一种无液滴多弧蒸发离化源结构的制作方法

本发明涉及一种多弧(电弧)蒸发离化源结构，尤其是涉及一种无液滴多弧蒸发离化源结构。

背景技术：

自从上世纪80年代以来，多弧离子镀技术的应用得到飞速发展、广泛应用，形成了一个新的行业领域--钛金产业。在工模具表面强化和玻璃镀膜领域，以及在五金建材、灯具卫浴、手机外壳等需要装饰美观、耐划伤、防手印等多种性能要求的产品领域，多弧离子镀已经是必不可少的技术手段。

经过多年的发展，多弧离子镀技术中的多弧蒸发离化源方面的技术飞速发展，从多弧蒸发离化源的靶材特征来说，靶材已经从最初的直径50mm或100mm的圆柱靶材(放电位于端面)，发展到尺寸达到500x1000mm的矩形靶材，或者直径超过100mm、长度超过1500mm的圆柱状靶材(放电位于侧壁)；从放电控制技术来说，从最初的永磁体到电磁线圈，磁铁结构的设计也有许多改进；从引弧及稳弧方式来说，最早是机械引弧，发展出电磁引弧、气动引弧等。

但是，多弧蒸发离化源有一个固有的不足，即不可避免的有液滴出现。其导致沉积得到的薄膜表面粗糙度提高，严重限制了多弧蒸发源的应用。如：对于手机机壳，为了保证性能要求，需要沉积一定的厚度。多弧技术具有离化率高、膜层与基材之间结合力好等优点。但是由于存在液滴、大颗粒，只能应用于开始镀膜时的膜层打底、以及膜层厚度达到要求后再一次利用多弧源上色，中间的镀膜过程需要由磁控溅射技术完成。尽管人们做了大量的改进工作，比如：改善靶材冷却、采用电磁场约束电弧、增大靶材表面面积、采用其他手段强制电弧分散及运动等。但是，由于只有电荷的局部积累才能产生电弧、电弧放电的高能量必然导致大量靶材物质被抛出，单纯改善多弧源设计是无法消除液滴、大颗粒的。采用磁过滤可以大幅度消除液滴，但是同时导致了沉积速率的级数降低，多弧高速沉积的特性这一相比溅射巨大的优点没有了，也失去了消除液滴的意义。

下面对从多弧源的组成、结构特性与工艺特性之间的关系进行简单分析：

多弧源的关键组成有：靶材结构、冷却方式、屏蔽罩结构、磁体结构、引弧针及引弧方式、引弧自动控制、多弧电源。多弧源的工艺特性指标主要有：均匀烧蚀性、大面积均匀沉积性能、最低维弧电流特性、最大放电电流、离化率。

多弧源放电，一般来说，金属蒸气压越高，越容易放电、维弧；金属熔点越低、金属蒸气压则越高；金属靶材上的电弧烧蚀点，为瞬间金属气化点，烧蚀点沿着温度梯度方向扩散、转移；在存在磁场的位置，电子浓度高，金属容易电离、气化，容易维持电弧；烧蚀点电场强度越高、越容易维持；屏蔽罩屏蔽的靶材部分，不会出现电场，因而不出现烧蚀点。

下表1为多弧源结构类型、与电弧放电工艺特性之间的一般关系：

表1：

保持多弧离化率高、膜层与基材结合力好、沉积速率高等优点，同时消除多弧的液滴喷射、大颗粒沉积、膜层致密度较差等不足，是新一代多弧离子镀膜技术的需求，也是彻底替代溅射、蒸发技术，在光学、防腐蚀、功能涂层等镀膜领域发挥作用的关键。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种无液滴多弧蒸发离化源结构，其有效消除了多弧蒸发离化源产生的液滴，实现了膜层细致化和膜层致密性达标。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种无液滴多弧蒸发离化源结构，所述离化源包括靶材，所述靶材具有产生靶材蒸发粒子的蒸发放电表面，其特征是：所述蒸发放电表面的前方、靶材蒸发粒子通过的路径上，设有加热器，所述加热器设有可以让靶材蒸发粒子穿过的加热空间，所述的加热空间平行于蒸发放电表面的横截面覆盖了所述蒸发放电表面、且其与靶材的蒸发放电表面之间的间距为5～30cm、加热温度范围为500～3000℃。

所述的加热空间纵向(加热片或者感应加热环的宽度，也即蒸发粒子垂直通过加热器的路径长度)，最短为1mm，最大为10cm。

所述加热空间横截面最小等于蒸发放电表面，最大为蒸发放电表面的5倍。

所述的加热器为电阻加热器，加热材料为w、mo、ta、c或者其他电阻加热材料，所述发热面由细丝状或薄片状或圆柱状的发热条相互平行或相互交错组装而成。

优选地，所述的电阻加热器由若干长矩形薄片状的电阻发热片构成，各发热片面面相对相互平行且对齐、长度方向为水平，宽度方向为垂直(即宽度方向竖起来)，各发热片头尾以导线依次串联或并联，各发热片之间的空间即加热空间，宽度即加热空间纵向。

所述加热器还可以为感应加热器。

优选地，所述的感应加热器为一个外表面绕有电感线圈的圆管，轴线垂直于所述靶材的蒸发放电表面，圆管内孔即加热空间也即靶材蒸发粒子通过路径，圆管内径至少覆盖了靶材的蒸发放电表面。

所述无液滴多弧蒸发离化源结构还设有放电弧斑屏蔽罩。

在所述靶材的一侧设有靶材电弧放电弧斑约束磁场。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过加热器将多弧蒸发离化源喷射出来的液滴气化，不再有大颗粒的液滴打在膜层上，其保持了当前多弧离子镀技术的离化率高、膜层与基材结合力强、沉积速率高的优点，同时解决了膜层粗糙化和膜层致密性不够的问题。因此，本发明使得已有多弧离子镀膜制品的质量得到提升；使得多弧离子镀技术在更多领域得到应有，如：光学镀膜、替代电镀等领域；使得多弧离子镀技术有望取代常规镀膜技术中的磁控溅射，因为磁控溅射源非常昂贵，本发明将使得真空镀膜设备的价格进一步下降，从而促进真空镀膜技术得到更多、更广泛的应用；无液滴多弧镀膜技术有望替代电镀、喷涂、喷漆等当前污染大、能耗高的表面工程技术。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

图2为本发明的实施例一的主视示意图；

图3为图2的左视图；

图4为图2的仰视图；

图5为本发明的实施例二的主视示意图。

图中附图标记含义：

1-加热器；2-靶材；3-靶材电弧放电弧斑约束磁场；4-放电弧斑屏蔽罩；5-靶材蒸发放电表面；6-感应加热器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步描述。

多弧离子镀的原理就是把阴极靶作为蒸发源，通过靶与阳极壳体之间的弧光放电，使靶材蒸发，从而在空间中形成等离子体，对基体进行沉积。

如图1所示，本发明的无液滴多弧蒸发离化源结构，离化源包括靶材2，靶材2具有产生靶材蒸发粒子的蒸发放电表面，在蒸发放电表面的前方、靶材蒸发粒子通过的路径上，设有加热器1，加热器1设有可以让靶材2蒸发粒子穿过的加热空间，加热空间平行于蒸发放电表面的横截面覆盖了蒸发放电表面，加热空间横截面最小等于蒸发放电表面，最大为蒸发放电表面5的5倍，当然例外的话也可以超过蒸发放电表面5的5倍以上的；加热空间与靶材的蒸发放电表面5之间的间距为5～30cm、加热温度范围为500～3000℃。加热空间纵向为蒸发粒子垂直通过加热器的路径长度，也即加热片或者感应加热环的宽度最短为1mm，最长为10cm，当然例外的话也可以超过10cm。

加热器1可为电阻加热器，加热材料为w、mo、ta、c或者其他电阻加热材料，加热器1由细丝状或薄片状的发热条相互平行或相互交错组装而成。

参见图2到图4的实施例一，靶材2为直径为100mm、厚度为40mm的圆盘，在靶材2的放电表面正上方、靶材蒸发粒子通过的路径上，设有电阻式加热器，加热器1的加热面与靶材的蒸发放电表面5之间的间距为200mm，加热器1的加热平面大于靶材2所占平面。

加热器1由10片长度为150mm、宽度为10mm、厚度为0.1mm的长矩形薄片状的钼材料电阻发热片构成，各发热片面面相对相互平行且对齐、长度方向为水平宽度方向为垂直(即宽度方向竖起来)，各发热片头尾以导线依次串联，各发热片之间的空间即加热空间，宽度即加热空间纵向。加热面与靶材蒸发放电表面5平行，单片mo片的宽度方向与靶材放电表面垂直。

本发明安装于多弧离子镀设备的真空室里，在真空室的侧壁上加工两个电极引线孔，并安装两个电极，将功率为2kw的直流电源引入到真空室内部，加热器1的供电线路的两电极分别与直流电源的两电极连接，直流电源为加热器1提供电能，在无液滴多弧蒸发离化源工作时，加热器1同时工作。无液滴多弧蒸发离化源结构还设有放电弧斑屏蔽罩4，放电弧斑屏蔽罩4位于靶材的左右两侧，在靶材的后侧设有靶材电弧放电弧斑约束磁场3。

对于加热器1，加热器的发热条还可以由钨、钽、石墨或其它电阻加热材料制成，发热条的外形可以为细丝状或片状，发热条还可以相互交错组装成网状。加热器的加热温度范围为500～3000℃，由发热条组成的发热空间的厚度可以为1～100mm，发热空间平行于蒸发放电表面的横截面的大小最小等于靶材蒸发放电表面，较大的可以大于靶材蒸发放电表面的五倍甚至以上(例外情况，跟加热器与放电平面之间的间距有关系，距离近、面积小；距离远、面积大)，以保证靶材蒸发出来的大液滴，在加热区被气化。

加热器1可以安装于靶材的上方或周边，加热器1的发热面与靶材之间的间距为5～30cm，加热器1固定于真空室的侧壁上。加热器1的供电电源除了上述的引用独立的直流电源，也可以直接由设备已有的无液滴多弧蒸发离化源的供电电源供电，连接方式为：首先将设备已有的无液滴多弧蒸发离化源的供电电源的负极引出导线，连接到加热器的负极，然后加热器的负极与靶材连接，正极与常规电弧系统的连接方式一致。在设计时，加热器也可以选用感应加热器，感应加热器设有电感线圈，电感线圈绕于一圆筒的外表面。

图5所示的实施例二，加热器为感应加热器6，为一个外表面绕有电感线圈的圆管，轴线垂直于靶材的蒸发放电表面5，圆管内孔即加热空间也即靶材蒸发粒子通过路径，圆管内径至少覆盖了靶材的蒸发放电表面。

在无液滴多弧蒸发离化源结构还设有放电弧斑屏蔽罩，靶材的一侧设有靶材电弧放电弧斑约束磁场3。