体连接两个张力可控的卷绕工件转架于内的真空腔体组成。非平衡态磁控溅射靶由中频脉冲/直流电源驱动，并在封闭的长方体或立方体内产生高密度等离子体，连续纤维丝/条带直接从高密度等离子体中穿过，等离子体均匀地环绕在纤维丝/条带的周围，整个纤维丝/条带的表面同时被均匀地沉积上纳米薄膜。本发明可实现在纤维丝/条带材料上的高速均匀地镀膜，拓展了磁控溅射镀膜的应用范围。
文档编号C23C14/35GK102534535SQ201210050759
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者孙超, 宫骏, 肖金泉, 雷浩 申请人:中国科学院金属研究所