專利名稱：等離子鍍膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種在真空條件下的物理氣相沉積裝置、特別是一種利用冷陰極真空電弧型蒸發(fā)離化源的等離子鍍膜裝置。
用冷陰極真空電弧型蒸發(fā)離化源由于電離度高，等離子體充滿空間大，鍍膜快，所沉積溫度低，操作簡(jiǎn)單，可靠，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)構(gòu)成為第三代離子鍍膜裝置而在裝飾鍍和工具鍍領(lǐng)域得到應(yīng)用。
在需要獲得不同金屬成份或這些金屬的化合物(如氮化物、碳化物、氧化物等)構(gòu)成的薄膜時(shí)，必須采用特殊措施。英國(guó)專利GB－2，106，545給出一種方法用不同種金屬構(gòu)成同軸的套筒式結(jié)構(gòu)來(lái)作為被蒸發(fā)金屬源陰極。不同種金屬所需蒸發(fā)離化量比例用改變套筒式結(jié)構(gòu)的幾何尺寸來(lái)控制。這種方法比較簡(jiǎn)單，但實(shí)用上存在些問(wèn)題。
一個(gè)問(wèn)題是為了使上述冷極電弧型蒸發(fā)離化源正常工作，作為蒸發(fā)離化源材料的金屬陰極一般要處于一定的磁場(chǎng)中，陰極斑點(diǎn)在蒸發(fā)面上的高速運(yùn)動(dòng)受磁場(chǎng)控制。當(dāng)二種具有不同導(dǎo)磁特性的金屬(例如鈦和鎳)組合在一起時(shí)，原有磁場(chǎng)將明顯疇變，陰極斑點(diǎn)運(yùn)動(dòng)失控而不能正常工作。
問(wèn)題之二是不同金屬的許多判別如蒸發(fā)溫度不同，陰極斑點(diǎn)電流不同，電離電位不同等使得在同一陰極面上穩(wěn)定放弧、均勻蒸發(fā)離化并能準(zhǔn)確控制不同金屬的蒸發(fā)量在實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)。
問(wèn)題之三是要將不同金屬加工成同軸套筒式結(jié)構(gòu)在實(shí)用上往往有困難，或者至少是很不經(jīng)濟(jì)的。例如要制備少量套筒型高純金屬鉻，至少一般單位都不可能。
上述問(wèn)題大大限制了實(shí)際應(yīng)用。本發(fā)明提出的一種解決方案是一種冷陰極真空電弧型等離子鍍膜裝置，其特征為在冷陰極真空電弧產(chǎn)生的等離子區(qū)域內(nèi)另有電熱式金屬蒸發(fā)源。即在冷陰極電弧蒸發(fā)離化源(該類源也可以是二個(gè)或多個(gè))之外再配置一個(gè)或多個(gè)普通電熱式蒸發(fā)源，從而構(gòu)成復(fù)式蒸發(fā)源。
由于電熱式金屬蒸發(fā)源是利用將金屬加熱到蒸發(fā)溫度而氣化的原理。不存在陰極斑點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，電離電位高低、導(dǎo)磁特性的影響；被蒸金屬形狀可以是粉、塊、片、絲等各種形狀，來(lái)源豐富而經(jīng)濟(jì)；二類不同的蒸發(fā)離化源都是單獨(dú)配置，可以分別準(zhǔn)確控制蒸發(fā)量；電熱式蒸發(fā)源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、因而一舉解決了上述存在的問(wèn)題。
要著重說(shuō)明的是，本方案決不只是現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)單疊加，是建立在本申請(qǐng)人觀察到的下列實(shí)驗(yàn)事實(shí)和組合后得到的獨(dú)特使用效果基礎(chǔ)上的。眾所周知加熱蒸發(fā)產(chǎn)生的金屬蒸氣主要是中性原子狀態(tài)而不是離子狀態(tài)，其能量較小，與被沉積工作的附著力不高，也難以與通入的常用反應(yīng)氣體生成所需化合物。但是這種蒸發(fā)源當(dāng)處在冷陰極真空電弧產(chǎn)生的等離子體區(qū)域內(nèi)時(shí)，情況發(fā)生了質(zhì)變。此時(shí)從電熱蒸發(fā)源中產(chǎn)生的金屬蒸氣被高能的等離子流離化為具有較高能量的離子。相當(dāng)于成為又一個(gè)離化能量較大的蒸 發(fā)離化源。這一點(diǎn)從下列事實(shí)得到證實(shí)在單獨(dú)電熱蒸發(fā)銅或鎳時(shí)看不到蒸氣的顏色，但當(dāng)冷陰極源放弧時(shí)，立刻出現(xiàn)了銅鎳 離子特有的美麗的蘭色和綠色。從最終沉積產(chǎn)物性能也證實(shí)了與工件結(jié)合力大大提高，而且可以與通入的反應(yīng)氣體生成 原先得不到的化合物。這證明了將電熱式蒸發(fā)源與冷陰極電弧蒸發(fā)離化源組合后得到了任何一個(gè)單種蒸發(fā)源得不到的獨(dú)特效果。
實(shí)施例詳見(jiàn)附圖
。其中各標(biāo)號(hào)意義1－真空室；2－冷陰極電弧型蒸發(fā)離化源；3－密封件；4－A電熱式蒸發(fā)源；5－絕緣密封件；6－電源；7－B電熱式蒸發(fā)源；8－真空泵系統(tǒng)；9－工件；10－工件架；11－工件架旋轉(zhuǎn)軸；12－反應(yīng)氣體進(jìn)口。
冷陰極電弧型蒸發(fā)離化源2放弧時(shí)產(chǎn)生了第一種金屬的等離子流。為了鍍膜均勻，工件架10有一旋轉(zhuǎn)軸11，工件9可以繞軸11作公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)。A電熱式金屬蒸發(fā)源4配置在工件9與上述冷陰極電弧源2之間；而B(niǎo)電熱式金屬蒸發(fā)源7配置在旋轉(zhuǎn)工件架10的旋轉(zhuǎn)軸軸心線部位；A、B二個(gè)電熱式蒸發(fā)源均為電阻加熱式，經(jīng)絕緣密封件5連接到電源6上。真空泵系統(tǒng)8工作使真空室1中得到所需的真空度，反應(yīng)氣體從進(jìn)口12定量供給。A、B二個(gè)蒸發(fā)源均在冷陰極電弧蒸發(fā)離化源產(chǎn)生的等離子體區(qū)域內(nèi)。區(qū)別在于源A離冷陰極電弧源2近，金屬蒸氣離化強(qiáng)些，但因偏在工件的一側(cè)，均勻性不如源B；而源B離冷陰極電弧源2遠(yuǎn)，離化弱一些，但處于工件旋轉(zhuǎn)軸心部位，對(duì)工件鍍膜均勻性較好?？梢愿鶕?jù)具體鍍膜工藝需要靈活選擇。
由于采用了二種不同的蒸發(fā)離化源相結(jié)合的復(fù)式蒸發(fā)離化源，因而大大擴(kuò)展了這種等離子鍍膜裝置的功能。除了可以完全替代一般的冷陰極真空電弧型等離子鍍膜機(jī)之外，還可以組合出20種以上不同的復(fù)合膜?？梢苑奖愕卣舭l(fā)離化用冷陰極真空電弧型蒸發(fā)離化源難以離化的許多金屬；而且不存在冷陰極真空放電時(shí)所難以完全消除的大顆粒，鍍膜質(zhì)量更好；適用工件范圍廣泛，工件材質(zhì)可以是塑料、玻璃、陶瓷、各種金屬，工件形狀可為細(xì)長(zhǎng)桿、扁盤及分散小件；既可用于鐘表、五金、首飾、家俱等耐磨鍍層；還可以用于對(duì)非導(dǎo)體表面鍍導(dǎo)電膜，高耐熱、耐腐蝕等功能性鍍膜，是一種新型多功能復(fù)合鍍膜裝置。
權(quán)利要求1.一種冷陰極真空電弧型等離子鍍膜裝置，其特征為在冷陰極真空電弧產(chǎn)生的等離子區(qū)域內(nèi)另有電熱式金屬蒸發(fā)源。
2.一種如權(quán)利要求1.所述的等離子鍍膜裝置，其特征為電熱式金屬蒸發(fā)源配置在工件與冷陰極真空電弧蒸發(fā)離化源之間。
3.一種如權(quán)利要求1.所述的等離子鍍膜裝置，其特征為電熱式金屬蒸發(fā)源配置在旋轉(zhuǎn)工件架的旋轉(zhuǎn)軸軸心線部位。
4.一種如權(quán)利要求1.所述的等離子鍍膜裝置，其特征為在旋轉(zhuǎn)工件架軸心線部位及工件與冷陰極真空電弧蒸發(fā)離化源之間均設(shè)有電阻加熱式金屬蒸發(fā)源。
專利摘要一種冷陰極真空電弧型等離子鍍膜裝置，在冷陰極真空電弧產(chǎn)生的等離子區(qū)域內(nèi)另有電熱式金屬蒸發(fā)源構(gòu)成復(fù)式蒸發(fā)離化源。這樣的復(fù)式蒸發(fā)離化源具有任何一單種蒸發(fā)源得不到的獨(dú)特效果。是適用于塑料、玻璃、陶瓷、各種金屬部件的多功能復(fù)合鍍膜裝置。
文檔編號(hào)C23C14/32GK2067280SQ9020643
公開(kāi)日1990年12月12日 申請(qǐng)日期1990年5月14日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月14日
發(fā)明者劉樹(shù)德, 高慶民, 周玉福 申請(qǐng)人:蘇州市輕工業(yè)品設(shè)計(jì)研究所