[其他]高能级磁控溅射离子镀技术

说明书

高能级磁控溅射离子镀技术是在具有一个工件负高压电源的磁控溅射离子镀装置中实现的。该离子镀工艺使镀膜有一个靶材（膜材）元素和基材元素共存的过渡层；镀膜中能出现靶材元素和基材元素组成的化合物相和固溶体相；多辉光高能级磁控溅射离子镀技术，进一步扩展了镀膜过渡层，并能沉积多层次镀膜、多元素镀膜以及反应镀膜。上述技术可以满足对表面的不同性能的要求。该项技术还具有节约能源，无公害等优点。

本发明属于物理气相沉积。

在已有技术中，离子镀是在真空条件下使镀膜材料蒸发为金属蒸汽，在蒸发源和工件间加一直流电压（工件为阴极），使工件与蒸发源之间产生辉光放电，金属蒸气原子在辉光放电电场中被电离为金属正离子（Me⁺），该金属正离子在电场作用下高速飞向工件表面，并在工件表面上沉积而形成膜。由于真空洁净作用，离子清洗及高能粒子的注入和溅射作用，使得离子镀的镀膜与基体的附着力和致密度都远优于一般真空镀膜（真空蒸镀膜与真空溅射膜）和电镀膜。但上述离子镀技术所采用的蒸发源为点状热蒸发源和一般真空溅射源。前一种离子镀技术不易实现长时间稳定均恒的蒸发，在镀制大面积零件时，不能保证镀膜均匀一致。而后一种离子镀技术成膜速度很慢。

磁控溅射是利用真空辉光放电时阴极溅射效应使固态金属材料变成气态金属原子的，为了提高溅射效率在阴极附近放置一个与电场呈正交的强磁场，以控制自由电子的运动轨迹，提高电离几率和溅射效率。用磁控溅射作为蒸发源，其蒸发速度稳定均恒，镀膜沉积速度快，镀覆面积大，可应用于大量生产。但现有的磁控溅射镀膜机均不加工件负高压电源，因此，在金属工件上镀膜时附着力差，会产生脱落现象。

本发明把磁控溅射技术和离子镀技术结合起来，提出了适合于磁控溅射条件下工作的负高压电源，提出了镀膜的最佳工艺参数。本发明把这种用磁控溅射作为蒸发源进行负高压离子镀的技术叫做高能级磁控溅射离子镀。

高能级磁控溅射离子镀工艺，包括磁控溅射技术、离子镀技术以及一个多辉光系统（附图3中的〔8〕、〔11〕、〔12〕），本发明的特征在于把磁控溅射技术和离子镀技术结合起来，利用一个适合于磁控溅射条件下工作的作为工件负高压直流电源的离子镀供电装置〔9〕，实现了在钢铁基工件上镀金属，如镀铝、镀铬、镀镍、镀钛、镀锌、镀铜、镀钒、镀钼、镀钨、镀铌、镀锆和镀不锈钢，在有色金属基工件上镀金属，如镀钛、镀铝，在镍基工件上镀不锈钢，以及在金属基工件上镀氮化物、碳化物、氧化物、硫化物和镀多元素镀膜。这种离子镀工艺使金属材料的磁控溅射离子镀金属膜有一个厚达几个微米到几十个微米的靶材元素和基材元素共存的过渡层，镀膜中能出现靶材元素和基材元素所组成的化合物相和固溶体相。基材和靶材选用范围广泛。

附图1是磁控溅射装置示意图。它是由真空容器〔1〕，永久磁铁〔2〕，阳极〔3〕，溅射靶〔4〕，溅射电源〔5〕，真空抽气系统〔6〕，氩气充气系统〔7〕，和基板（工件）〔8〕八个主要部分组成。工作时，真空容器〔1〕由真空抽气系统〔6〕抽真空，真空度达到1.33×10^-3帕斯卡时，由氩气充气系统〔7〕通入氩气，真空容器〔1〕内真空度为2.67×10^-1帕斯卡，启动溅射电源〔5〕，调节电压到600伏时，阳极〔3〕和溅射钯〔4〕之间产生低压气体辉光放电，氩气被电离，氩离子（Ar⁺）在电场作用下射向靶表面，把靶材原子（或原子团）溅射出来，沉积在工件〔8〕上。