[发明专利]传输方向可调式的多级磁场电弧离子镀方法

摘要

传输方向可调式的多级磁场电弧离子镀方法，属于材料表面处理技术领域，本发明为解决低熔点的纯金属或多元合金材料和非金属材料（比如石墨）在电弧离子镀中的大颗粒问题和低熔点靶材使用局限，拓展电弧离子镀靶材使用范围和薄膜制备的领域。本发明方法包括：一、将待镀膜的工件置于真空室内的样品台上，接通相关电源；二、薄膜沉积：待真空室内的真空度小于10^‑2Pa时，通入工作气体并调整气压，开启镀膜电源，偏压电源，通过多级磁场直管磁过滤装置消除大颗粒缺陷和保证电弧等离子体的传输效率，再利用传输方向可调式磁场装置保证电弧等离子体可以到达真空室内任意位置的基体表面，设置所需工艺参数，进行薄膜沉积。

主权项

1.传输方向可调式的多级磁场电弧离子镀方法，其特征在于，该方法所使用装置包括偏压电源（1）、弧电源（2）、电弧离子镀靶源（3）、多级磁场装置（4）、多级磁场电源（5）、传输方向可调式磁场装置（6）、传输方向可调式磁场电源（7）、真空室（8）、样品台（9）；该方法包括以下步骤：步骤一、将待处理的基体工件置于真空室（8）内的样品台（9）上，工件接偏压电源（1）的脉冲输出端，安装在真空室（8）上的电弧离子镀靶源（3）接通弧电源（2），多级磁场装置（4）接通多级磁场电源（5），传输方向可调式磁场装置（6）接通传输方向可调式磁场电源（7）；步骤二、薄膜沉积：将真空室（8）抽真空，待真空室（8）内的真空度小于10^‑2Pa时，通入工作气体至0.01Pa～10Pa；开启偏压电源（1），偏压电源（1）输出脉冲的峰值电压值为0～1.2kV，脉冲频率为0Hz～80kHz，脉冲宽度1~90%；通过调节偏压电源（1）输出的偏压幅值，脉冲频率和脉冲宽度，控制基体工件对金属等离子体的有效吸引和离子能量的调节，进行薄膜的沉积和控制低熔点的纯金属或多元合金材料及非金属材料在薄膜中的比例，实现纯金属薄膜、不同元素比例的化合物陶瓷薄膜、功能薄膜及具有纳米多层或梯度结构的薄膜制备，偏压电源（1）通过脉冲频率、脉冲偏压幅值和脉冲偏压的占空比分别调整，来控制单位时间到达基体工件表面的电弧等离子体能量峰值强度和密度，偏压电源（1）输出脉冲为单脉冲、直流脉冲复合或多脉冲复合，所制备薄膜的微观结构和性能通过偏压电源（1）的脉冲偏压参数进行调整，对电弧等离子体的能量进行调节，利用脉冲偏压的幅值、脉冲宽度和频率实现高能离子对薄膜生长的钉扎效应，改善薄膜生长的晶体组织和应力状态，提高膜基结合强度；开启弧电源（2），通过电弧的弧斑运动对电弧离子镀靶源（3）的表面进行清洗，调节需要的工艺参数，弧电源（2）输出的电流值为10~300A，弧电源（2）输出的电流为直流、脉冲或者直流脉冲复合；电弧离子镀靶源（3）采用的靶体材料为低熔点的纯金属或多元合金靶材及非金属材料，突破了传统电弧离子镀靶源（3）采用低熔点的纯金属或多元合金材料及非金属材料的限制，实现薄膜成分和微观结构的灵活调节；开启多级磁场电源（5）调节多级磁场装置（4），保持电弧等离子体在电弧离子镀靶源（3）稳定产生和对大颗粒缺陷进行过滤消除，使电弧等离子体以较高的传输效率通过多级磁场装置（4），再利用传输方向可调式磁场电源（7）调节传输方向可调式磁场装置（6），保证电弧等离子体到达真空室内任意位置的基体工件表面，进行薄膜的快速沉积，通过多级磁场装置（4）和传输方向可调式磁场装置（6）实现大颗粒缺陷的清除和电弧等离子体的高效传输；多级磁场装置（4）对电弧在靶表面的烧蚀进行有效控制，消除由于烧蚀不均产生的“馒头靶”现象，实现均匀烧蚀和靶材的高效利用，多级磁场装置（4）消除大颗粒缺陷并保证离化率接近100%的电弧等离子体的高效传输，多级磁场装置（4）结合电弧离子镀靶源的工艺参数，实现利用多套沉积装置调节产生的复合等离子体中各种元素的离子比例，实现不同元素比例的多元多层薄膜的快速沉积；传输方向可调式磁场装置（6）弥补了直线型磁过滤方法在传输方向上不能灵活调节的缺陷，有利于高离化率等离子体在任意位置工件表面的化学合成反应成膜，传输方向可调式磁场装置（6）调节电弧等离子体在真空室中的传输方向，实现真空室（8）内任意位置基体工件表面薄膜的快速沉积；反复执行步骤一至步骤二，来制备纯金属薄膜、不同元素比例的化合物陶瓷薄膜、功能薄膜及具有纳米多层或梯度结构的薄膜；步骤三、单独采用传统电弧离子镀、脉冲阴极弧、多级磁场过滤装置和传输方向可调式磁场装置结合直流偏压、脉冲偏压或直流脉冲复合偏压进行薄膜沉积，来制备纯金属薄膜、不同元素比例的化合物陶瓷薄膜、功能薄膜及具有纳米多层或梯度结构的薄膜。