[发明专利]用于基片的选择性蒸气涂覆的装置和方法

说明书

一种用在涂覆作业中的装夹工具(1)，其优选呈可绕中心轴线(L)回转的转盘形式，并且包括固定有屏罩的支承结构(5)，该屏罩具有多个保持开口(19)，每个保持开口被设计成待处理物体能通过每个保持开口(19)被卡住，使得每个物体的第一部分从该屏罩延伸入涂层沉积区域，而每个物体的第二部分从该屏罩延伸入不发生涂层沉积的屏蔽区域，所述屏蔽区域是共同容纳多个第二部分的共用空腔(13)。

本发明涉及用在物理气相沉积涂覆工艺中的装夹工具，该装夹工具优选呈可绕中心轴线回转的转盘形式，包括固定有屏罩的支承结构，该屏罩具有多个保持开口，每个保持开口被设计成待处理物体能通过每个保持开口被卡住，使得每个物体的第一部分从该屏罩延伸入涂层沉积区域，而每个物体的第二部分从该屏罩延伸入不发生涂层沉积的屏蔽区域。它被设计用于同时涂覆仅需要部分涂覆的基片。这样的加工过程优选在PVD涂覆设备的沉积室中进行。

此外，本发明涉及配备有这种装夹工具的PVD涂覆设备以及在使用本发明装夹工具进行PVD涂覆的方法。

背景技术

飞机、直升机和越野车辆的燃气涡轮发动机通常在多尘环境中运行，在多尘环境中，燃气涡轮压缩机的转子叶片和定子叶片(统称为“涡轮叶片”)暴露在腐蚀性介质如沙子下。这也涉及到民用飞机，它们有时必须应对被平流层区域正下方的喷射气流所扫走的火山灰的上升。在这种情况下可能出现有害的机械腐蚀。此外，下游的涡轮叶片可能过度暴露在灼热燃烧气体下。因此，它们易于热过载和/或热腐蚀。

作为一种补救措施，耐蚀硬质材料涂层和/或减小热负荷和/或腐蚀的涂层(例如TiN、TiCN、TiZrN、TiZrCN、TiAlN和TiAlCN)将被施加至各涡轮叶片上。一种典型的施加这种硬质材料涂层的方法是阴极电弧物理气相沉积及其所有变型。

涡轮叶片通常可被分为两部分，即，形成真正翼面的第一部分和称为承窝部的第二部分。它被用来将涡轮叶片附接到发动机的盘片或转子部件。承窝部通常形成燕尾形结构以便嵌套于发动机盘片或转子部上的互补形燕尾槽中。燕尾区域没有完全暴露在空气流或热负荷下。因此，不需要保护燕尾区域以免受有害侵蚀、热作用或腐蚀作用。相反，在长时间或高速旋转之后，燕尾壁显示出与疲劳相关的现象，称之为微动磨损。已经发现被施加到翼面部上的涂层会加剧微动磨损。因此缘故，需要选择性涂覆所述涡轮叶片，以便其承窝部将保持无涂层。

对于除涡轮叶片外的其它基片，可能会有类似的选择性涂覆需求。

现有技术

为了在屏蔽待涂覆涡轮叶片承窝部的同时，在翼面上提供期望的涂层沉积，EP1907598提出如下建议：

提供一个或多个屏罩。每个屏罩具有多个保持开口，保持开口被设计成使涡轮叶片可通过每个保持开口被卡住。结果，每个涡轮机叶片的翼面从屏罩起延伸入涂层沉积区域，而每个涡轮机叶片的承窝部伸入屏罩内的屏蔽区域，在该屏蔽区域中不会发生涂层沉积。

EP1907598教导了，对于每个承窝部，该屏蔽区域被设计为单独的全封闭隔室。所述隔室是完全在屏罩内的空腔，其壁完全包围单个承窝部。

为此，该屏罩如图1所示被设计为至少三层夹层结构。该三层夹层结构由形成单独隔室封的封闭底部的底板、带有呈窗口形状的保持开口的形成隔室侧壁的中间板和形成隔室盖的边框板组成，该隔室盖带有用于遮蔽承窝部的翼面部的出口。

如图2所示，所述屏罩被安装到呈转盘形状的装夹工具上。该转盘又位于也如图2所示的涂覆设备的处理室内。可以很容易看到被固定至涂覆设备的腔室侧壁上的圆形靶。在作为阴极的靶与作为阳极的室壁或至少一个单独阳极之间，电弧正在燃烧。电弧所蒸发的材料在径向向内方向上被加速到承载基片的转盘(通常处于负偏压)，随后在基片上凝结。蒸发材料不能进入容纳承窝的每个空腔中，因为它们被完全封闭。

这样，可以完成具有非常可靠的屏蔽效果的精确涂覆。

发明目的