[发明专利]一种硬质涂层的快速沉积装置及方法

权利要求书

1.一种硬质涂层的快速沉积装置，其特征在于：包括阴极弧源(3)以及开设有进气口的真空腔体(1)；所述的真空腔体(1)与真空系统(4)相连，真空腔体(1)与阴极弧源(3)之间设有用于为阴极弧源(3)发出的等离子体提供聚束磁场的聚束腔体(2)；聚束腔体(2)与真空腔体(1)相连通，且聚束腔体(2)内设置有待测样，待测样与阴极弧源(2)之间设有靶材，阴极弧源(3)的电源正极分别与真空腔体(1)和为待测样提供负偏压的偏压电源(5)的正极相连，阴极弧源(3)的电源正极、真空腔体(1)、偏压电源(5)的正极分别接地。

2.根据权利要求1所述的硬质涂层的快速沉积装置，其特征在于：所述的聚束腔体(2)的直径大于靶材，聚束腔体(2)是由第一、二、三磁感线圈(7，8，9)组成的，第一、二、三磁感线圈(7，8，9)沿等离子体发射方向依次布置，且第三磁感线圈(9)接地，第一、二、三磁感线圈(7，8，9)的电源为电压电流可调电源。

3.根据权利要求1所述的硬质涂层的快速沉积装置，其特征在于：所述的真空腔体(1)内设置有样品架(6)，待测样通过样品架(6)与偏压电源(5)的负极相连。

4.根据权利要求1所述的硬质涂层的快速沉积装置，其特征在于：所述的靶材为Ti、Cr或Zr。

5.一种基于权利要求1～4中任意一项权利要求所述的快速沉积装置的硬质涂层沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将待测样置于聚束腔体(2)内，并与偏压电源(5)的负极相连，然后利用真空系统(4)对真空腔体(1)抽真空，使真空度达到3.0×10^-3Pa以下，再通过进气口向真空腔体(1)内通入氩气和反应气体清洗真空腔体(1)以除去残余空气；

2)真空腔体(1)清洗完成后，从进气口向真空腔体(1)内持续通入氩气，保持真空腔体(1)内的气压保持在2-3Pa；然后打开聚束腔体(2)的电源使聚束腔体(2)产生磁场，同时打开偏压电源(5)使真空腔体(1)和聚束腔体(2)产生辉光，对待测样表面进行辉光清洗；

3)测样表面辉光清洗结束后，通过调节通入的氩气流量使真空腔体(1)内的气压保持在0.8-1.2Pa，然后打开阴极弧源(3)的电源，向待测样上沉积过渡金属层；

4)过渡金属层沉积完成后，从进气口向真空腔体(1)内通入氩气和反应气体，然后向已经沉积了过渡金属层的待测样上沉积涂层，即在待测样上沉积了硬质涂层。

6.根据权利要求5的沉积方法，其特征在于：所述的步骤1)中清洗真空腔体(1)时，真空腔体(1)内的气压小于5Pa。

7.根据权利要求5所述的沉积方法，其特征在于：所述的反应气为N₂、CH₄或C₂H₂。

8.根据权利要求5所述的沉积方法，其特征在于：所述的步骤2)中通入氩气的气流量为13sccm；聚束腔体(2)的电流为0.2～1A，电压为5～20V；偏压电源(5)的偏压为800V，占空比为60％，对待测样表面进行辉光清洗的时间为15min。

9.根据权利要求5或8所述的沉积方法，其特征在于：所述的步骤3)中通入氩气的气流量为63sccm，在打开阴极弧源(3)前，调节偏压电源(5)的偏压为100-200V，占空比为30-50％，向待测样上沉积过渡金属层时的蒸发功率为800～1000W，沉积时间为2min。

10.根据权利要求9所述的沉积方法，其特征在于：所述的步骤4)中氩气的气流量为3～5sccm，反应气的气流量为40～60sccm，沉积时间为15min。