[实用新型]一种高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及材料表面防护领域，具体地说是一种高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置。

背景技术

表面防护涂层技术是提高工模具及机械部件质量和使用寿命的重要途径，作为材料表面防护技术之一的物理气相沉积技术，已在现代刀具、模具以及机械零件的应用方面取得了十分理想的效果。在实际应用中，高性能防护涂层必须具有高硬度、高韧性、低摩擦系数、良好的化学稳定性、较好的抗粘着能力和抗热磨损性能，以及特别重要的与基体有很好的结合性能。这就要求镀层技术能够提供高的等离子体离化率、高的等离子体密度、高的粒子能量、较快的沉积速率以及较少的缺陷，而目前尚未有某种技术可以同时达到这些目标。物理气相沉积技术主要分为真空蒸镀、磁控溅射和离子镀三个类型，真空蒸镀和磁控溅射由于粒子能量和离化率低，导致膜层疏松多孔、力学性能差、难以获得良好的涂层与基体之间的结合力，严重限制了该类技术在防护涂层制备领域的应用。电弧离子镀的离化率高、等离子体密度高、粒子能量高、沉积速率快以及可低温沉积的突出优点使其在工模具镀上展现出其他镀膜方式所不具备的优势，是目前工模具及机械零件防护涂层制备的最佳工艺。

离子镀源是电弧等离子体放电的源头，是离子镀技术的核心部件。为了产生高离化率、高离子密度、高粒子能量、高的等离子体传输效率以及较少的缺陷的等离子体，必须有合理的弧斑放电机制和控制以及等离子体在传输空间的有效高密度分布，而这都必须有合理的机械结构与磁场结构的配合。离子镀源磁场的设置必须有两方面的作用，一方面有效的改善弧斑放电，控制弧斑运动，减少颗粒发射，维持自持放电稳定发生；另一方面有效的改善传输空间的磁场分布，提高等离子体的传输效率和密度等镀膜关键参数。因此，必须同时考虑靶面附近的磁场和传输空间的磁场设计。而传统的离子镀源设计主要是考虑在靶材附近施加磁场来控制弧斑的运动，来提高放电稳定性和靶材刻蚀率，并没有同时解决等离子在传输空间分布的不均匀性，造成了等离子体传输空间及基体处离子密度的下降。或者是主要考虑了提高等离子传输效率，设置的磁场又对靶面附近的磁场分布造成了很大的影响，难以达到弧斑放电改善所需磁场状态，而弧斑的有效控制是产生优质等离子体的源头，因此没有完善有效的靶面附近的磁场设计，将不会有良好的等离子体的发生，而没有传输空间磁场的合理分布，将不会有高效高密度均匀的等离子体的传输，提供给高性能涂层制备所需的等离子体的量和质。因此，在离子镀源的设计中，如何提供复合的磁场，能够兼容靶面附近和等离子体传输空间的磁场分布，是性能优越的离子镀源所需考虑的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置，解决现有技术等离子在传输空间分布的不均匀性，造成了等离子体传输空间及基体处离子密度的下降等问题。

本实用新型的技术方案：

一种高效紧凑的多级轴向磁场约束的离子镀源装置，采用具有靶材底柱紧凑结构的离子镀枪装置配合双层水冷传输法兰套，采用锥台形靶材，通过靶材底柱周围靶座背面的内轴向磁场发生装置与传输法兰套上的外两级轴向磁场发生装置的配合，形成与锥台形靶材锥面相交的约束轴向磁场及传输空间聚焦导引轴向磁场兼容的多级轴向复合磁场结构。