[发明专利]一种无液滴的等离子体镀膜弧源结构、镀膜系统及镀膜方法

说明书

本发明公开了一种无液滴的等离子体镀膜弧源结构、镀膜系统及镀膜方法，该等离子体镀膜弧源结构包括靶台、靶材、空腔辅助阳极、第一脉冲电源、直流弧电源、第二脉冲电源，靶材设于靶台表面，靶材外侧设有通道，空腔辅助阳极设于通道中，第一脉冲电源的正极与空腔辅助阳极电连接，第一脉冲电源的负极与靶材电连接，在第一脉冲电源的作用下，空腔辅助阳极产生等离子体，直流弧电源的正极外接弧源阳极，直流弧电源的负极与靶材电连接，第二脉冲电源的正极外接弧源阳极，第二脉冲电源的负极外接工件形成阴极。该等离子体镀膜弧源结构能实现无液滴、离化率高、安全性好，且实现大面积、均匀、稳定的涂层生产。

技术领域

本发明涉及真空镀膜技术领域，更具体的涉及一种无液滴的等离子体镀膜弧源结构及镀膜方法。

背景技术

电弧离子体镀膜技术是PVD技术的一种，是指在PVD沉积过程中，被镀材料形成金属或者非金属等离子体，等离子体在偏压电场的作用下沉积在工件表面上，具有低温、能量强、离化率高、离子绕射性好，膜层附着力强，膜层致密、可镀材料广泛等优点，应用范围十分广阔，展示出很大的经济效益和工业应用前景。

弧源是电弧等离子体放电的源头，一般地，采用机械引弧，通过引弧针与阴极靶材短接产生电弧放电，在表面产生弧斑，电流密度高达10⁶-10⁸A/cm²，在这种大电流作用下，产生大量的焦耳热，使阴极材料闪蒸，产生大量电子、离子及中性原子，但引弧瞬间和稳定烧蚀过程中，都会产生大的熔滴，这些中性粒子和熔滴与离子电子一同飞向工件基材，导致涂层缺陷增加、致密性光滑度不足及涂层寿命下降。因此，解决等离子体镀膜中的大液滴问题，提高粒子离化率，是真空等离子体镀膜技术长期研究的课题。

为提高沉积粒子的离化率，解决涂层液滴问题，一些研究采用磁场过滤结构或方式，如S弯管磁过滤，L型弯管，多级磁线圈等，将不带电的粒子筛选出去，这些方式大大降低或彻底解决了液滴达到工件的问题，但是沉积效率低、均匀性差异大、原材料浪费导致成本高、无法满足大批量生产需求。

因此，有必要提供一种无液滴的等离子体镀膜弧源结构及镀膜方法以解决上述现有技术的不足。

发明内容

为了克服现有技术缺陷，本发明提供了一种无液滴的等离子体镀膜弧源结构，能实现无液滴、离化率高、安全性好，且实现大面积、均匀、稳定涂层生产。

为实现上述目的，一方面，本发明提供一种无液滴的等离子体镀膜弧源结构，包括靶台、靶材、空腔辅助阳极、第一脉冲电源、直流弧电源、第二脉冲电源，所述靶材设于所述靶台表面，所述靶材外侧设有通道，所述空腔辅助阳极设于所述通道中，所述第一脉冲电源的正极与所述空腔辅助阳极电连接，所述第一脉冲电源的负极与所述靶材电连接，在所述第一脉冲电源的作用下，所述空腔辅助阳极产生等离子体，所述直流弧电源的正极外接弧源阳极，所述直流弧电源的负极与所述靶材电连接，所述第二脉冲电源的正极外接弧源阳极，所述第二脉冲电源的负极外接工件形成阴极。

与现有技术相比，本发明的无液滴的等离子体镀膜弧源结构，直流弧电源的正极外接弧源阳极，直流弧电源的负极与靶材电连接，靶材在电弧技术下形成稳定的第一等离子体；且空腔辅助阳极位于限位环和靶材之间，在第一脉冲电源的正极与空腔辅助阳极电连接，第一脉冲电源的负极与靶材电连接，在脉冲电压电场作用下，空腔辅助阳极变成等离子体发生器，腔内形成辉光区交叠，使的大量流动的气体被击穿电离，从而产生辉光等离子体束流(简称第二等离子体)，第二等离子体中离子和电子(比如工作气体为氩气，Ar⁺和e)分别向靶材及空腔辅助阳极运行，大量的等离子体粒子尤其是离子(Ar⁺)朝第一等离子体高速运行，其中，发生大量的撞击，使得电弧液滴逐步击碎成更小的粒子或等离子体，以实现无液滴。同时，在第二脉冲电源的负压吸引和牵引下，第一等离子体和第二等离子体朝工件(阴极)高速运动，运动过程中出现大量的碰撞，使得离化率提升。