专利名称:物理气相沉积用的涂层装置的制作方法
本实用新型涉及物理气相沉积装置。
涂层技术近十年来得到特别迅速的发展，其应用范围也逐步扩大，用于防护、抗氧化、超硬耐磨、导电、导热、传感及装饰等各个方面。做为涂层技术之一的物理气相沉积方法，在硬质合金刀片、工模具、涡轮叶片、传感元件、触点、玻璃、半导体及超导材料等方面也得到广泛的应用。物理气相沉积(PVD)方法主要是用蒸发沉积、溅射沉积或离子镀等方法将气相的涂层材料(或与某种气体化合后)沉积到基体上。这种方法的优点是沉积温度低、具有气态金属离子化效应和活化反应，能使产品质量进一步提高和消除公害。PVD方法所采用的装置有多种形式，对于不同要求的涂层或不同的基体形状、尺寸则有不同结构形式的PVD装置。这些PVD装置大都要求基体做某种运动，与基体固定不动的沉积方法比较，在沉积膜层厚度均匀性、致密性、与基体的结合力、减少内应力、不伤害基本组织及提高硬度等方面都具有不同程度的改善。因此，当前大都使用使基体做一定形式运动的PVD装置。美国专利(专利号3，858，547)介绍了一种有可调旋转装置的涂层设备，该设备的大部密封在一个真空室内，真空室底部有蒸发源，上部安装有转动体和在转动体上的被涂基体的支持装置。为了提高涂层质量，基体支持件可以自转并绕蒸发源公转，自转轴与公转轴平行也可相互成一锐角，为了适应不同尺寸规格的被涂层基体，各基体支持件间的距离可以调整。这种装置在结构形式上仅适用于较大尺寸的基体，不宜用于尺寸规格小而数量大的基体涂层，此外，沉积源与基体间的角度变化范围小，因而基体各部位向沉积源暴露的范围小和几率不均。另一个美国专利(专利号3，853，091)是用于半导体晶片涂层的薄膜涂层装置。该装置的结构特点是将基体水平放在真空室中最上部，基体可以公转及自转，公转轴与自转轴是平行的，沉积源位于真空室下部，只能使与公转轴垂直的基体下表面得到涂层，故仅适用于片状基体单面涂层。国外对尺寸规格小而数量大的基体沉积膜层是将基体放在一个有孔的或网状的转动容器中，沉积源设在容器之下，当容器转动时，内部的基体自由翻动。这种设备虽适宜于小规格基体的大量生产，但基体间相互碰撞摩擦接触，容易损害基体沉积膜表面。
本实用新型的主要目的在于设计一种涂层装置，可以向外形比较复杂基体的诸面沉积薄膜，并且能得到更为均匀的沉积薄膜。
本实用新型的另一个主要目的是希望能向尺寸规格较小而数量较大的基体沉积薄膜，提高生产效率，适用于工业生产。
本实用新型的第三个目的是要保证基体的表面沉积膜层没有擦伤。
本实用新型所说的涂层装置由一个绕固定轴(7)旋转的转动体(2)、转动体的支承座(5)、若干安装在转动体上并能绕自身轴线旋转的基体支持件(1)、至少一个设在转动体下部的沉积源(21)、转动体(2)的传动装置(22)、基体支持件(1)的传动装置以及真空室(4)组成。转动体可以制成中空圆柱体形，其中心轴为静止不动的固定轴(7)，通过支承座(5)安装在真空室(4)内。圆柱形转动体(2)适用于安排尺寸规格较小而数量较多的基体。基体支持件通过滚动轴承(19)安装到转动体(2)的圆柱面上，可以自由转动，其轴线沿转动体半径方向与固定轴轴线大体垂直，这种安排有利于使基体各部位向沉积源暴露的几率和条件大致相同，更易于得到较均匀的沉积膜。
为了使沉积源(21)对转动体(2)上所有基体都提供尽可能相同的沉积条件，本实用新型的结构能使转动体沿转动体长度方向做平移运动。为此，将固定轴(7)的支承座(5)安装在一平台(12)上，通过平台移动的传动机构(17)使平台(12)沿转动体(2)长度方向移动。
由于这种涂层装置要求每个基体都做自转运动，而基体的数量又比较多，本实用新型提出了一种结构简单的传动机构，使每个基体支持件伸入转动体内部的一端带有齿轮(6)与带端面齿零件(8)的齿相啮合，带端面齿的零件(8)放在转动体内部，与固定轴(7)轴线垂直并固定在固定轴(7)上。当转动体旋转时，基体支持件(1)随转动体做公转，同时基体支持件(1)上的齿轮(6)与端面齿啮合使基体支持件做自转运动。
基体自转运动还可以采用摩擦传动的方式，在每个基体支持件(1)伸入转动体(2)内部的一端有摩擦轮(25)，与另一个有叉形弹性体(18)的摩擦件(23)轴线垂直摩擦传动。摩擦件(23)可以制成环状或扇形体。摩擦件(23)放在转动体内部，与固定轴(7)轴线垂直并固定在固定轴(7)上。摩擦件(23)的外圆摩擦传动部位(26)制成沿半径方向略向外张开的叉形弹性体(18)，保证足够的摩擦力，使摩擦传动稳定。
转动体也可以根据需要制成断面为四方、六方、多边形等的中空柱体。
本实用新型的优点在于(1)该种涂层装置可以一次沉积数量较大的基体，如沉积硬质合金刀片，一次可以沉积350片以上，适合于大量生产使用。
(2)可以使基体各部位向沉积源暴露的几率和条件大致相同，从而保证沉积膜尽量均匀，各面涂层厚度差仅在5～10％之间，而固定不动的或者仅有公转轴和自转轴平行转动而没有平移运动的基体涂层，各面涂层厚度差在30－50％以上，有的甚至可高达100％。
(3)适宜于沉积外形较复杂的基体，如各种规格型号的硬质合金刀片及复杂形状的模具。
(4)采用基体支持件上的齿轮与端面齿相啮合或采用摩擦传动方法转动全部基体支持件，结构简单，工作可靠。
(5)基体按一定位置固定在转动体上，基体之间不接触，因而不会产生擦伤基体表面沉积膜的现象。
附图1.物理气相沉积用的涂层装置总图。
附图2.物理气相沉积用的涂层装置侧视图。
附图3.基体支持件装置图。
附图4.基体支持件自转摩擦传动图。
用以下实施例进一步说明本实用新型的结构本实施例为用于向硬质合金刀片涂层的装置。沉积在真空室内进行，真空度为1.33～0.0133巴。将350个YT14硬质合金31303C型刀片通过螺钉固定到基体支持件的螺钉孔(20)中。固定轴(7)通过两端的支承座(5)安装在移动平台(12)上。用电动机驱动转动体，通过一对齿轮(10，11)减速，带动位于转动体下部的四个摩擦支承轮(9)，与转动体摩擦传动。摩擦轮的轴承支座(27)安装在移动平台(12)上。装在固定轴(7)上的端面齿零件(8)与固定轴(7)一起是固定不动的，沿转动体长度方向每隔两排基体支持件安放一个两面带端面齿的零件(8)，该件制成扇形，安放在转动体固定轴的下面，使基体支持件仅在基体公转到转动体(2)下半圆接受沉积时才发生自转运动，当齿轮(6)与扇形端面齿脱离啮合时，基体处于转动体上方，不发生自转。移动平台(12)通过导向(15)安装在真空室内部的支架(16)上，可以做平行于固定轴轴线方向的移动。移动平台(12)侧面装有齿条(13)与齿轮(14)啮合，齿轮(14)与传动装置(17)联接。沉积源(21)位于真空室(4)底部，设在移动平台(12)之下，为了不妨碍沉积进行，移动平台(12)做成中空框形。
转动体转数为7转／分，基体自转转数为35转／分，平台移动速度1米／分，移动行程460毫米，转动体直径为350毫米，长度为690毫米。用加热器(3)将刀片加热至600℃，经过4小时沉积，可以得到显微硬度为2500～4000公斤／毫米2的TiN涂层刀片，沉积膜层厚度根据不同硬度要求可达2～10微米。
用这种涂层刀片切削45＃调质钢，40Cr，T8和铸铁等加工件，切削速度可达130～180米／分，耐用度提高3－7倍，表面光洁度提高一级。
权利要求
1.一种涂层装置，包括一个绕固定轴(7)旋转的转动体(2)，转动体的支承座(5)，若干安装在转动体(2)上并能绕自身轴线旋转的基体支持件(1)，至少一个设在转动体(2)下部的沉积源(21)，转动体的传动装置(22)，基体支持件(1)的传动装置以及真空室(4)，其特征是(1)所说的转动体为中空圆柱体，(2)所说的基体支持件(1)安装在转动体(2)的圆柱面上，基体支持件(1)的轴线沿转动体半径方向与固定轴轴线大致垂直。
2.根据权利要求
1所说的涂层装置，其特征是所说的转动体(2)通过支承座(5)安装在一个能沿固定轴(7)轴线方向移动的平台(12)上。
3.根据权利要求
2所述的涂层装置，其特征是所说的基体支持件(1)的传动装置由齿轮(6)和有端面齿的零件(8)组成，各个基体支持件(1)伸入转动体圆柱面内部的端部有齿轮(6)，与有端面齿零件(8)的齿啮合，所说的有端面齿零件(8)装在转动体(2)内部，与固定轴(7)轴线垂直并固定在转动体的固定轴(7)上。
4.根据权利要求
2所说的涂层装置，其特征是所说的基体支持件(1)的传动装置由摩擦轮(25)和有叉形弹性体的摩擦件(23)组成，各个基体支持件(1)伸入转动体圆柱面内部的端部有摩擦轮(25)，与有叉形弹性体的摩擦件(23)摩擦传动，摩擦件(23)装在转动体(2)内部，与固定轴(7)轴线垂直并固定在固定轴(7)上。
5.根据权利要求
1或2或3或4所说的涂层装置，其特征是所说的转动体(2)是多边形中空柱体。
专利摘要
本实用新型为物理气相沉积用的涂层装置，将被沉积的基体安放在基体支持件上，后者安装在转动体的圆柱面上，基体自转轴线与公转轴线垂直，转动体安装在可移动的平台上，使转动体上全部基体相对沉积源有相同的沉积条件。采用这种结构可以向外形比较复杂的诸面沉积薄膜并能得到均匀的沉积层，各涂层面厚度差仅在5～10％之间，适合于沉积如硬质合金刀片等小尺寸规格的产品。
文档编号C23C14/50GK86205741SQ86205741
公开日1987年7月15日 申请日期1986年8月16日
发明者张学华, 程世德, 陈观吾, 王东辉 申请人:北京市有色金属研究总院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan