[发明专利]截面为带状的真空阴极电弧等离子体的磁过滤方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空阴极电弧中的电中性的液滴和宏观颗粒的过滤方法，具体来讲是一种使用磁场来弯曲真空阴极电弧等离子体，过滤掉电中性的液滴和宏观颗粒的磁过滤方法，属于材料的真空表面改性领域。 

背景技术

材料真空阴极电弧镀膜技术发展到今天，已经取得了令人瞩目的成果，成为表面改性领域应用最为广泛的镀膜技术。但是，该镀膜方法目前仍然存在有一些问题，主要表现在由于该方法依靠的是真空阴极电弧蒸发阴极材料获得电弧等离子体，在电弧阴极斑点处具有很大的电流密度(达10⁶-10⁸A/cm²)，因此，即使在真空下，真空电弧的阴极斑点也具有很高的温度，使得阴极材料熔化，在阴极斑点处形成微小的熔池，且在熔池中也产生的阴极材料蒸汽，因此在阴极斑点中心与外部有很大的压差，使得熔池中的液滴发生飞溅或者使得阴极靶材崩裂，从而产生一些液滴和宏观颗粒。这些液滴和宏观颗粒到达基片表面，将对膜层造成污染，影响改性层的应用效果，造成工件表面粗糙，膜的性能不均匀等不利因素。 

近年来，世界上发展了很多除去液滴和宏观颗粒的方法，专利申请人对多种过滤液滴和宏观颗粒的方法进行了总结(见申请人发表在真空杂志上的文献《阴极弧离子镀磁过滤器》真空1999，3：14)，并将过滤方法分成直线式结构和曲线式结构。在各种液滴和宏观颗粒过滤方法中，采用磁结构约束并引导等离子体的过滤方法被广泛使用，也取得了很好的效果。在国内外也申请了一些专利，如陈宝清申请的专利，专利号01247038.4，该专利的名称是制备超硬薄膜的离子源装置的滤质器，专利内容是：一种制备超硬薄膜的离子源装置的滤质器，包括滤质管、设置于滤质管外部且与磁场电源相接的螺线管、设置于滤质管出口处的出口光阑，所述滤质管内设置有捕集器，所述螺线管由导线绕制而成，所述的滤质管为波纹管结构；所述的滤质管为弯管。Shi Xu申请的美国专利，专利号6031239，该专利的名称是过滤阴极电弧源，专利的内容是：使用异面双弯过滤器以及高能电/磁场过滤除多余液滴和宏观颗粒和不带电粒子。上述专利能够有效除去液滴及宏观颗粒，获得高质量的薄膜。但是，上述专利主要是针对的圆形小真空阴极电弧结构，磁场的加入，使得从真空阴极电弧源里面发散出来的等离子体带有强烈的方向性，被镀区域被大大缩小，因此，限制了过滤后的真空电弧蒸发源在大规模工业镀件上面的应用。且由于上述各弯曲磁过滤器中电子和离子受到的磁场的约束不同，而通常在弯管的外侧离子富裕，内侧离子不足，造成镀膜不均匀。因此，为了扩大被镀区域，一些弯曲电弧磁过滤装置还进行了改装，增加了等离子体聚焦机构和扫描机构，增加了设备的复杂性，结构复杂，成本高。针对这个特点，因此，为了使得拓宽过滤后的真空阴极电弧镀膜方法在工业上的应用，还需要发展新的液滴和宏观颗粒的过滤方法和装置。 

发明内容

本发明针对背景技术中所存在的上述不足和缺陷，提供一种带状真空阴极电弧等离子体的磁过滤方法，使其克服现有的弯管真空阴极电弧磁过滤方法沉积区域小、沉积膜不均匀、不适合大规模工业镀膜应用 的缺陷。该方法能够在真空腔体一侧，将真空阴极弧源所发出的等离子体以带状范围进入真空腔体，提供镀膜用的等离子体，配合旋转工件靶台，可以在整个腔体的镀膜区域，获得等离子体镀膜空间，从而大大拓宽过滤电弧的使用效率。实现大空间镀膜，提高效率节约成本。 

本发明方法实现的步骤如下： 

该方法的首先是在真空下面进行，抽背底真空气压小于5×10^-3Pa后，用机械的或高压或激光照射等公知的引弧方法引燃电弧，电弧电流在25A-1000A，电压在20-59V，进行镀膜。此时，可通入惰性气体、或惰性气体与其他气体的混合气体，至气压到真空度为Pa至10^-3Pa的数量级，进行镀膜。 

需要进行弯曲过滤的真空阴极电弧源采用矩形长条或两端为椭圆形的带状真空阴极电弧源。其特征是带状长度的长轴1大于宽轴方向的长度w，l/w在1.5以上。需要进行弯曲过滤的真空阴极电弧源也可以采用排列在一起的多个圆柱形弧源，其特征是至少两个以上。 

由带状真空阴极电弧源产生的等离子体最终也以带状向外发射。其带状可以是经由一个点状等离子经带状方向的扫描而成。 

该真空阴极电弧源是在一个磁场的作用下，实现电弧在表面的均匀运动，其运动的控制可以是通过永磁铁产生的磁场控制，也可以是电磁铁产生的磁场控制。