專利名稱：一種在多弧離子鍍膜機(jī)上控制獲得合金薄膜的方法及其比例調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于利用多弧離子鍍膜機(jī)進(jìn)行合金薄膜表面處理的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，不斷對(duì)材料的性能提出更高的要求。材料科學(xué)面 臨新的挑戰(zhàn)，繼續(xù)開(kāi)發(fā)新材料和充分發(fā)揮現(xiàn)有材料的使用性能將是其發(fā)展的主要方向。磨 損、疲勞、和腐蝕是導(dǎo)致金屬零件失效的三種主要方式， 而其又都與零件材料的表面狀態(tài) (物理、化學(xué)和應(yīng)力狀態(tài)等)密切相關(guān)。刀具和模具的耐磨性及抗高溫氧化性主要取決于 表面的特性，絕大多數(shù)零件的疲勞裂紋又都在表面萌生，因此欲提高零件的使用性能關(guān)鍵 之一就是提高其材料的表面性能，整體材料通過(guò)改良工藝來(lái)改善表面性能的收益已遠(yuǎn)不能 滿足實(shí)際工程的需要，因而促進(jìn)了表面改性與強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展。表面技術(shù)，即使用各種物 理的、化學(xué)的或機(jī)械的工藝方法使材料表面獲得特殊的成分、組織結(jié)構(gòu)和性能，以提高其耐 磨、抗蝕性能、延長(zhǎng)使用壽命的技術(shù)。多弧離子鍍制備的TiN(氮化鈦)薄膜具有高的硬度、耐磨性，低的磨擦系數(shù)和良 好的化學(xué)穩(wěn)定性，在工模具上獲得廣泛的應(yīng)用。此外，由于其優(yōu)良的導(dǎo)電性和光學(xué)特性，金 黃色的華麗色澤，近年來(lái)其應(yīng)用擴(kuò)展到摩擦(軸承、齒輪)、裝飾、光學(xué)，以及微電子學(xué)等多 個(gè)領(lǐng)域。TiN涂層在工具行業(yè)上的成功被譽(yù)為“工具上的一次革命”，在高速鋼刀片上的TiN 涂層可使其壽命提高幾倍到數(shù)十倍，據(jù)報(bào)道，發(fā)達(dá)國(guó)家涂層刀具的覆蓋率達(dá)50%以上。我國(guó) 的研究工作起步較晚，但目前已達(dá)到制備涂層刀具出口的水平。表面沉積TiN硬質(zhì)膜的工 模具不僅提高了工件成型的生產(chǎn)效率，提高了工件的加工質(zhì)量，而且還由于使用壽命顯著 提高降低了工模具的消耗成本。氮化鈦還是一種耐用性好的仿金裝飾涂層，顏色接近黃金， 且使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)仿金銅和黃金。氮化鈦涂層成倍地提高了切削刀具和模具的壽命，改 善了加工表面質(zhì)量，減小了摩擦系數(shù)，降低了切削刃部的溫升。然而，隨著推廣應(yīng)用工作的 進(jìn)行，人們逐漸認(rèn)識(shí)到這種涂層仍存在不足，主要體現(xiàn)在=(I)TiN薄膜本身的硬度不夠高； (2)薄膜的孔隙率較高，對(duì)基體的防腐蝕保護(hù)作用不足；(3)與鋼等多種基體的附著力不夠 理想，使用溫度不超過(guò)600°C，膜層中的柱狀晶組織影響了其高溫抗氧化性。然而早在80年 代人們就已指出氮化鈦鍍層的性能可以通過(guò)用其他氮化物、碳化物和硼化物進(jìn)行合金化， 或用其他金屬部分或全部取代氮化鈦中的鈦來(lái)改善。過(guò)渡金屬的二元氮化物和碳化物在多數(shù)情況下，既可在同類之間互溶，又可在不 同類之間互溶，這種特性表示有可能形成三元或更多元的復(fù)合型薄膜，通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒?，?各種氮化物、碳化物、氧化物、硼化物組合起來(lái)，可以組成種類繁多的復(fù)合型固溶體薄膜和 化合物薄膜，以滿足不同領(lǐng)域的特殊要求。近十年來(lái)，出現(xiàn)了一系列新型涂層材料，如鈦基 復(fù)合氮化物和碳氮化物涂層、其他金屬的氮化物、碳化物及多元難熔高硬度化合物涂層、多 層復(fù)合涂層，它們?cè)谑褂眯阅苌细饔衅涮攸c(diǎn)，是氮化鈦涂層的良好補(bǔ)充和擴(kuò)展。在TiN基礎(chǔ) 通過(guò)加入金屬元素、非金屬元素或同時(shí)加入金屬元素和非金屬元素進(jìn)行強(qiáng)化所形成的各種氮化物薄膜是目前研究的熱點(diǎn)。用真空陰極電弧沉積多元復(fù)合薄膜時(shí)，多元成分的引入和精確控制一直以來(lái)是沉 積復(fù)合薄膜的難點(diǎn)之一，一般采用的方法是
(1)采用合金陰極靶材根據(jù)薄膜規(guī)定條件設(shè)計(jì)合金靶材，用熔煉或粉末燒結(jié)法 加工陰極靶材。合金靶材的弧斑燒損均勻，薄膜成分均勻，質(zhì)量較好。但是靶材的加工成本 較高，對(duì)于熔點(diǎn)相差較大金屬組成的的合金靶材，薄膜成分和靶材設(shè)計(jì)成分存在著加大的 偏析現(xiàn)象；(2)采用機(jī)械鑲嵌靶材將組元金屬鑲嵌在靶面上，弧斑在鑲嵌靶面上運(yùn)行時(shí)可 以蒸發(fā)出多組元的金屬進(jìn)行離化。該方法制靶簡(jiǎn)單，組元來(lái)源方便，但是由于靶面鑲嵌熔點(diǎn) 的不一致，弧斑燒損速度和蒸發(fā)量不一致，靶材容易形成“隕坑”或“森林”現(xiàn)象，薄膜成分 與設(shè)計(jì)成分也會(huì)出現(xiàn)較大偏差，有時(shí)還不易控制；(3)組合靶材在真空室的不同靶位安裝不同組元的陰極靶材，控制沉積功率和 參數(shù)，可以得到多元復(fù)合薄膜，但薄膜成分均勻性較差，成份濃度與參數(shù)控制有關(guān)，重復(fù)性 不夠；(4)氣氛調(diào)解法在沉積過(guò)程中通入含組元成分的氣體，如甲烷，乙炔，硅烷等，氣 體電離后沉積多組元薄膜，如Ti-C-N薄膜；(5)離子束輔助混合將組元成分氣體經(jīng)輔助離子源離化后進(jìn)入真空室與陰極等 離子共沉積形成多元復(fù)合薄膜。近年來(lái)，人們更加注重將多元膜、多層復(fù)合鍍膜技術(shù)用于產(chǎn)品。對(duì)多元膜采用多層 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以保證多元膜的優(yōu)良特性，同時(shí)還可以提高多元膜層與基體及膜層之間的匹 配性，使得多元多層薄膜的物理性能與基體有良好協(xié)調(diào)性，在結(jié)構(gòu)與性能上與基體有良好 的配合。目前國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)主要集中在多元多層膜的結(jié)構(gòu)與性能上，而對(duì)于如何保證 和精確控制這種多元多層膜的成分與每層的厚度的方法還很少見(jiàn)有報(bào)道。國(guó)內(nèi)外在制備多 元多層膜時(shí)，大多采用合金靶、機(jī)械復(fù)合靶、組合靶或使用復(fù)合鍍膜設(shè)備。使用這些靶材和 設(shè)備在制備多元多層膜上，都只是在膜層結(jié)構(gòu)層面上進(jìn)行研究，量化方面做得很不夠，更談 不上精密控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種在多弧離子鍍膜機(jī)上控制獲得合金薄膜的方法，其能精確 控制多元多層膜的成分與每層的厚度。本發(fā)明還包括所述在多弧離子鍍膜機(jī)上控制獲得合 金薄膜的方法的比例調(diào)節(jié)器。本發(fā)明包括如下技術(shù)特征一種在多弧離子鍍膜機(jī)上控制獲得合金薄膜的方法， 其特征在于至少包括如下步驟(1)在多弧離子鍍膜設(shè)備的兩個(gè)相對(duì)的陰極靶位上安裝不同種類的純金屬靶材；(2)在其中一個(gè)真空陰極靶靴前方加裝一個(gè)調(diào)節(jié)分篩陰極等離子體流通量的比例 調(diào)節(jié)器，所述比例調(diào)節(jié)器為帶有環(huán)孔的雙層圓形擋板，兩塊擋板的環(huán)孔一樣，且占整個(gè)圓形 擋板一定的比例，兩擋板中心裝有使它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱導(dǎo)套；所述比例調(diào)節(jié)器的雙層圓 形擋板的旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)整。(3)通過(guò)調(diào)整比例調(diào)節(jié)器兩板的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)陰極等離子體的流通量，從而控制等離子體氣氛中組元的比例；(4)通過(guò)控制靶材工作狀態(tài)制備出多元多層復(fù)合薄膜。所述步驟2中的比例調(diào)節(jié)器為雙層帶有扇形環(huán)孔的圓形擋板，兩塊圓形擋板的扇形孔完全一樣，且占整個(gè)圓形擋板一定的比例，兩擋板中心裝有使它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱導(dǎo) 套，通過(guò)調(diào)整兩板的旋轉(zhuǎn)角θ能調(diào)整扇形孔占整個(gè)圓形擋板的百分比S%。所述旋轉(zhuǎn)角θ最大為31/12，調(diào)制比例3%為0 25%。或者所述旋轉(zhuǎn)角θ最大為31/12，調(diào)制比例3%為25 50%。本發(fā)明還包括一種用于所述多弧離子鍍膜機(jī)上控制獲得合金薄膜的方法的比例 調(diào)節(jié)器。所述比例調(diào)節(jié)器為帶有環(huán)孔的雙層圓形擋板，兩塊擋板的環(huán)孔一樣，且占整個(gè)圓形 擋板一定的比例，兩擋板中心裝有使它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱導(dǎo)套；所述比例調(diào)節(jié)器的雙層圓 形擋板的旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)整。所述比例調(diào)節(jié)器為雙層帶有扇形環(huán)孔的圓形擋板，兩塊圓形擋板的扇形孔完全一 樣，且占整個(gè)圓形擋板一定的比例，兩擋板中心裝有使它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱導(dǎo)套，通過(guò)調(diào)整 兩板的旋轉(zhuǎn)角θ能調(diào)整扇形孔占整個(gè)圓形擋板的百分比S%。本發(fā)明可以利用多弧離子鍍膜設(shè)備，在兩個(gè)相對(duì)的陰極靶位上安裝不同種類的純 金屬靶材，在其中一個(gè)真空陰極前方加裝一個(gè)調(diào)節(jié)分篩陰極等離子體流通量的裝置，通過(guò) 調(diào)整比例調(diào)節(jié)器的偏轉(zhuǎn)角來(lái)調(diào)節(jié)陰極等離子體的流通量，從而有效地控制等離子體氣氛中 組元的比例，因此可以獲得一定設(shè)計(jì)成分的多元薄膜；通過(guò)控制靶材工作狀態(tài)(關(guān)閉、起 動(dòng))還可制備出多元多層復(fù)合薄膜，這種真空電弧陰極等離子比列調(diào)節(jié)器對(duì)于控制多元膜 層的組元成分是一種有效的方法(1)可以精確控制薄膜多組元成分通過(guò)控制比例調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)板上的流通面積 S% (即調(diào)節(jié)兩板的旋轉(zhuǎn)角θ )，可以精確控制復(fù)合薄膜組元的成分；(2)可以有效過(guò)濾陰極弧流中的液滴顆粒通過(guò)調(diào)整比例調(diào)節(jié)器等偏轉(zhuǎn)角θ (離 子流通面積)，兩擋板可以有效地對(duì)與等離子體一起蒸發(fā)出來(lái)的中性大液滴顆粒有效 的部分屏蔽遮擋，大大減少膜層中液滴的數(shù)，從而得到高質(zhì)量的復(fù)合薄膜。


圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例中Bulat-6多弧離子鍍膜機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為比例調(diào)節(jié)器擋板安裝結(jié)構(gòu)圖；圖3為Tl比例調(diào)節(jié)器的擋板結(jié)構(gòu)圖；圖4為Tl比例調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖；圖5為T2比例調(diào)節(jié)器的擋板結(jié)構(gòu)圖；圖6為T2比例調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖；圖7為TiCr薄膜能譜圖；圖8為不同比例調(diào)節(jié)器對(duì)TiCr薄膜中Cr含量的影響；圖9為AlCr薄膜能譜圖；圖10為不同比例調(diào)節(jié)器對(duì)AlCr薄膜中Cr含量的影響。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的工作原理為首先，在多弧離子鍍膜設(shè)備的兩個(gè)相對(duì)的陰極靶位上安裝不同種類的純金屬靶材；其次，在其中一個(gè)真空陰極靶材前方加裝一個(gè)調(diào)節(jié)分篩陰極等離子體流通量的比 例調(diào)節(jié)器，所述比例調(diào)節(jié)器為帶有環(huán)孔的雙層圓形擋板，兩塊擋板的環(huán)孔一樣，且占整個(gè)圓 形擋板一定的比例，兩擋板中心裝有使它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱導(dǎo)套；所述比例調(diào)節(jié)器的雙層 圓形擋板的旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)整；工作時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整比例調(diào)節(jié)器兩板的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)陰極等離子體的流通量， 從而控制等離子體氣氛中組元的比例；然后，通過(guò)控制靶材工作狀態(tài)制備出多元多層復(fù)合薄膜。本發(fā)明的其中一個(gè)具體實(shí)施方式
是在愛(ài)沙尼亞產(chǎn)真空陰極電弧沉積設(shè)備Bulat-6 上進(jìn)行，并在其上配上自制的等離子體比例調(diào)節(jié)器。Bulat-6機(jī)，包括冷陰極離子源1、第一進(jìn)氣口 2、第二進(jìn)氣口 3、陰極靶4電磁線 圈5、工作臺(tái)6、抽真空裝置抽氣口 7、真空室8。其結(jié)構(gòu)如圖1所示，該機(jī)有二個(gè)正對(duì)等離子 體陰極靶4，一個(gè)大束流冷陰極離子源1，一個(gè)工件負(fù)偏壓電源，兩路脈沖氣體進(jìn)氣通路，一 個(gè)紅外測(cè)溫儀和一個(gè)熱電偶測(cè)溫儀。真空系統(tǒng)由機(jī)械泵和擴(kuò)散泵組成，真空室8尺寸為 0 600mmX6000真空工作室8外表面有循環(huán)冷卻水管以冷卻爐體，下面有電加熱裝置，可給 循環(huán)冷水管路供熱水，以利于排除爐體內(nèi)表吸附的氣體，以進(jìn)一步提高真空室的本底真空 度。在金屬等離子體陰極靶的前方圓形管外周加有電磁場(chǎng)線圈，控制弧光放電弧斑集中于 陰極表面。二個(gè)等離子體弧源同時(shí)對(duì)準(zhǔn)鍍膜室中心，提高鍍膜均勻性。由多弧離子鍍膜機(jī)(Bulat-6)的陰極蒸發(fā)物料在電磁場(chǎng)的作用下，螺旋直線通過(guò) 電磁線圈管筒(管筒直徑0 200，陰極至真空室壁長(zhǎng)度為180)。真空鍍膜時(shí)，經(jīng)過(guò)管筒的等 離子體進(jìn)入真空室后擴(kuò)散開(kāi)去，在工件上的負(fù)偏壓作用下，有一定的繞射性，加上工作臺(tái)是 反時(shí)針以一定的速度旋轉(zhuǎn)，使沉積于工件上的被鍍制的薄膜得以均勻。本發(fā)明正是利用多弧等離子體鍍膜機(jī)Bulat-6上控制陰極等離子體運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng) 管筒，在其前方安裝帶有扇形環(huán)孔的雙層擋板9，安裝示意圖見(jiàn)圖2。兩塊擋板的扇形孔完全一樣，且占整個(gè)圓形擋板一定的比例，兩擋板中心裝有使 它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱導(dǎo)套，通過(guò)調(diào)整兩板的旋轉(zhuǎn)角(偏轉(zhuǎn)角9)，兩擋板緊貼在一起，只要 調(diào)整扇形孔占整個(gè)圓形擋板(也是磁場(chǎng)管筒的截面積)的百分比S%，整個(gè)裝置就構(gòu)成了等 離子體比例調(diào)節(jié)器。等離子體通過(guò)比例調(diào)節(jié)器雙層擋板時(shí)，部分被遮擋屏蔽，只有扇形環(huán)孔 讓其通過(guò)，這樣就可以調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)角e來(lái)改變等離子體的流通面積百分比，從而調(diào)整合 金薄膜及多元薄膜的成分。本實(shí)驗(yàn)做有兩個(gè)這樣的調(diào)節(jié)器，分別為T1和T2。如圖3、圖4、如圖5、圖6所示， T1、T2為帶有環(huán)孔的雙層圓形擋板9，兩塊擋板9的環(huán)孔10 —樣，且占整個(gè)圓形擋板9 一定 的比例，兩擋板9中心裝有使它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱12、導(dǎo)套11 ；所述比例調(diào)節(jié)器的雙層圓形 擋板9的旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)整；T1的調(diào)制比例S%*(T25%，0最大為ji/12(15° )，每度角對(duì) 應(yīng)的等離子體流通面積比$%為1. 667%，最大調(diào)節(jié)量也為25%。T1最大流通面積(偏轉(zhuǎn)角e此時(shí)為JI /12)，計(jì)算方法如下
的RfR12是擋板9上的環(huán)孔半徑。當(dāng) Rl = 95，R2 = 85，R3 = 75，R4 = 66，R5 = 57，R6 = 49，R7 = 42，R8 = 35，R9 =29，RlO = 23，Rll = 18，R12 = 10 時(shí)，流通量 25%。Tl最小流通面積(偏轉(zhuǎn)角θ此時(shí)為0)
S 最小=0%如圖5、圖6所示，Τ2也是為帶有環(huán)孔的雙層圓形擋板9，兩塊擋板9的環(huán)孔10 — 樣，且占整個(gè)圓形擋板9 一定的比例，兩擋板9中心裝有使它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱導(dǎo)套11 ；所 述比例調(diào)節(jié)器的雙層圓形擋板9的旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)整。Τ2與Tl的不同時(shí)其環(huán)孔的面積要大 于Tl，因此Τ2的調(diào)制比例3%為25 50%，偏轉(zhuǎn)角θ最大也為π/12 (15° )，每度角對(duì)應(yīng)的 等離子體流通面積百分比也為1. 667%。T2最大流通面積(偏轉(zhuǎn)角θ此時(shí)為π /12)，計(jì)算方法如下
所述的 R1 R12 是擋板 9 上的環(huán)孔 ** 3 JOt2半徑。當(dāng) Rl = 91. 5，R2 = 67，R3 = 63，R4 = 33. 5，R5 = 29. 5，R6 = 10 時(shí)，流通量 為 50%。T2最小流通面積(偏轉(zhuǎn)角θ此時(shí)為0)S 最小=25%實(shí)際應(yīng)用舉例及效果(I)TiCr合金薄膜的成分與流通面積的關(guān)系通過(guò)能譜測(cè)量不同流通面積下的TiCr薄膜的成分。下表1為不同流通量 沉積的TiCr薄膜的成分，當(dāng)不加陰極等離子體比例調(diào)節(jié)器即比例調(diào)節(jié)器的流通量5%為 100% (不加比例調(diào)整器)時(shí)，薄膜中Cr含量為43.779at. %，如圖7所示。
表 1
比例調(diào)節(jié)器的百分流通量3%與薄膜中實(shí)際成分的關(guān)系如圖8所示。由圖可知，隨 著增加，膜層中Cr的含量也在增加，且等離子體百分流通面積不同的兩個(gè)比例調(diào)節(jié) 器，分成斜率不同的兩條直線增長(zhǎng)，根據(jù)擬合曲線在Tl調(diào)節(jié)器下調(diào)節(jié)下有Cr(. at% ) = _2· 407+0. 528*S% (1-1)根據(jù)擬合曲線在T2調(diào)節(jié)器及不用調(diào)節(jié)器下有Cr(. at% ) = 14. 835+0. 289*S% (1-2)這是因?yàn)榈茸芋w經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器擋板前認(rèn)定是螺旋直線運(yùn)動(dòng)，所以擋板對(duì)等離子體的 遮擋與屏蔽就與其流通面積幾乎成直線正比關(guān)系。當(dāng)流通量較大時(shí)，直線的斜率下降，可能 與擋板對(duì)等離子體的散射、繞射等因素有關(guān)，即等離子體產(chǎn)生一定角度的散射和在真空室 內(nèi)工作臺(tái)周圍產(chǎn)生繞射，這有利有增加鍍膜的均勻性和增大鍍膜室的有效工作空間，但降 低了加有調(diào)節(jié)器的陰極靶元在合金薄膜中的含量。不過(guò)總體上也是成直線關(guān)系。這樣就可 以通過(guò)調(diào)整陰極等離子體比例調(diào)節(jié)器的偏轉(zhuǎn)角θ來(lái)調(diào)節(jié)等離子體的流通量，從而實(shí)現(xiàn) 膜層中合金成分的精確控制。由公式(1-1)、(1-2)，可以根據(jù)不同的陰極等離子體比例調(diào) 節(jié)器百分流通面積求出TiCr薄膜中Cr的百分含量。(2) AlCr 合金薄膜為了更進(jìn)一步了解陰極電弧等離子體比例調(diào)節(jié)器在沉積合金薄膜的調(diào)節(jié)作用，為 了實(shí)現(xiàn)在不需要制作各種合金靶材的情況下，通過(guò)我們?cè)O(shè)計(jì)的等離子體的就可以實(shí)現(xiàn)二元 合金、多元硬質(zhì)薄膜的成分進(jìn)行相對(duì)較為精確的控制的目標(biāo)，本實(shí)驗(yàn)還把等離子體比例調(diào) 節(jié)器裝于Cr靶前方，通過(guò)調(diào)整偏轉(zhuǎn)角θ來(lái)調(diào)節(jié)Cr等離子體的流通量，來(lái)沉積不同成分 比例的AlCr合金薄膜。通過(guò)能譜測(cè)量不同流通面積下的AlCr薄膜的成分。表2為不同流通量下沉積 的AlCr薄膜的成分，當(dāng)不加陰極等離子體比例調(diào)節(jié)器即比例調(diào)節(jié)器的流通量3%為100% (不加比例調(diào)整器)時(shí)，薄膜中Al含量為17.8341at. %。如圖9所示。
表2比例調(diào)節(jié)器的百分流通量3%與薄膜中實(shí)際成分的關(guān)系如圖10所示。由圖可知， 隨著增加，膜層中Cr的含量也在增加，且等離子體百分流通面積不同的兩個(gè)比例調(diào) 節(jié)器Tl、T2，分成斜率不同的兩條直線增長(zhǎng)，根據(jù)擬合曲線在Tl調(diào)節(jié)器下調(diào)節(jié)下有Cr(. at% ) = _3· 184+1. 404*S% (1-3)根據(jù)擬合曲線在T2調(diào)節(jié)器及不用調(diào)節(jié)器下有Cr(. at% ) = 40. 044+0. 306*S% (1-4)這是因?yàn)榈茸芋w經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器擋板前認(rèn)定是螺旋直線運(yùn)動(dòng)，所以擋板對(duì)等離子體的 遮擋與屏蔽就與其流通面積幾乎成直線正比關(guān)系。當(dāng)流通量較大時(shí)，直線的斜率下降，可能 與擋板對(duì)等離子體的散射、繞射等因素有關(guān)，即等離子體產(chǎn)生一定角度的散射和在真空室 內(nèi)工作臺(tái)周圍產(chǎn)生繞射，這有利有增加鍍膜的均勻性和增大鍍膜室的有效工作空間，但降 低了加有調(diào)節(jié)器的陰極靶元在合金薄膜中的含量。不過(guò)總體上也是成比例直線關(guān)系。這樣 就可以通過(guò)調(diào)整陰極等離子體比例調(diào)節(jié)器的偏轉(zhuǎn)角θ來(lái)調(diào)節(jié)等離子體的流通量，從而 實(shí)現(xiàn)膜層中合金成分的精確控制。由公式(1-3)、(1-4)，可以根據(jù)不同的陰極等離子體比 例調(diào)節(jié)器百分流通面積求出AlCr薄膜中Cr的百分含量。
權(quán)利要求
一種在多弧離子鍍膜機(jī)上控制獲得合金薄膜的方法，其特征在于至少包括如下步驟(1)在多弧離子鍍膜設(shè)備的兩個(gè)相對(duì)的陰極靶位上安裝不同種類的純金屬靶材；(2)在其中一個(gè)真空陰極靶靴前方加裝一個(gè)調(diào)節(jié)分篩陰極等離子體流通量的比例調(diào)節(jié)器，所述比例調(diào)節(jié)器為帶有環(huán)孔的雙層圓形擋板，兩塊擋板的環(huán)孔一樣，且占整個(gè)圓形擋板一定的比例，兩擋板中心裝有使它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱導(dǎo)套；所述比例調(diào)節(jié)器的雙層圓形擋板的旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)整。(3)通過(guò)調(diào)整比例調(diào)節(jié)器兩板的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)陰極等離子體的流通量，從而控制等離子體氣氛中組元的比例；(4)通過(guò)控制靶材工作狀態(tài)制備出多元多層復(fù)合薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在多弧離子鍍膜機(jī)上控制獲得合金薄膜的方法，其特征在 于所述步驟2中的比例調(diào)節(jié)器為雙層帶有扇形環(huán)孔的圓形擋板，兩塊圓形擋板的扇形孔 完全一樣，且占整個(gè)圓形擋板一定的比例，兩擋板中心裝有使它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱導(dǎo)套，通 過(guò)調(diào)整兩板的旋轉(zhuǎn)角θ能調(diào)整扇形孔占整個(gè)圓形擋板的百分比S%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在多弧離子鍍膜機(jī)上控制獲得合金薄膜的方法，其特征在 于所述旋轉(zhuǎn)角θ最大為^1/12，調(diào)制比例3%為纊25%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在多弧離子鍍膜機(jī)上控制獲得合金薄膜的方法，其特征在 于所述旋轉(zhuǎn)角θ最大為^1/12，調(diào)制比例3%為25 50%。
5.一種用于權(quán)利要求1所述在多弧離子鍍膜機(jī)上控制獲得合金薄膜方法的比例調(diào)節(jié) 器，其特征在于所述比例調(diào)節(jié)器為帶有環(huán)孔的雙層圓形擋板，兩塊擋板的環(huán)孔一樣，且占整 個(gè)圓形擋板一定的比例，兩擋板中心裝有使它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱導(dǎo)套；所述比例調(diào)節(jié)器的 雙層圓形擋板的旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于多弧離子鍍膜機(jī)上控制獲得合金薄膜方法的比例調(diào)節(jié) 器，其特征在于所述比例調(diào)節(jié)器為雙層帶有扇形環(huán)孔的圓形擋板，兩塊圓形擋板的扇形孔 完全一樣，且占整個(gè)圓形擋板一定的比例，兩擋板中心裝有使它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱導(dǎo)套，通 過(guò)調(diào)整兩板的旋轉(zhuǎn)角θ能調(diào)整扇形孔占整個(gè)圓形擋板的百分比S%。
全文摘要
本發(fā)明為一種在多弧離子鍍膜機(jī)上控制獲得合金薄膜的方法及其比例調(diào)節(jié)器，在其中一個(gè)真空陰極靶靴前方加裝一個(gè)調(diào)節(jié)分篩陰極等離子體流通量的比例調(diào)節(jié)器，所述比例調(diào)節(jié)器為帶有環(huán)孔的雙層圓形擋板，兩塊擋板的環(huán)孔一樣，且占整個(gè)圓形擋板一定的比例，兩擋板中心裝有使它們相互旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)柱導(dǎo)套；所述比例調(diào)節(jié)器的雙層圓形擋板的旋轉(zhuǎn)角度可調(diào)整。通過(guò)調(diào)整比例調(diào)節(jié)器兩板的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)陰極等離子體的流通量，從而控制等離子體氣氛中組元的比例；通過(guò)控制靶材工作狀態(tài)制備出多元多層復(fù)合薄膜。本發(fā)明能有效地控制等離子體氣氛中組元的比例，還可制備出多元多層復(fù)合薄膜；沉積過(guò)程通入N2和CH4氣體可以制備出高硬度的陶瓷多元膜或多元多層膜。
文檔編號(hào)C23C14/54GK101871094SQ201010195539
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者曾鵬, 胡社軍, 謝光榮 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)