一种阴极电弧涂层靶材装置的制作方法

1.本发明属于物理气相沉积涂层技术领域，尤其涉及一种阴极电弧涂层靶材装置。


背景技术：

2.物理气相沉积(physical vapor deposition，简称pvd)是在高真空条件下，通过物理方法使原材料蒸发、电离，然后在电场、磁场的作用下，粒子运动到工模具表面堆积形成具有某种特殊功能涂层材料的技术。利用该技术不但可以制备金属、化合物、陶瓷涂层，而且可以制备半导体和超导体涂层。采用pvd技术制备的涂层不仅具备超高硬度、厚度薄、摩擦系数低等特点，而且耐高温、抗氧化、防腐蚀、耐磨损及自润滑，极其适用于工模具表面作为防护层，以改善工模具的加工特性，延长其使用寿命。pvd技术无污染、几乎零排放，是现代表面工程技术中最具发展前途和应用价值的一种技术，已成为工模具表面改性的主流方法之一。pvd技术早在20世纪初就已有应用，但其在最近30年凭借其技术的优势而得到了迅速发展。现如今，pvd涂层技术的应用领域涉及刀具加工、模具成型、航空航天、医疗器械、汽车、新能源、电子及光学等领域，也应用范围日益广泛。
3.pvd技术包括真空蒸发镀、溅射镀及离子镀。阴极电弧涂层技术属于离子镀膜技术的一种，它综合了蒸发镀及溅射镀的优点，具有粒子离化率高、涂层附着力强、绕镀能力好、镀膜材料丰富等特点。阴极电弧是指在低气压条件下，阴、阳极之间产生低电压、高电流的气体放电现象。在工作过程中，引弧电极与阴极靶表面接触的瞬间引燃电弧。因为接触面积很小，接触电阻很大，在较大电流密度下和强电场作用下，向外发射热电子和场致发射电子，电子发射集中处产生大电流，形成弧斑。大电流引起的高温导致大量阴极材料粒子被蒸发出来形成阴极材料粒子气体，这些粒子气体很快与获得电场加速的电子碰撞而发生离化，形成阴极材料的低压直流等离子体。部分等离子体被吸引到阴极表面，形成空间电荷层，产生强电场，使阴极表面功率函数小的点发射电子，重复电子发射过程。靶材是涂层的沉积源，对于涂层设备而言，靶材装置是其核心部件。靶材装置结构设计的合理性对于提高靶材的利用效率、减小弧光放电高温对于靶材的影响具有极其重要的意义。
4.而现有的阴极电弧靶材利用率低，靶材表面材料蒸发不均匀及冷却效果差而导致涂层表面晶粒粗大、色泽度差等问题。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明的目的是提供一种阴极电弧涂层靶材装置，该靶材装置具有靶材利用率高、涂层沉积效率高、冷却效果好、涂层成分均匀及涂层色泽度好的特点。
6.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
7.一种阴极电弧涂层靶材装置，依次互相贴合设置有导电组件、第一绝缘组件、靶材板框、绝缘板、冷却板、导热板和涂层靶材；
8.所述导电组件、所述冷却板和所述导热板均为导电材质，所述导电组件与所述冷却板之间设有电连接组件，所述导电组件连接外部电极，并通过所述电连接组件、所述冷却
板和所述导热板与所述涂层靶材电连接；
9.所述导电组件和所述冷却板分别通过所述第一绝缘组件和所述绝缘板与所述靶材板框绝缘；
10.所述冷却板、所述导热板和所述涂层靶材的周侧设有用于与所述靶材板框绝缘的第二绝缘组件；
11.所述冷却板靠近所述导热板的一表面上设有流槽，所述流槽与所述导热板之间形成流体通道，所述靶材板框和所述冷却板上设有连通外部和所述流体通道的进液通道和出液通道；
12.工作时，冷却液经所述进液通道进入所述流体通道，所述涂层靶材产生的热量经所述导热板传导给进入所述流体通道的所述冷却液，最后所述冷却液携带热量从所述出液通道流出。
13.根据本发明一实施例，所述电连接组件穿过所述第一绝缘组件、所述靶材板框和所述绝缘板与所述冷却板连接，且所述电连接组件与所述靶材板框之间设有用于绝缘的第三绝缘组件。
14.根据本发明一实施例，所述电连接组件包括若干导电螺栓，所述导电螺栓将所述导电组件和所述第一绝缘组件固定于所述冷却板，并使所述导电组件和所述冷却板电连接，所述第三绝缘组件包括若干穿设于所述靶材板框的第一绝缘环扣，所述导电螺栓穿设于所述第一绝缘环扣。
15.根据本发明一实施例，所述导电组件包括两个导电铜体和两个平行设置的导电铜条，所述第一绝缘组件包括两个绝缘条，两个所述绝缘条分别设于两个所述导电铜条和所述靶材板框之间，两个所述导电铜体分别设于所述导电铜条的两端，且两个所述导电铜条之间通过所述导电铜体连接，所述导电铜体用于连接外部电极。
16.根据本发明一实施例，所述涂层靶材的四周设有固定压框，所述固定压框固连于所述冷却板，且将所述涂层靶材和所述导热板压紧固定在所述冷却板上，所述涂层靶材和所述导热板上穿设有若干第一紧固螺栓，所述第一紧固螺栓将所述涂层靶材固定于所述冷却板。
17.根据本发明一实施例，所述固定压框远离所述涂层靶材的一端面上设有第一陶瓷框，所述第一紧固螺栓头部设有陶瓷帽。
18.根据本发明一实施例，所述第二绝缘组件为第二陶瓷框，所述第二陶瓷框设于所述冷却板、所述导热板、所述涂层靶材和所述固定压框的周侧，且所述第二陶瓷框位于所述第一陶瓷框和所述绝缘板之间。
19.根据本发明一实施例，所述靶材板框和所述冷却板之间通过若干第二紧固螺栓固连，所述靶材板框上穿设有若干第二绝缘环扣，所述第二紧固螺栓穿设于所述第二绝缘环扣且螺纹连接于所述冷却板。
20.根据本发明一实施例，所述靶材板框四周设有真空密封圈，用于在工作时与涂层腔体真空密封连接。
21.根据本发明一实施例，所述流体通道、所述进液通道和所述出液通道与外部的接缝处均设有密封部件。
22.本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效
果：
23.(1)本发明实施例中设置导电组件、第一绝缘组件、靶材板框、绝缘板、冷却板、导热板和涂层靶材，外部电极通过导电组件、电连接组件、冷却板和导热板与涂层靶材电连接，冷却板和导热板之间设有流体通道，工作时涂层靶材产生的热量经导热板传导给进入流体通道的冷却液，最后冷却液携带热量从出液通道流出，可以使涂层靶材在涂层工作过程中保持较好的冷却效果。本发明的结构相对简单，使得制造方便。且相较于其它靶材装置，本装置具有涂层靶材利用率高、涂层沉积效率高、冷却效果好、涂层成分均匀及涂层色泽度好等特点。因此本装置不仅可以大幅减少涂层制备的生产周期、提高生产效率及节约生产成本，还可以提高涂层的形成质量。
附图说明
24.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
25.图1为本发明的一种阴极电弧涂层靶材装置爆炸图；
26.图2为本发明的一种阴极电弧涂层靶材装置俯视图；
27.图3为本发明的一种阴极电弧涂层靶材装置仰视图；
28.图4为本发明的一种阴极电弧涂层靶材装置轴侧图。
29.附图标记说明：
30.1：第四紧固螺栓；2：第二垫片；3：导电铜体；4：导电螺栓；5：导电铜条；6：第一绝缘环扣；7：绝缘条；8：第二紧固螺栓；9：第二绝缘环扣；10：靶材板框；11：真空密封圈；12：第一密封圈；13：第一o形圈；14：绝缘板；15：第二密封圈；16：第二o形圈；17：冷却板；18：第三密封圈；19：第三o形圈；20：导热板；21：涂层靶材；22：短压板；23：长压板；24：第三紧固螺栓；25：第一短陶瓷板；26：第一长陶瓷板；27：陶瓷柱；28：双头螺柱；29：陶瓷帽；30：第一紧固螺栓；31：第一垫片；32：绝缘螺钉；33：第二短陶瓷板；34：第二长陶瓷板；35：塑料底座；36：第五紧固螺栓。
具体实施方式
31.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
32.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
33.参看图1至4，本发明的核心是提供一种阴极电弧涂层靶材装置，依次互相贴合设置有导电组件、第一绝缘组件、靶材板框10、绝缘板14、冷却板17、导热板20和涂层靶材21。
34.导电组件、冷却板17和导热板20均为导电材质，导热板20为铜板，第一绝缘组件和绝缘板14由绝缘材料制成，例如塑料等。导电组件和冷却板17分别通过第一绝缘组件和绝缘板14与靶材板框10绝缘。
35.靶材板框10为矩形板，冷却板17和靶材板框10之间通过若干第二紧固螺栓8固连，第二紧固螺栓8从靶材板框10侧穿过绝缘板14螺纹连接于冷却板17，使得冷却板17、绝缘板
14和靶材板框10固定连接。且靶材板框10上穿设有若干第二绝缘环扣9，第二紧固螺栓8穿设于第二绝缘环扣9，使得第二紧固螺栓8与靶材板框10绝缘，也就使得靶材板框10和冷却板17绝缘。
36.涂层靶材21的四周设有固定压框，固定压框通过若干第三紧固螺栓24与冷却板17固连，且固定压框将涂层靶材21和导热板20压紧固定在冷却板17上，固定压框具体包括首尾连接形成矩形的长压板23和短压板22。
37.涂层靶材21和导热板20上还穿设有若干第一紧固螺栓30和第一垫片31，第一紧固螺栓30和第一垫片31进一步将涂层靶材21固定于冷却板17。
38.冷却板17靠近导热板20的一表面上设有流槽，流槽与导热板20之间形成流体通道，靶材板框10和冷却板17上设有连通外部和流体通道的进液通道和出液通道，工作时，冷却液经进液通道进入流体通道，涂层靶材21产生的热量经导热板20传导给进入流体通道的冷却液，最后冷却液携带热量从出液通道流出。
39.具体的，在靶材板框10设有第一进道和第一出道，冷却板17上设有第二进道和第二出道，且第二进道和第二出道的一部分凸出于冷却板17，第二进道和第二出道凸出的部分穿过绝缘板14分别与第一进道和第一出道连通，以分别形成进液通道和出液通道。且在靶材板框10的两端设有第一进道和第一出道的进水口和出水口。
40.流体通道、进液通道和出液通道与外部的接缝处均设有密封部件，以使各个液体通道密封，防止冷却液漏出。
41.具体的，第一进道与第二进道、第一出道与第二出道的连接处均设有一个第一o形圈13和一个第二o形圈16。两个第一o形圈13设于靶材板框10与绝缘板14之间且分别围绕第一进道和第一出道，两个第二o形圈16设于绝缘板14与冷却板17之间且分别围绕第二进道和第二出道。
42.靶材板框10与绝缘板14的四周之间还设有第一密封圈12，冷却板17与绝缘板14的四周之间还设有第二密封圈15，冷却板17与导热板20之间且在流体通道周侧设有第三密封圈18，冷却板17与导热板20之间且在第一紧固螺栓30周侧设有第三o形圈19。
43.导电组件与冷却板17之间设有电连接组件，导电组件连接外部电极，并通过电连接组件、冷却板17和导热板20与涂层靶材21电连接。
44.具体的，导电组件包括两个导电铜体3和两个平行设置的导电铜条5，第一绝缘组件包括两个绝缘条7，两个绝缘条7分别设于两个导电铜条5和靶材板框10之间，两个导电铜体3分别设于导电铜条5的两端，且两个导电铜条5之间通过导电铜体3连接，导电铜体3通过第四紧固螺栓1和第二垫片2与导电铜条5固连。导电铜体3用于连接外部电极。
45.电连接组件穿过绝缘条7、靶材板框10和绝缘板14与冷却板17连接，且电连接组件与靶材板框10之间设有用于绝缘的第三绝缘组件。
46.本实施例中，电连接组件包括若干导电螺栓4，导电螺栓4将导电铜条5和绝缘条7固定于冷却板17，并使导电铜条5和冷却板17电连接，第三绝缘组件包括若干穿设于靶材板框10的第一绝缘环扣6，导电螺栓4穿设于第一绝缘环扣6。
47.固定压框远离涂层靶材21的一端面上设有第一陶瓷框，第一陶瓷框通过若干双头螺柱28与固定压框固连，且双头螺柱28远离固定压框的一端螺纹固定有陶瓷柱27。第一陶瓷框具体包括第一长陶瓷板26和第一短陶瓷板25。第一紧固螺栓30头部还设有陶瓷帽29。
48.且冷却板17、导热板20和涂层靶材21的周侧设有用于与靶材板框10绝缘的第二绝缘组件。具体的，第二绝缘组件为第二陶瓷框，第二陶瓷框设于冷却板17、导热板20、涂层靶材21和固定压框的周侧，且第二陶瓷框位于第一陶瓷框和绝缘板14之间。第二陶瓷框通过若干绝缘螺钉32固连于固定压框的周侧。具体的，第二陶瓷框包括第二长陶瓷板34和第二短陶瓷板33。
49.靶材板框10四周设有真空密封圈11，用于在工作时与涂层腔体真空密封连接。靶材板框10远离所述冷却板17的一面上还通过第五紧固螺栓36连接有若干塑料底座35。
50.综上，本发明通过绝缘螺钉32、第二短陶瓷板33、第二长陶瓷板34、绝缘板14保证了涂层靶材21、短压板22、长压板23、冷却板17、导热板20与靶材板框10的绝缘连接。
51.通过第二紧固螺栓8、第二绝缘环扣9使冷却板17、靶材板框10紧固连接并保证密封性。导电螺栓4、第一绝缘环扣6和绝缘条7保证了导电铜条5与靶材板框10的绝缘连接。
52.第一密封圈12、第二密封圈15、第三密封圈18、第一o形圈13、第二o形圈16和第三o形圈19保证了进液通道、流体通道和出液通道与外界的密封。
53.下面对本发明工作过程作进一步说明：
54.导电铜体3接电源的一极，外界引弧装置接电源的另一极。外界引弧装置触碰涂层靶材21后瞬间分离，涂层靶材21短路，形成弧光放电，使涂层靶材21材料蒸发并快速升温，并维持弧光放电过程。靶材板框10两端的进、出水口与外界的冷却水管相连接，冷却液经进液通道进入冷却板17与导热板20形成的流体通道中，涂层靶材21产生的热量经导热板20进行热传导后，流动的冷却液将涂层靶材21产生的热量进出液通道带走，保证涂层靶材21不会因热量积累而过热损坏。
55.第一短陶瓷板25、第一长陶瓷板26、陶瓷帽29在涂层靶材21工作过程中起到灭弧的作用，防止涂层靶材21表面弧光放电的弧光斑点“跑到”涂层靶材21的表面外侧，对短压板22、长压板23、第一紧固螺栓30、第一垫片31造成烧伤损坏。
56.真空密封圈11使本发明的靶材装置在工作过程中与涂层腔体真空密封连接。靶材板框10的一周开有六个通孔，用于螺栓锁紧，使靶材板框10与涂层腔体锁紧连接，并进一步保证真空的密封性。
57.本发明针对当前阴极电弧靶材利用率低，靶材表面材料蒸发不均匀及冷却效果差而导致涂层表面晶粒粗大、色泽度差等问题，设计一种阴极电弧涂层靶材装置。该靶材装置在实际使用中起到了较好的应用效果。
58.本发明与现有靶材装置相比，具有以下优点：
59.一般的离子镀膜靶材装置结构复杂，需将水冷及电路集成于靶材内部。但靶材内部空间小，这无疑给靶材的设计及制造带来困难。本发明针对现有离子镀膜靶材结构的不足，设计一种结构相对简单的阴极电弧涂层靶材装置。相较于其它靶材装置，该装置具有靶材利用率高、涂层沉积效率高、冷却效果好、涂层成分均匀及涂层色泽度好等特点。该装置不仅可以大幅减少涂层制备的生产周期、提高生产效率及节约生产成本，还可以提高涂层的形成质量。
60.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。