专利名称：一种二极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及薄膜与涂层制备技术领域，具体地说是ー种ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置。
背景技术：
电弧离子镀膜技术是当今一种先进的离子镀膜技术，由于其结构简单，离化率高，入射粒子能量高，绕射性好，可实现低温沉积等一系列优点，使电弧离子镀技术得到快速发展并获得广泛应用，展示出很大的经济效益和エ业应用前景，特别是在装饰镀和エ模具镀市场领域到处可以看到电弧离子镀的踪影。但是大颗粒的喷射造成了薄膜表面污染，导致表面的粗糙度增大而降低薄膜的光泽，对装饰及抗磨应用带来不利影响，严重影响薄膜的质量，导致镀层附着力降低并出现剥落现象，镀层严重不均匀等。电弧离子镀高离化率，低温沉积的突出优点使其在エ模具镀上展现出其他镀膜方式所不具备的优势，但是电弧放电的特点使得大颗粒的存在成为エ模具镀的阻碍，也成为阻碍电弧离子镀技术更深入广泛应用的瓶颈问题。目前，应用比较多而且效果比较好的措施是磁过滤，磁过滤技术的采用，虽然有效地消除了大颗粒的污染，但由于等离子体在传输过程的损失，沉积速率也大幅度降低，目前等离子体的传输效率最高也仅有25%，导致了原材料的浪费和生产效率降低，电弧离子镀的优点就是沉积速率快，这也是该技术在エ业领域广泛应用的原因之一，不能为了減少部分大颗粒而来损失这个突出的优点，这也是磁过滤技术不能エ业化的重要原因。因此，必须突破性的想办法从源头解决电弧离子镀大颗粒的问题。电弧自持放电的必要条件是有持续大量的有效电子发射，从电子发射机理分析，大量电子发射发生的必要条件是有大量的电子能够越过金属表面势垒与费米能级之间的势垒高度(逸出功)，这种情况发生在两种状态下，ー是热阴极电子发散，即金属表面有大量的高能态电子(大于逸出功)存在，高能态电子的数量随着金属的温度升高而增加，亦即热电子发散的效应越明显；另外一种是降低表面势垒即降低电子的逸出功，即提高阴极表面的外加电场强度，表面势垒高度的降低值随着外加电场强度的升高而増大。而阴极附近空间的正电荷密度决定了阴极处的电场强度，正离子电荷密度的増加促进了电场强度的増加，在冷阴极情况下，为了形成有效的电子发散，维持弧光放电，电流的集中放电是最有效的途径。集中放电一方面可以将阴极局部加热到闻温状态，提闻闻能态电子的数量，另一方面可以在局部形成闻密度的正电荷銷层，提闻局部的电场强度，降低功函数，促进电子的大量发射。而一般电弧离子镀所用的弧源是冷阴极弧源，这种弧源中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。在阴极弧斑放电中，只有那些温度最高(离子轰击和电阻热效应)，电场最強，或者逸出功最低的微小区才能发射大量的电子，只有最有效的大量的电子发射才能維持弧斑的存在。因此观察到的弧斑的运动实际上是弧斑最有效位置的移动，更确切的说是正电荷密度最大值的位置的移动引起新弧斑的形成、旧弧斑的熄灭造成了弧斑的运动。而正是由于电弧离子镀阴极斑点的尺寸很小，功率密度非常高，所以阴极斑点在作为强烈的电子，金属原子、离子和高速金属蒸汽发射源的同时，也不断的喷射金属大颗粒。而这种现象在大面积的热阴极弧光放电条件下一般是不存在的(功率密度低，没达到熔化状态)，只有在局部的高功率密度的放电情况下，由于形成了较大的熔池，在局部压カ和离子轰击作用下，才造成了大颗粒的喷射。从电弧离子镀液滴的产生机制可知，欲減少大颗粒的发射，就应当避免靶材局部过热产生较大较深的弧斑熔池和局部的离子轰击。因此，必须采用一定的方式控制弧斑的运动以及改善弧斑的放电形式，提高弧斑的运动速度，缩短弧斑在一点的停留时间，降低局部的功率密度和高密度离子轰击。国际上比较流行的受控电弧离子镀膜，从原理上说，就是在弧源上加入ー适当的磁场，来控制和提高阴极弧斑在阴极表面的运动速度。同时，可以理解为将功率密度从局部点状态改变为线状态(同一时间段)，降低了局部的功率密度和高密度离子轰击，从而一定程度地減少液滴量、减小液滴尺寸、提高膜层寿命，并使ー些普通真空电弧离子镀膜(又叫自由电弧离子镀膜，弧斑在阴极表面自由地运动)不能实现或很难实现的蒸镀成为现实。受控电弧离子镀膜是真空电弧离子镀膜的进ー步发展，也是真空电弧离子镀膜技术发展的必然方向。虽然受控电弧离子镀可以实现对弧斑的有效控制，限制弧斑的运动轨迹，部分的减少电弧大颗粒，但是并没有有效的改善弧斑的放电形式，弧源依然是具有阴极辉点的冷阴极电弧源，是ー种分立的电弧源，这种电弧源是产生大颗粒的根本原因。同时，这种技术使得弧斑被限制在一定的位置处，长时间刻蚀会在靶面形成刻蚀轨道，浪费靶材，而且远没有达到制备精细功能薄膜的要求。目前，国际还有一些动态磁场控制弧斑运动的弧源设计，如Ramalingam在专利W08503954和US4，673，477中提出了一种在靶材后旋转永磁体的弧源，以及动态改变包括国内最近刚出现的第四代弧源技术，主要原理都是动态地变换磁场在靶面的局域性分布，从而改变祀面磁场横向分量最大值的分布，动态的扩大磁场横向分量的面积以达到扩大弧斑的刻蚀区域，提高靶材的利用率。目前动态方法主要分电磁式和机械式，主要原理都是动态地变换磁场在祀面的局域性分布，从而改变祀面磁场横向分量最大值的分布，动态的扩大磁场横向分量的面积以达到扩大弧斑的刻蚀区域，提高靶材的利用率。其中，机械式是通过移动磁体和移动靶材两种方法，其中移动模式又分为旋转和往复移动两种方式。动态的磁场可以基本实现弧斑在结构简单的大面积靶材上的均匀刻蚀，但是这种方法往往需要增加一套复杂的电磁或者机械控制机构。通过磁场横向分量位置的改变来扩大弧斑在靶面上分布的面积，只是为了提高部分靶材利用率，实现大面积均匀镀膜而设计，没有从根本上改善电弧的放电方式，弧斑还是随着磁场位置的变化而局域性的移动，依然是电流集中的弧斑放电，大颗粒的问题依然存在。而且磁场的大小在不断的变化，弧斑的运动速度不稳定，也在不断的波动，不能对大颗粒进行有效的控制，不利于均匀性镀膜。所有这些弧源都是具有阴极辉点的冷阴极电弧源，是ー种分立的电弧源，这种电弧源是产生大颗粒的根本原因，不能有效地改善弧斑的放电形式，而且远没有达到制备精细功能薄膜的要求。中国发明专利(专利号:ZL200810010762.4)提出了ー种利用旋转磁场控制弧斑运动的电弧离子镀装置，置于真空室外的旋转磁场发生装置套在围绕于靶材之外的法兰套或者炉体管道上，通过旋转磁场控制弧斑的运动。该专利突破了传统的静态或准静态的磁场设计以及机械式的动态磁场设计思路，提供一种可调速调幅的旋转磁场控制弧斑运动的电弧离子镀装置，用以改善弧斑的放电形式和工作稳定性，控制弧斑的运动轨迹，提高靶材刻蚀均匀性和靶材利用率，减少靶材大颗粒的发射。但是该专利的电弧离子镀装置没有针对具体尺寸的靶材进行设计，对合适的磁场形式没有进行表明，研究发现并非任何旋转磁场形式都能对弧斑进行有效的控制；该发明依然靠动态旋转磁场控制弧斑运动，没有给出实现准扩散弧源的核心要点；该发明没有对具体的弧源结构进行创新设计，旋转磁场发生装置整个套在围绕于靶材之外的法兰套上，磁场漏磁严重，结构体积庞大，不紧凑，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。因此，本实用新型进ー步创新，对传统弧源结构进行改进，针对直径60_150mm的圆形靶材，进行了结构设计，提出了一种ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置的设计方案。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种利于整机设计的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，用以改善弧斑的放电形式和工作稳定性，提高靶材刻蚀均匀性和靶材利用率，减少靶材大颗粒的发射，提高等离子体的传输效率。本实用新型的技术原理是:本实用新型通过覆盖整个靶面的频率和強度可调的ニ极旋转径向磁场控制弧斑的运动，径向磁场使弧斑逆安培法则沿垂直径向磁场方向倒退直线运动，传统的可控弧源设计都是降径向磁场限制在一定的范围内，通过锐角法则限制弧斑在一定的径向磁场范围内倒退直线运动，而在靶面一定范围内沿径向磁场方向随机运动，弧斑在径向磁场环内快速旋转运动，该运动提高了弧斑的运动速度，降低了弧斑在一点的停留时间，将点随机运动变为线分布，降低了弧斑的功率密度，減少了大颗粒的发射，但长时间的刻蚀容易形成刻蚀坑。而通过覆盖整个靶面的ニ极径向磁场，则弧斑沿垂直径向磁场方向倒退直线运动，沿径向磁场方向随机运动，由于该径向磁场没有限制在一定的范围内，而是覆盖整个靶面，因此弧斑沿径向磁场方向的随机运动也是沿整个靶面的。同时，ニ极径向磁场的高频旋转，将使得弧斑也叠加了旋转运动，因此弧斑在一定磁场强度和一定旋转频率综合作用下，将使得弧斑在整个靶面分布，大大降低弧斑的功率密度。而旋转的径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，进ー步加强了离子对靶面的轰击效果，但是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。但是，径向磁场有约束等离子体的效应，因此进一歩通过靶材前段的轴向聚焦导引磁场，将净化的高密度等离子体抽出，提高其传输效率。基于上述技术原理，本实用新型技术方案是:一种ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，所述ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置设有ニ极径向旋转磁场发生装置、聚焦导引磁场发生装置、靶材、靶材底座、靶材底座屏蔽罩、法兰套、法兰套屏蔽罩、靶材底盘、永久磁体装置、弓丨弧装置；靶材、靶材底座、靶材底座屏蔽罩、靶材底盘和永久磁体装置形成弧源头；法兰套、法兰套绝缘套、ニ极径向旋转磁场发生装置、轴向聚焦导引磁场发生装置、同轴聚焦磁场磁轭和法兰套屏蔽罩形成控制磁场组；弧源头通过靶材底盘与法兰套底部进行连接，形成整体弧源结构，通过法兰套前部的法兰盘与炉体进行连接；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ニ极旋转横向磁场发生装置、轴向聚焦导引磁场发生装置、同轴聚焦磁场磁轭；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ロ、法兰套进水ロ，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；靶材通过连接螺纹安装于靶材底座上，ニ极径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，与法兰套之间通过绝缘套保护；ニ极径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ニ极径向旋转磁场发生装置前端，底部安装同轴聚焦磁场磁轭，ニ极径向旋转磁场发生装置内侧开有槽隙；法兰套外围设置法兰套屏蔽罩，通过法兰套屏蔽罩对内部的磁场发生装置进行保护；靶材底座底盘嵌套在靶材底座外，通过绝缘套进行密封保护，永久磁体装置安装在靶材底座内部空心位置，与靶材底座底部通过螺纹连接，靶材底座外围设置靶材底座屏蔽罩，通过靶材底座屏蔽罩对内部进行保护；靶材底座中设有靶材底座冷却水通道，靶材底座冷却水通道分别与靶材底座进水ロ、靶材底座出水ロ相通；靶材底座底盘靠近靶材底座位置开ー引弧装置安装孔，引弧装置设置于引弧装置安装孔中，引弧装置的一端与靶材相对应；靶材底座底盘周边开有靶材底座底盘连接孔,靶材底座底盘通过靶材底座底盘连接孔与法兰套连接。所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，ニ极径向旋转磁场发生装置，由多磁极铁芯骨架及漆包线绕组组成，铁芯由厚0.35-0.5mm的环形硅钢片叠压而成，铁芯内圆开有嵌放绕组线圈的槽，槽形有开ロ、半开ロ或半闭ロ形式，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，通过绝缘套围套在法兰套上；硅钢片的表面涂有耐高压绝缘漆，铁芯材料采用冷轧或热轧硅钢或者采用非晶导磁材料。所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，ニ极径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，按ニ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；对于36槽以上磁极铁芯的绕组采用倍极比正規分布、A /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A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，产生ニ极径向磁场；ニ极径向旋转磁场发生装置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，电流频率和电压单独调节，电压范围为0-380V，频率范围为10-500HZ，通过电压调节ニ极径向旋转磁场的强度，通过电流频率调节ニ极径向旋转磁场的旋转速度。所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，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，聚焦导引磁场线圈通过法兰套绝缘套与法兰套绝缘保护，放置于ニ极径向旋转磁场发生装置前段，其底部连接ー个环形铁芯磁轭；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。所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，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；ニ极径向旋转磁场发生装置、法兰套与靶材三者之间同轴，ニ极径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ー环形法兰盘，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、出水ロ，另外6个作为弧源头连接孔。所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，靶材底座为不导磁的双层不锈钢内筒和外筒同轴围套组成中空的筒形结构，内筒上部为封闭圆盘，内筒的内侧为永久磁体装置的安装位置；外筒上部为台阶形封闭圆盘，台阶高度与靶材连接螺纹高度一致，台阶外环有连接螺纹，靶材通过台阶螺纹连接在靶材底座上；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，外筒壁上有靶材底座密封圈槽，通过绝缘套与靶材底盘装配；外筒与内筒中间形成靶材底座冷却水通道，内筒上部与外筒上部留有空隙；靶材底座底部连接不锈钢法兰环，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，作为进出水ロ ；法兰环底部焊接一端子，作为阴极电源接头。所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，靶材底座屏蔽罩为ー涂有绝缘漆的不锈钢圆筒，圆筒上端焊接ー环形法兰盘，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圆盘，圆盘中间开有一螺纹孔，永久磁体装置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。所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，靶材底座底盘周边开有8个连接孔，与法兰环底部8个螺纹孔对应，通过其中6个连接孔将弧源头与控制磁场组中的法兰套底部连接；另外两个连接孔与法兰套进水ロ、法兰套出水ロ对应，靶材底座底盘靠近靶材底座位置开ー引弧装置安装孔。所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，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磁导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。所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，引弧装置采用气动机械引弧或者高频引弧装置，通过靶材底座底盘上的引弧装置安装孔安装。本实用新型的有益效果是:1、本实用新型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，提高离子密度和离化率，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。同时进一歩通过靶材前段的轴向聚焦导引磁场，将净化的高密度等离子体抽出，提高其传输效率。2、本实用新型突破传统的冷阴极离子镀装置磁场设计思路，对传统弧源结构进行改进，针对直径60-150mm的圆形靶材，提供一种ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，用以改善弧斑的放电形式和工作稳定性，提高靶材刻蚀均匀性和靶材利用率，减少靶材大颗粒的发射，提高等离子体的传输效率，利于整机设计，促进工具镀膜和装饰镀膜的发展。
图1是ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置整体结构ニ维示意图。图2为不带法兰套屏蔽罩的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置整体内部结构三维示意图。图3是ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置ニ极径向旋转磁场发生装置与弧源及法兰之间的位置结构俯视图。图4(a)-图4(b)是ニ极径向旋转磁场发生装置结构与截面磁场分布示意图。其中，图4(a)是磁场发生装置三维结构及排线分布示意图；图4(13)是ニ极径向旋转磁场截面瞬态磁场分布示意图。图5是实施例1 ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置的弧源头三维立体剖面图。图6是实施例1不带法兰套屏蔽罩的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置整体内部结构三维立体剖面图。图7是实施例1 ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置的弧源头三维立体效果图。图8 (a)-图8 (b)是实施例1 ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置头靶材底座与靶材的三维结构图。其中，图8(a)是剖面内部结构；图8(13)是外形结构。图9 (a)-图9 (C)是实施例2 ニ极旋转径向磁场与靶材后端的永久磁铁的轴向磁场耦合的磁场瞬态分布示意图。其中，图9(a)是没有靶材后端轴向磁场耦合的ニ极旋转径向磁场在祀材截面上的瞬态分布图；图9(13)是I禹合了祀材后端轴向磁场的指向祀材一端的ニ极旋转径向磁场在靶材截面上的瞬态分布图；图9(0)是耦合了靶材后端轴向磁场的与图9(b)径向磁场方向相反的ニ极旋转径向磁场在靶材截面上的瞬态分布图。图10(a)-图10(d)是实施例3 ニ极旋转径向磁场与轴向聚焦引导磁场耦合的磁场瞬态分布示意图。其中，图10(a)是无聚焦导引磁轭时，在一定轴向聚焦导引磁场强度下，指向祀材一端的ニ极旋转径向磁场在祀材截面及I禹合磁场在传输空间的瞬态分布图；图10(b)是无聚焦导引磁轭时,在一定轴向聚焦导引磁场强度下,与图10(a)径向磁场方向相反的ニ极旋转径向磁场在靶材截面及耦合磁场在传输空间的瞬态分布图；图10(c)是有聚焦导引磁轭时，在一定轴向聚焦导引磁场强度下，指向祀材一端的ニ极旋转径向磁场在靶材截面及耦合磁场在传输空间的瞬态分布图；图10(d)是有聚焦导引磁轭时，在一定轴向聚焦导引磁场强度下，与图10(c)径向磁场方向相反的ニ极旋转径向磁场在靶材截面及率禹合磁场在传输空间的瞬态分布图；图11是实施例4配置了 12套ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置的离子镀膜机整机效果图。图12 (a)-图12 (b)是实施例4 ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置的内部效果图。其中，图12(a)是立体图ー(带有ニ极径向旋转磁场发生装置12和轴向聚焦导引磁场发生装置13);图12(b)是立体图ニ。图13(a)-图13(b)是实施例4 ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置的外部效果图。其中，图13(a)是立体图ー；图13(b)是立体图ニ。图中，I靶材；2连接螺纹；3靶材底座绝缘套；4靶材底座底盘；5靶材底座；6靶材底座屏蔽罩；7靶材底座冷却水通道；8法兰套绝缘套；9法兰盘；10法兰套冷却水通道；11法兰套屏蔽罩；12 ニ极径向旋转磁场发生装置；13轴向聚焦导引磁场发生装置；14聚焦磁场磁轭；15引弧装置；16法兰套进水口 ；17法兰套出水ロ ；18靶材底座出水ロ ；19靶材底座进水口 ；20永久磁体装置；21法兰连接孔；22靶材底座底盘连接孔；23聚焦磁力线；24引弧装置安装孔；25电源接头；26永久磁体装置安装孔；27旋转磁场发生装置槽隙；28靶材底座密封圈槽；29法兰套；30内筒；31外筒。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本实用新型作进ー步详细说明。实施例1:本实用新型突破传统的冷阴极离子镀装置磁场设计思路，对传统弧源结构进行改进，针对直径60-150mm的圆形靶材，提供一种ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置。图1是ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置整体结构ニ维示意图，图2为不带法兰套屏蔽罩的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置整体内部结构三维示意图。从图可以看出，ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置由弧源头与控制磁场组组成，弧源头包括靶材1、靶材底座5、靶材底座屏蔽罩6、靶材底盘4、引弧装置15和永久磁体装置20，控制磁场组包括法兰套29、法兰套绝缘套8、ニ极径向旋转磁场发生装置12、轴向聚焦导引磁场发生装置13、同轴聚焦磁场磁轭14和法兰套屏蔽罩11，弧源头通过靶材底盘4与法兰套29底部进行连接，形成整体弧源结构，通过法兰套29前部的法兰盘9与炉体进行连接，控制磁场组中的聚焦导引磁场发生装置产生聚焦磁力线23。法兰套29的外侧设有法兰套绝缘套8，法兰套绝缘套8的外侧设有ニ极旋转横向磁场发生装置12、轴向聚焦导引磁场发生装置13、同轴聚焦磁场磁轭14，法兰套29中设有法兰套冷却水通道10，法兰套29底部开有与法兰套冷却水通道10相通的法兰套出水ロ17、法兰套进水口 16，法兰套冷却水通道10的一端设置环形法兰盘9，法兰盘9边缘开有法兰连接孔21。靶材I通过连接螺纹2安装于靶材底座5上，ニ极径向旋转磁场发生装置12、轴向聚焦导引磁场发生装置13围套在法兰套29タト，与靶材I同轴放置，与法兰套29之间通过法兰套绝缘套8保护；ニ极径向旋转磁场发生装置12放置于靶材I周围，其中心略高于靶材I表面，位置可移动；轴向聚焦导引磁场发生装置13放置于ニ极径向旋转磁场发生装置12前端，底部安装同轴聚焦磁场磁轭14，ニ极径向旋转磁场发生装置12内侧开有旋转磁场发生装置槽隙27 ;法兰套29外围设置法兰套屏蔽罩11，通过法兰套屏蔽罩11对内部的磁场发生装置进行保护。靶材底座底盘4嵌套在靶材底座5タト，通过靶材底座绝缘套3进行密封保护，永久磁体装置20安装在靶材底座5内部空心位置，与靶材底座5底部通过永久磁体装置安装孔26螺纹连接，靶材底座5外围设置靶材底座屏蔽罩6，通过靶材底座屏蔽罩
6对内部进行保护。靶材底座5中设有靶材底座冷却水通道7，靶材底座冷却水通道7分别与靶材底座进水口 19、靶材底座出水ロ 18相通。靶材底座底盘4靠近靶材底座5位置开ー引弧装置安装孔24，引弧装置15设置于引弧装置安装孔24中，引弧装置15的一端与靶材I相对应。靶材底座底盘4周边开有靶材底座底盘连接孔22，靶材底座底盘4通过靶材底座底盘连接孔22与法兰套29连接。图3是ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置ニ极径向旋转磁场发生装置与弧源及法兰套之间的位置结构俯视图。本实用新型实施例1的ニ极径向旋转磁场发生装置12由多磁极(12n，n为整数，n ^ 2)铁芯骨架及漆包线绕组组成，ニ极径向旋转磁场发生装置12内侧开有槽隙27，引弧装置15的一端与靶材I相对应。铁芯由导磁率(2000 6000H/m)很高的，厚00.5mm的环形硅钢片叠压而成，铁芯内圆开有嵌放绕组线圈的槽，槽形为半闭ロ形式，槽数为36，铁芯内径为182mm，略大于法兰套29外径，铁芯外径根据标准选择，通过绝缘套围套在法兰套29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。ニ极径向旋转磁场发生装置12的漆包线绕组线圈采用高強度聚氨酯漆包铜线(QZY-2)绕制，采用倍极比正規分布、A/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A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，产生ニ极径向磁场。图4(a)是磁场发生装置三维结构及排 线分布示意图，图4(b)是ニ极径向旋转磁场截面瞬态磁场分布示意图，可以看出在ニ极径向磁场发生装置12中间的截面上磁场是完全覆盖整个靶面的ニ极径向磁场，该磁场的強度均匀，频率和強度可调。ニ极径向旋转磁场发生装置12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，通过电压调节ニ极径向旋转磁场的强度，通过电流频率调节ニ极径向旋转磁场的旋转速度；变频电源以微处理器为核心，以PWM (脉冲宽度调制)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。通过覆盖整个靶面的频率和強度可调的ニ极旋转径向磁场控制弧斑的运动，覆盖整个靶面的径向磁场使弧斑逆安培法则沿垂直径向磁场方向倒退直线运动，而沿径向磁场方向则随机运动，由于该径向磁场没有限制在靶面的一定范围内，而是覆盖整个靶面，因此弧斑沿径向磁场方向的随机运动也是沿整个靶面的。同时，ニ极径向磁场的高频旋转，将使得弧斑也叠加了旋转运动，因此弧斑在一定磁场强度和一定旋转频率综合作用下，将使得弧斑在整个靶面分布，大大降低弧斑的功率密度。而旋转的径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，进ー步加强了离子对靶面的轰击效果，但是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。但是，径向磁场有约束等离子体的效应，为了进ー步提高等离子体的传输效率，通过靶材前段的轴向聚焦导引磁场，将净化的高密度等离子体抽出。轴向聚焦导引磁场发生装置13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，聚焦导引磁场线圈通过法兰套绝缘套8与法兰套29绝缘保护，放置于ニ极径向旋转磁场发生装置12前段，其底部可连接ー个环形高磁导率(2000 6000H/m)的铁芯同轴聚焦磁场磁轭14，避免轴向聚焦磁场对旋转径向磁场的影响，轴向聚焦导引磁场发生装置13中的线圈通直流电，通过电流大小调节聚焦导引磁场强度。图6是实施例1不带法兰套屏蔽罩的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置整体内部结构三维立体剖面图。法兰套29由不导磁的不锈钢制作，法兰套29为空心结构，通冷却水保护；ニ极径向旋转磁场发生装置12、法兰套29与靶材I三者之间同轴，ニ极径向旋转磁场发生装置12在法兰套29上的位置可调。法兰套29截面单边形状为L形，中间法兰套冷却水通道10由双层不锈钢筒同轴围套组成，法兰套冷却水通道10上部焊接ー环形法兰盘9，法兰盘9内径与法兰套29内径平齐，法兰盘9外径与炉体法兰外径平齐，法兰盘9边缘开有6-8个法兰连接孔21，通过法兰连接孔21将法兰套29整体与炉体连接；法兰套冷却水通道10下部连接ー较厚的不锈钢法兰环，法兰环内外径与法兰套29 —致，法兰环底部开有8个螺纹孔，其中对称两个螺纹为通孔，作为进出水ロ，另外6个作为弧源头连接孔。靶材底座底盘4周边开有8个靶材底座底盘连接孔22，与法兰环底部8个螺纹孔对应，通过其中6个连接孔将弧源头与控制磁场组中的法兰套29底部连接；另外两个连接孔与法兰套进水口 16、法兰套出水ロ 17对应。靶材底座底盘4靠近靶材底座5位置开ー引弧装置安装孔24。图5是实施例1 ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置的弧源头三维立体剖面图，图8 (a) - (b)是实施例1 ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置头靶材底座与靶材的三维结构图，可以看出，靶材底座5为不导磁的双层不锈钢圆筒(内筒30、外筒31)同轴围套组成中空的筒形结构，内筒30上部为封闭圆盘，内筒30的内侧空间为永久磁体装置20的安装位置，外筒31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，台阶外环有连接螺纹2，靶材通过台阶螺纹连接在靶材底座5上。台阶上部圆盘外径与靶材I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31外径与靶材外径一致，外筒31壁上有靶材底座密封圈槽28，通过绝缘套与靶材底盘装配；外筒31与内筒30中间形成靶材底座冷却水通道7，内筒30上部与外筒31上部留有一定的空隙，保证水流畅通。靶材底座5底部连接ー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，作为靶材底座进水ロ 19、靶材底座出水ロ 18 ;法兰环底部焊接一端子，作为阴极电源接头25。图7是实施例1 ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置的弧源头三维立体效果图，可以看出，靶材底座屏蔽罩6为ー涂有绝缘漆的不锈钢圆筒，圆筒上端焊接ー环形法兰盘，通过该法兰盘将靶材底座屏蔽罩6安装在靶材底盘4上；靶材底座屏蔽罩6圆筒底部与靶材底座5的靶材底座进水口 19、靶材底座出水ロ 18以及电源接头对应位置开有三个孔，靶材底座屏蔽罩6圆筒底部中间有ー较厚圆盘,圆盘中间开有一螺纹孔:永久磁体装置安装孔26,永久磁体装置20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20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20放置于靶材I后端靶材底座5中间空隙内，避免冷却水退磁影响。引弧装置15采用气动机械引弧或者高频引弧装置，通过靶材底座底盘4上的引弧装置安装孔24安装。本实施例1结构紧凑，等离子体传输效率高，可基本实现准扩散弧状态，大大改善弧斑的放电形式和工作稳定性，提高靶材刻蚀均匀性和靶材利用率，减少靶材大颗粒的发射，提高等离子体的传输效率，同时利于整机设计，适合推广，促进工具镀膜和装饰镀膜的发展。实施例2:本实用新型提供了多种磁场耦合的实施方案，实施例2是传统靶材后端永久磁体装置产生的轴向磁场与ニ极径向旋转磁场耦合的实施方案，ニ极径向旋转磁场前段的轴向聚焦导引磁场不參与耦合。图9(a)-图9(c)是实施例2 ニ极旋转径向磁场与靶材后端的永久磁铁的轴向磁场耦合的磁场瞬态分布示意图，图9(a)是没有靶材后端轴向磁场耦合的ニ极旋转径向磁场在靶材截面上的瞬态分布图，可以看出，在其他磁场不起作用的时候，靶材表面的ニ极径向磁场完全平行于靶面，与靶材边缘形成指向靶材内部的鋭角。该ニ极径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，減少大颗粒的发射。但是如果控制不当，弧斑运动速度过快，而磁场強度和旋转速度不匹配，则弧斑很容易跑到靶材外面灭弧，放电非常不稳定。为了提高放电稳定性，本实施例2采用了传统的约束弧斑运动的靶材后端轴向磁场进行磁场耦合。图9(b)是耦合了靶材后端轴向磁场的指向靶材一端的ニ极旋转径向磁场在靶材截面上的瞬态分布图。图9(c)是耦合了靶材后端轴向磁场的与图9 (b)径向磁场方向相反的ニ极旋转径向磁场在靶材截面上的瞬态分布图。可以看出，在一定的轴向磁场强度下，ニ极径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径向磁场，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ー个朝向的鋭角，而不是像拱形磁场那种两个鋭角方向的情況，即靶面形成了旋转的ニ极尖角磁场。尖角磁场的平行分量依然是径向分量，使得弧斑沿垂直于径向分量方向直线倒退运动，而同时，在鋭角法则作用下，弧斑在直线倒走的同时，叠加了沿径向分量指引方向的运动趋势，及弧斑在沿径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，ニ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、一定的旋转ニ极径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，实现准扩散弧状态，大大降低颗粒的发射，同时耦合的磁场提高了放电稳定性。本实施例2在传统的轴向控制磁场基础上，叠加了ニ极径向旋转磁场，形成的耦合磁场可以在实现准扩散弧状态的同时提高放电稳定性。实施例3:虽然在一定的旋转ニ极径向磁场强度和一定旋转频率综合耦合作用下，可以实现准扩散弧状态，但是径向磁场有约束等离子体的效应，为了进ー步提高等离子体的传输效率，实施例3提供了通过靶材前段的轴向聚焦导引磁场，将净化的高密度等离子体抽出的方案。实施例3是没有传统祀材后端永久磁体装置产生的轴向磁场參与,ニ极径向旋转磁场与前端轴向聚焦导引磁场耦合的实施方案。该方案有两种情况，一种是无聚焦导引磁轭的情况，一种是有聚焦导引磁轭的情況。图10(a)是无聚焦导引磁轭时，在一定轴向聚焦导引磁场强度下，指向靶材一端的ニ极旋转径向磁场在靶材截面及耦合磁场在传输空间的瞬态分布图；图10(b)是无聚焦导引磁轭时，在一定轴向聚焦导引磁场强度下，与图10(a)径向磁场方向相反的ニ极旋转径向磁场在祀材截面及I禹合磁场在传输空间的瞬态分布图；其中图10(c)是有聚焦导引磁轭时，在一定轴向聚焦导引磁场强度下，指向靶材一端的ニ极旋转径向磁场在靶材截面及耦合磁场在传输空间的瞬态分布图；图10(d)是有聚焦导引磁轭时，在一定轴向聚焦导引磁场强度下，与图10(c)径向磁场方向相反的ニ极旋转径向磁场在靶材截面及耦合磁场在传输空间的瞬态分布图；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エ艺，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參与，改变了ニ极径向磁场的状态，即形成类似实施例2的与靶面形成一定鋭角的尖角磁场，在没有聚焦导引磁轭的时候，轴向聚焦导引磁场可以很大程度影响ニ极径向磁场，对于比较大的靶材，甚至形成两个尖角，使得弧斑鋭角漂移运动的轨迹缩短，容易灭弧。而在有聚焦导引磁轭的时候，轴向聚焦导引磁场大部分被磁轭约束，对祀面ニ极径向磁场的影响较小，基本上形成鋭角幅度不大的变形，而且只形成ー个方向的鋭角，类似实施例2的情況。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。因此，本方案实施例提供了ー个传输高效的，稳定放电的，准扩散弧状态的弧源方案。实施例4:对于エ业镀膜生产，产品的稳定性、大面积均匀性、高效性都是必须考虑的。而单独的弧源前段的等离子体分布都是不均匀的，为了提高等离子体均匀性和覆盖率，整机设计对弧源的安排都是有一定规律，一般要形成交叉分布的。如果等离子体窗ロ直径太小，或者交叉区域不明显，很难实现エ业化均匀镀膜生产，产品合格率和均匀性大大降低。这也是磁过滤不能产业化生产的原因之一，磁过滤装置体积庞大，很难在ー个炉体实现密集的分布，因此等离子体传输窗ロ窄，窗ロ之间难以交叉，容易形成等离子体密度低的空缺区，对镀膜生产不利。中国发明专利(专利号ZL200810010762.4)提出的利用旋转磁场控制弧斑运动的电弧离子镀装置没有给出实现准扩散弧源的核心要点，只利用旋转横向磁场约束弧斑放电，对等离子体的传输不利，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，旋转磁场发生装置整个套在围绕于靶材之外的法兰套上，磁场漏磁严重，而且结构体积庞大，不紧凑，不利于镀膜整机设计安排。本实用新型提供的准扩散弧源不仅传输高效，而且结构紧凑。图11是实施例4配置了 12套ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置的离子镀膜机整机效果图，图12 (a)- (b)是实施例4 ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置的内部效果图，图13 (a)- (b)是实施例4 ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置的外部效果图。可以看出，在一个炉体上可以实现密集的弧源分布，弧源窗ロ之间距离小，提高了镀膜空间等离子体分布均匀性，有利于大面积镀膜。同时，本实用新型的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置结构合理，外形美观，容易安装调试，可以エ业化推广应用。
权利要求1.一种ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，其特征在于:所述ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置设有ニ极径向旋转磁场发生装置、聚焦导引磁场发生装置、靶材、靶材底座、靶材底座屏蔽罩、法兰套、法兰套屏蔽罩、靶材底盘、永久磁体装置、引弧装置；靶材、靶材底座、靶材底座屏蔽罩、靶材底盘和永久磁体装置形成弧源头；法兰套、法兰套绝缘套、ニ极径向旋转磁场发生装置、轴向聚焦导引磁场发生装置、同轴聚焦磁场磁轭和法兰套屏蔽罩形成控制磁场组；弧源头通过靶材底盘与法兰套底部进行连接，形成整体弧源结构，通过法兰套前部的法兰盘与炉体进行连接； 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ニ极旋转横向磁场发生装置、轴向聚焦导引磁场发生装置、同轴聚焦磁场磁轭；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ロ、法兰套进水ロ，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； 靶材通过连接螺纹安装于靶材底座上，ニ极径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，与法兰套之间通过绝缘套保护；ニ极径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ニ极径向旋转磁场发生装置前端，底部安装同轴聚焦磁场磁轭，ニ极径向旋转磁场发生装置内侧开有槽隙；法兰套外围设置法兰套屏蔽罩，通过法兰套屏蔽罩对内部的磁场发生装置进行保护；靶材底座底盘嵌套在靶材底座外，通过绝缘套进行密封保护，永久磁体装置安装在靶材底座内部空心位置，与靶材底座底部通过螺纹连接，靶材底座外围设置靶材底座屏蔽罩，通过靶材底座屏蔽罩对内部进行保护；靶材底座中设有靶材底座冷却水通道，靶材底座冷却水通道分别与靶材底座进水ロ、靶材底座出水ロ相通；靶材底座底盘靠近靶材底座位置开ー引弧装置安装孔，引弧装置设置于引弧装置安装孔中，引弧装置的一端与靶材相对应；靶材底座底盘周边开有靶材底座底盘连接孔,靶材底座底盘通过靶材底座底盘连接孔与法兰套连接。
2.按照权利要求1所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，其特征在于:ニ极径向旋转磁场发生装置，由多磁极铁芯骨架及漆包线绕组组成，铁芯由厚0.35-0.5mm的环形硅 钢片叠压而成，铁芯内圆开有嵌放绕组线圈的槽，槽形有开ロ、半开ロ或半闭ロ形式，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，通过绝缘套围套在法兰套上；硅钢片的表面涂有耐高压绝缘漆，铁芯材料采用冷轧或热轧硅钢或者采用非晶导磁材料。
3.按照权利要求2所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，其特征在于:ニ极径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，按ニ极磁场规律连接成対称的三相绕制；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；对于36槽以上磁极铁芯的绕组采用倍极比正規分布、A /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A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，产生ニ极径向磁场； ニ极径向旋转磁场发生装置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，电流频率和电压单独调节，电压范围为0-380V，频率范围为10-500HZ，通过电压调节ニ极径向旋转磁场的强度，通过电流频率调节ニ极径向旋转磁场的旋转速度。
4.按照权利要求1所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，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，聚焦导引磁场线圈通过法兰套绝缘套与法兰套绝缘保护，放置于ニ极径向旋转磁场发生装置前段，其底部连接ー个环形铁芯磁轭；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。
5.按照权利要求1所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，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；ニ极径向旋转磁场发生装置、法兰套与靶材三者之间同轴，ニ极径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ー环形法兰盘，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、出水ロ，另外6个作为弧源头连接孔。
6.按照权利要求1所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，其特征在于:靶材底座为不导磁的双层不锈钢内筒和外筒同轴围套组成中空的筒形结构，内筒上部为封闭圆盘，内筒的内侧 为永久磁体装置的安装位置；外筒上部为台阶形封闭圆盘，台阶高度与靶材连接螺纹高度一致，台阶外环有连接螺纹，靶材通过台阶螺纹连接在靶材底座上；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,外筒壁上有靶材底座密封圈槽，通过绝缘套与靶材底盘装配；外筒与内筒中间形成靶材底座冷却水通道，内筒上部与外筒上部留有空隙；靶材底座底部连接不锈钢法兰环，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，作为进出水ロ ；法兰环底部焊接一端子，作为阴极电源接头。
7.按照权利要求1所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，其特征在于:靶材底座屏蔽罩为ー涂有绝缘漆的不锈钢圆筒，圆筒上端焊接ー环形法兰盘，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圆盘，圆盘中间开有一螺纹孔，永久磁体装置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。
8.按照权利要求1所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，其特征在于:靶材底座底盘周边开有8个连接孔，与法兰环底部8个螺纹孔对应，通过其中6个连接孔将弧源头与控制磁场组中的法兰套底部连接；另外两个连接孔与法兰套进水口、法兰套出水ロ对应，靶材底座底盘靠近靶材底座位置开ー引弧装置安装孔。
9.按照权利要求1所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，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磁导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。
10.按照权利要求1所述的ニ极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置，其特征在于:引弧装置采用气动机械引弧或者高频引弧装置，通过靶材底座底盘上的引弧装置安装孔安装 。
专利摘要本实用新型涉及薄膜与涂层制备技术领域，具体为一种二极旋转耦合磁场辅助准扩散弧冷阴极离子镀装置。该装置设有弧源头与控制磁场组，弧源头包括靶材、靶材底座、靶材底座屏蔽罩、靶材底盘、引弧装置和永久磁体装置，控制磁场组包括法兰套、法兰套绝缘套、二极径向旋转磁场发生装置、轴向聚焦导引磁场发生装置、同轴聚焦磁场磁轭和法兰套屏蔽罩，弧源头通过靶材底盘与法兰套底部进行连接，形成整体弧源结构，通过法兰套前部的法兰盘与炉体进行连接。在一定磁场强度和旋转频率综合作用下，使得弧斑在整个靶面分布，降低弧斑的功率密度，实现准扩散弧状态，减少大颗粒的发射，通过轴向聚焦导引磁场，将净化的高密度等离子体抽出，提高其传输效率。
文档编号C23C14/32GK202945317SQ201220586800
公开日2013年5月22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, 高斌 申请人:温州职业技术学院