专利名称：一种离子镀弧源头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及薄膜与涂层制备技术领域，具体地说是一种离子镀弧源头。
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PVD技术，以其广泛的功能性、良好的环保性以及巨大的增效性等优势，可以提高工模具及机械零件表面的耐磨性、耐蚀性、耐热性及抗疲劳强度等力学性能，极大的提高产品附加值，以保证现代机械部件及工模具在高速、高温、高压、重载以及强腐蚀介质工况下可靠而持续地运行。PVD主要分为真空蒸镀、磁控溅射和离子镀三个类型。在实际应用中，高质量的防护涂层必须具有致密的组织结构、无穿透性针孔、高硬度、与基体结合牢固等特点。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。而离子镀涂层技术由于结构简单、离化率高、入射粒子能量高，可以轻松得到其他方法难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层，应用在工具、模具上面，可以使寿命成倍提高，较好地实现了低成本、高收益的效果；此外，离子镀涂层技术具有低温、高能两个特点，几乎可以在任何基材上成膜，应用范围十分广阔。电弧离子镀所用的弧源结构是冷阴极弧源，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，阴极斑点的运动对电弧等离子体的物理特性以及随后的镀膜特性有很大的影响。而离子镀弧源是电弧等离子体放电的源头，是离子镀技术的核心部件。为了更好的提高沉积薄膜的质量和有效的利用靶材，提高放电稳定性，必须对弧斑的运动进行合理的控制。而弧斑的有效控制必须有合理的机械结构与磁场结构配合，就目前工业常用的小尺寸弧源结构，常用的靶材结构有圆盘形、圆柱形、圆锥形、圆台形；常用的磁场结构有轴向发散磁场、轴向聚焦磁场、旋转磁场等；而不同的靶材与磁场位形配合的弧源结构都不一样，而且设计复杂，适应性差，功能单一，如果需要变换靶材与磁场方式，就得全套更换整个弧源，造成了极大地浪费。对于工业镀膜生产，产品的稳定性、大面积均匀性、高效性都是必须考虑的。而由于弧源是点状源，弧源前段等离子体的分布都是不均匀的，传统的弧源机械结构复杂，靶材在真空室的位置固定，一般不会超过炉壁，对于一些特殊生产需求难以满足；部分弧源结构体积过大，窗口直径太小，等离子体交叉区域不明显，很难实现工业化均匀镀膜生产，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，很难在一个炉体实现密集的分布，因此等离子体传输窗口窄，窗口之间难以交叉，容易形成等离子体密度低的空缺区，对镀膜生产不利。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种离子镀弧源头，突破传统的冷阴极离子镀弧源装置的设计思路，针对直径60-150_的圆形靶材，对传统弧源结构进行改进，用以改善传统电弧离子镀弧源结构复杂、适应性差、难以实现特殊镀膜需求、操作复杂、靶材更换难度大、位置可调性差的缺点。本实用新型技术方案是:一种离子镀弧源头，靶材安装于靶材底座的一端，靶材底座底盘嵌套在靶材底座夕卜，永久磁体装置安装于靶材底座，靶材底座底盘靠近靶材底座位置设有引弧装置安装孔，引弧装置的一端设置于引弧装置安装孔中，引弧装置的另一端与靶材相对应。所述的离子镀弧源头，靶材通过连接螺纹安装于靶材底座的一端，靶材底座外围设置靶材底座屏蔽罩，靶材底座底盘与靶材底座之间设置靶材底座绝缘套，靶材底座底盘周边开有靶材底座底盘连接孔。所述的离子镀弧源头，靶材底座屏蔽罩为一涂有绝缘漆的不锈钢圆筒，不锈钢圆筒上端设有环形法兰盘，靶材底座屏蔽罩通过该法兰盘安装在靶材底座底盘上；靶材底座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，靶材底座屏蔽罩筒底部中间有圆盘，圆盘中间开有螺纹孔。所述的离子镀弧源头，永久磁体装置由永磁体、连接杆和螺母组成，永磁体通过连接杆与螺母相连接，永磁体放置于靶材后端靶材底座中间空隙内，永久磁体装置通过连接杆螺纹与靶材底座底部中间的螺纹孔连接。所述的离子镀弧源头，永磁体由单个或两个以上块体组成，与永磁体连接的磁轭形状为圆盘形、圆环形、锥台形、圆柱形或阶梯形状。所述的离子镀弧源头，永久磁体装置的一端伸至靶材底座内部空心位置，永久磁体装置的另一端伸至靶材底座外部。所述的离子镀弧源头，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IE材底座进水管、祀材底座出水管相通。所述的离子镀弧源头，离子镀弧源头通过靶材底座底盘的靶材底座底盘连接孔与控制磁场组连接。所述的离子镀弧源头，靶材底座为双层不锈钢圆筒:内筒和外筒同轴围套组成；内筒上部为封闭圆盘，筒内空间为永磁体安装位置；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，台阶外环有螺纹，靶材通过台阶螺纹连接在靶材底座的一端；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槽，通过绝缘套与靶材底座底盘装配；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、出水口分别与靶材底座进水管、靶材底座出水管相连通；法兰环底部设有端子，作为阴极电源接头。所述的离子镀弧源头，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，用以改善传统电弧离子镀弧源结构复杂、适应性差、难以实现特殊镀膜需求、操作复杂、靶材更换难度大、位置可调性差的缺点。[0019]2、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。同时进一步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。
图1是本实用新型离子镀弧源头的二维结构示意图。图2是本实用新型离子镀弧源头的三维立体剖面图。图3 (a)-图3 (b)是本实用新型离子镀弧源头的靶材底座与靶材的三维结构图。其中，图3(a)是剖面内部结构；图3(b)是外形结构。图4是本实用新型离子镀弧源头的三维立体效果图。图中，I靶材；2连接螺纹；3引弧装置；4靶材底座冷却水通道；5靶材底座屏蔽罩；6靶材底座出水管；7永久磁体装置；8靶材底座进水管；9靶材底座；10靶材底座底盘；11靶材底座底盘连接孔；12靶材底座绝缘套；13引弧装置安装孔；14电源接头；15永久磁体装置安装孔；16靶材底座密封槽；17内筒；18外筒；19法兰环；20环形法兰盘；21永磁体；22连接杆；23螺母。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本实用新型作进一步详细说明。如图1-图4所示，本实用新型离子镀弧源头，主要包括:靶材1、连接螺纹2、引弧装置3、靶材底座冷却水通道4、靶材底座屏蔽罩5、靶材底座出水管6、永久磁体装置7、靶材底座进水管8、靶材底座9、靶材底座底盘10、靶材底座底盘连接孔11、靶材底座绝缘套12、引弧装置安装孔13、电源接头14、永久磁体装置安装孔15、靶材底座密封槽16、内筒17、夕卜筒18等，具体结构如下:靶材I通过连接螺纹2安装于靶材底座9的一端(顶部)，靶材底座底盘4嵌套在靶材底座9外，靶材底座底盘4与靶材底座9之间设置靶材底座绝缘套12，通过靶材底座绝缘套12进行密封保护；靶材底座9底部的另一端(底部)设置靶材底座出水管6、靶材底座进水管8、电源接头14、永久磁体装置安装孔15 ;永久磁体装置7与靶材底座9底部中间通过永久磁体装置安装孔15 (螺纹孔)螺纹连接，永久磁体装置7的一端伸至靶材底座9内部空心位置，永久磁体装置7的另一端伸至靶材底座9外部；靶材底座9外围设置靶材底座屏蔽罩5，通过靶材底座屏蔽罩5对内部进行保护。靶材底座9中设有靶材底座冷却水通道4，靶材底座冷却水通道4分别与靶材底座进水管8、靶材底座出水管6相通。靶材底座底盘10靠近靶材底座9位置开一引弧装置安装孔13 (图4)，引弧装置3的一端设置于引弧装置安装孔13中，引弧装置3的另一端与靶材I相对应。靶材底座底盘10周边开有靶材底座底盘连接孔11。靶材底座9为双层不锈钢圆筒:内筒17和外筒18同轴围套组成，靶材底座9的外筒18壁上设有靶材底座密封槽16 (密封圈槽)，见图3 (a)-图3 (b)。离子镀弧源头通过靶材底座底盘10的靶材底座底盘连接孔11与控制磁场组的法兰套连接，控制磁场组中的磁场发生装置(如:同轴聚焦磁场磁轭、二极径向旋转磁场发生装置和轴向聚焦导引磁场发生装置)与靶材I同轴放置，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，控制磁场组中的磁场发生装置产生聚焦磁力线。法兰套中设有法兰套冷却水通道，法兰套冷却水通道下部连接一较厚的不锈钢法兰环，靶材底座底盘10周边开有8个靶材底座底盘连接孔11，与法兰环底部8个螺纹孔对应，通过其中6个连接孔将离子镀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进出水口对应。图2是本实用新型离子镀弧源头的三维立体剖面图，图3(a) -图3(b)是本实用新型离子镀弧源头的靶材底座与靶材的三维结构图。其中，图3(a)是剖面内部结构；图3(13)是外形结构。靶材底座9由不导磁的不锈钢制作，由双层不锈钢圆筒:内筒17和外筒18同轴围套组成；内筒17上部为封闭圆盘，筒内空间为永磁体安装位置；外筒18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I通过台阶螺纹连接在靶材底座9的一端。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18外径与靶材外径一致，外筒18壁上有靶材底座密封槽16，通过绝缘套与靶材底座底盘10装配；外筒18与内筒17中间形成靶材底座冷却水通道4，内筒17上部与外筒18上部留有一定的空隙，保证水流畅通。靶材底座9底部连接一较厚的不锈钢法兰环19，法兰环19内外径与靶材底座9 一致，法兰环19底部对称开有两个通孔，作为进、出水孔分别与靶材底座进水管8、靶材底座出水管6相连通；法兰环19底部焊接一端子，作为阴极电源接头14。图4是本实用新型离子镀弧源头的三维立体效果图，可以看出，靶材底座屏蔽罩5为一涂有绝缘漆的不锈钢圆筒，不锈钢圆筒上端焊接一环形法兰盘20，通过该环形法兰盘20将靶材底座屏蔽罩5安装在靶材底座底盘10上；靶材底座屏蔽罩5筒底部与靶材底座9进出水孔以及电源接头对应位置开有三个孔，靶材底座屏蔽罩5筒底部中间有一较厚圆盘，圆盘中间开有一永久磁体装置安装孔15，永久磁体装置7通过其上的连接杆螺纹与该永久磁体装置安装孔15连接，通过螺母23旋扭可调进调出，调节磁场强度大小。永久磁体装置7由永磁体21、连接杆22和螺母23组成，永磁体21通过连接杆22与螺母23相连接。永磁体由单个或两个以上高导磁率块体组成(本实施例中，永磁体21采用单个圆盘形钕铁硼磁铁)，与永磁体连接的磁轭形状为圆盘形、圆环形、锥台形、圆柱形或阶梯形状。永磁体21放置于靶材后端靶材底座9中间空隙内，避免冷却水退磁影响。引弧装置3采用气动机械引弧或者高频引弧装置，通过靶材底座底盘10上的引弧装置安装孔13安装。本实用新型结构简单紧凑、适应性好、可以实现特殊镀膜需求、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。
权利要求1.一种离子镀弧源头，其特征在于，靶材安装于靶材底座的一端，靶材底座底盘嵌套在靶材底座外，永久磁体装置安装于靶材底座，靶材底座底盘靠近靶材底座位置设有引弧装置安装孔，引弧装置的一端设置于引弧装置安装孔中，引弧装置的另一端与靶材相对应。
2.按照权利要求1所述的离子镀弧源头，其特征在于，靶材通过连接螺纹安装于靶材底座的一端，靶材底座外围设置靶材底座屏蔽罩，靶材底座底盘与靶材底座之间设置靶材底座绝缘套，靶材底座底盘周边开有靶材底座底盘连接孔。
3.按照权利要求2所述的离子镀弧源头，其特征在于，靶材底座屏蔽罩为一涂有绝缘漆的不锈钢圆筒，不锈钢圆筒上端设有环形法兰盘，靶材底座屏蔽罩通过该法兰盘安装在靶材底座底盘上；靶材底座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，靶材底座屏蔽罩筒底部中间有圆盘，圆盘中间开有螺纹孔。
4.按照权利要求1所述的离子镀弧源头，其特征在于，永久磁体装置由永磁体、连接杆和螺母组成，永磁体通过连接杆与螺母相连接，永磁体放置于靶材后端靶材底座中间空隙内，永久磁体装置通过连接杆螺纹与靶材底座底部中间的螺纹孔连接。
5.按照权利要求4所述的离子镀弧源头，其特征在于，永磁体由单个或两个以上块体组成，与永磁体连接的磁轭形状为圆盘形、圆环形、锥台形、圆柱形或阶梯形状。
6.按照权利要求1所述的离子镀弧源头，其特征在于，永久磁体装置的一端伸至靶材底座内部空心位置，永久磁体装置的另一端伸至靶材底座外部。
7.按照权利要求1所述的离子镀弧源头，其特征在于，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管、靶材底座出水管相通。
8.按照权利要求1所述的离子镀弧源头，其特征在于，离子镀弧源头通过靶材底座底盘的靶材底座底盘连接孔与控制磁场组连接。
9.按照权利要求1所述的离子镀弧源头，其特征在于，靶材底座为双层不锈钢圆筒:内筒和外筒同轴围套组成；内筒上部为封闭圆盘，筒内空间为永磁体安装位置；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，台阶外环有螺纹，靶材通过台阶螺纹连接在靶材底座的一端；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槽，通过绝缘套与靶材底座底盘装配；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、出水口分别与靶材底座进水管、靶材底座出水管相连通；法兰环底部设有端子，作为阴极电源接头。
10.按照权利要求1所述的离子镀弧源头，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，具体地说是一种离子镀弧源头。靶材安装于靶材底座的一端，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，靶材底座外围通过靶材底座屏蔽罩对内部进行保护；靶材底座底盘靠近靶材底座位置开一引弧装置安装孔，引弧装置的一端设置于引弧装置安装孔中，引弧装置的另一端与靶材相对应。本实用新型突破传统冷阴极离子镀弧源装置的设计思路，针对直径60-150mm的圆形靶材，对传统弧源结构进行改进，用以改善传统电弧离子镀弧源结构复杂、适应性差、难以实现特殊镀膜需求、操作复杂、靶材更换难度大、位置可调性差的缺点。
文档编号C23C14/32GK203065563SQ20132009090
公开日2013年7月17日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者高斌, 郎文昌, 吴百中 申请人:温州职业技术学院