[实用新型]一种多磁场结构适应性控制磁场组装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及薄膜与涂层制备技术领域，具体地说是一种多磁场结构适应性控制磁场组装置。

背景技术

表面防护涂层技术是提高工模具及机械部件质量和使用寿命的重要途径，作为材料表面防护技术之一的离子镀膜技术，由于由于结构简单、离化率高、入射粒子能量高，可以轻松得到其他方法难以获得的高硬度、高耐磨性的陶瓷涂层、复合涂层，应用在工具、模具上面，可以使寿命成倍提高，较好地实现了低成本、高收益的效果；此外，离子镀涂层技术具有低温、高能两个特点，几乎可以在任何基材上成膜，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。离子镀电弧自持放电的必要条件是有持续大量的有效电子发射，从电子发射机理分析，大量电子发射发生的必要条件是有大量的电子能够越过金属表面势垒与费米能级之间的势垒高度（逸出功），这种情况发生在两种状态下，一是热阴极电子发散，即金属表面有大量的高能态电子（大于逸出功）存在，高能态电子的数量随着金属的温度升高而增加，亦即热电子发散的效应越明显；另外一种是降低表面势垒即降低电子的逸出功，即提高阴极表面的外加电场强度，表面势垒高度的降低值随着外加电场强度的升高而增大。而阴极附近空间的正电荷密度决定了阴极处的电场强度，正离子电荷密度的增加促进了电场强度的增加，在冷阴极情况下，为了形成有效的电子发散，维持弧光放电，电流的集中放电是最有效的途径。集中放电一方面可以将阴极局部加热到高温状态，提高高能态电子的数量，另一方面可以在局部形成高密度的正电荷鞘层，提高局部的电场强度，降低功函数，促进电子的大量发射。在阴极弧斑放电中，只有那些温度最高（离子轰击和电阻热效应），电场最强，或者逸出功最低的微小区才能发射大量的电子，只有最有效的大量的电子发射才能维持弧斑的存在。因此观察到的离子镀弧斑的运动实际上是弧斑最有效位置的移动，更确切的说是正电荷密度最大值的位置的移动引起新弧斑的形成、旧弧斑的熄灭造成了弧斑的运动。而正是由于电弧离子镀阴极斑点的尺寸很小，功率密度非常高，所以阴极斑点在作为强烈的电子，金属原子﹑离子和高速金属蒸汽发射源的同时，也不断的喷射金属大颗粒。从电弧离子镀液滴的产生机制可知，欲减少大颗粒的发射，就应当避免靶材局部过热产生较大较深的弧斑熔池和局部的离子轰击。因此，必须采用一定的方式控制弧斑的运动以及改善弧斑的放电形式，提高弧斑的运动速度，缩短弧斑在一点的停留时间，降低局部的功率密度和高密度离子轰击。离子镀弧源是电弧等离子体放电的源头，是离子镀技术的核心部件。为了更好的提高沉积薄膜的质量和有效的利用靶材，提高放电稳定性，必须对弧斑的运动进行合理的控制，而弧斑的有效控制必须有合理的机械结构与磁场结构配合。

目前的电弧离子镀技术主要是在靶材附近施加磁场来控制弧斑的运动，来提高放电稳定性和靶材刻蚀率。由于电弧离子镀主要靠靶面上的阴极斑点的放电来沉积所需薄膜的，因此是一种点状源，这些传统的单纯在靶面附近施加磁场的方法虽然可以有效地控制弧斑在靶面的运动，但是并没有解决等离子在传输空间分布的不均匀性，同时，随着磁场强度的增加，造成了部分离子随着靶材周围磁场的分布运动而流失，造成了基体处离子密度的下降。而且长时间的刻蚀容易在靶面上形成刻蚀轨道，造成靶材刻蚀的不均匀。

由于真空电弧等离子体的物理特性，外加电磁场是改善弧斑放电、控制弧斑运动以及改善等离子体的传输特性的有效方法。离子镀弧源是电弧等离子体放电的源头，是离子镀技术的核心部件，国内外在离子镀弧源的设计上都离不开磁场的设计。合理的磁场可以有效的改善弧斑的放电，同时保证等离子体的有效传输，而单独的一种磁场结构往往难以构建合适的空间磁场位形，既保证靶面所需磁场状态，又保证等离子体传输空间的磁场分布，因此高效优质的离子镀源装置必须要有合理紧凑的结构满足设置多种耦合磁场发生装置的需要。