[发明专利]用于太阳热能和其它应用的管内及管外表面的涂覆方法

说明书

技术领域

本发明叙述一种使用高沉积率的空心阴极技术来同时和均匀地涂覆两内表面和一外表面的方法。此外，该技术启示一种新的方法，其可用两种不同类型的涂料同时地涂覆空心部件的内和外表面。

背景技术

在真空腔体内用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法来涂覆工件外表面是众所周知的。利用PECVD技术来涂覆空心工件的内表面较为少见，但授予Boardman等人的美国专利7,300,684对此作了叙述，其采用高沉积率的PECVD技术。Boardman等人的专利在此引入作为参考。该方法包括使用管件本身作为真空腔体，将供气与一个开口耦合以及将真空泵与另一开口耦合，并采用偏压系统，该偏压系统与附着于管件的负极连接以及与设置在管件端部的返回阳极(return anode(s))连接。可以引入烃前体并使用偏压系统来产生高密度空心阴极等离子体以及将烃离子吸引到表面以形成类金刚石碳(DLC)膜。

在许多情况下，空心工件的内表面和外表面都需要涂覆。此前，这需要以不同的加工法来分别涂覆每一表面。授予Jung等人的美国专利6,129,856叙述了一种内表面的涂覆方法，由于整个部份皆包含在真空腔体中，该方法可能导致管件的外表面无意中被涂覆。虽然Jung等人的方法与其它方案相比具有优势，但外部涂层的厚度可能不均匀，而且可能小于内部涂层的厚度，由于气流被导向通过空心体里面，所以大部份气体会消耗于管件内。此外，高离子密度的空心阴极等离子体在离开邻接内部涂层的空心阴极源后会迅速地衰变。

发明内容

根据本发明的一种方法可以涂覆工件的外表面，以使涂层具有要求的(目标)涂覆特性。在若干应用中，可以同时涂覆许多工件的外表面，诸如在活塞环或类似工件的涂覆应用中。作为第一步，可提供具有多维内表面的腔体。该多维内表面具有相对于所述腔体的轴线的特定几何形状。例如，该腔体可为圆筒形。每一工件定位于所述腔体之内，以致于所述多维内表面和所述工件的外表面之间的间距沿着所述腔体的轴线方向大体保持固定。在所述工件为圆筒形时，可将工件同轴地定位在圆筒形腔体内。制定条件以在所述腔体的内表面和所述工件的外表面之间的间距内维持空心阴极效应，从而限定空心阴极效应区。所述腔体的内表面和所述工件的外表面被加偏压以作为阴极，但无需处于相同的偏压下，而阳极则设置在所述空心阴极效应区的相对端。

正如本文所限定，当至少两阴极表面彼此相对地定位并与相隔的阳极电协作时，会发生“空心阴极效应”，以便实现电子的“振荡运动”来提高等离子体内的电离率。腔体内壁和工件外表面之间的间距可以选择，以便控制等离子体密度以及等离子体聚焦。如果该间距低于预期范围，强等离子体与待涂覆表面将会太接近，造成强烈的离子轰击和加热，以致涂层的质量将受到不利的影响。另一方面，如果间距超过目标范围，需要很高的偏压来实现空心阴极效应，从而造成热峰值，其可导致劣质的涂层。在一个实施例中，要求的涂层为类金刚石涂层(DLC)。另一个考虑为空心阴极效应区的长度和横跨空心阴极效应区的距离的纵横比。因为其中一个阳极与距离最远的工件部份之间的长度增加(通常为至工件中心的距离)，电子所必须移动的距离会增大。通过将该纵横比保持于给定界限之内，诸如保持低于50∶1的纵横比时，可以促进涂层厚度的均匀性。

具体而言，如果用该方法同时涂覆很多工件的话，可以沿着与所述腔体同轴的杆来支承这些工件。另一方面，该方法还可用于同时涂覆工件(诸如管件)的内表面和外表面。因此，空心阴极效应可在管内形成，并且可在管件和腔体壁之间的间隔内形成。施加于管件内部的涂层与施加于外部的涂层相对于涂覆特性(例如，厚度)或涂覆材料而可以相同或不相同。

一种根据本发明的系统可以包括起腔体作用的大直径管件。小直径部件则可同轴地设置在该大直径管件内，以致于可在小直径部件和大直径管件之间限定空心阴极效应区。阳极设置在该空心阴极效应区的相对侧，而偏压系统则连接成向所述阳极加偏压以及将所述大直径管件和所述小直径部件制定成阴极。供气源连接成在压力下将反应性气体流供入所述空心阴极效应区，其与所述偏压系统合作以便形成空心阴极效应。

附图说明

图1所示为根据本发明的一个应用而连接的同心工件的截面图。

图2所示为用于实施本发明的系统的侧表示图。

具体实施方式