[发明专利]一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置

说明书

本发明公开了一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置，在电子束物理气相沉积制备涂层的过程中，通过升降组件带动水冷坩埚内的靶材按照一定速度自动上升，通过旋转组件带动水冷坩埚内的靶材按照一定速度自动旋转，并结合电子束束流在靶材上扫描方法的优化，实现电子束物理气相沉积过程中靶材的自动、均匀、稳定蒸发，从而提高电子束物理气相沉积涂层制备过程的工艺稳定性，获得厚度重复性好、成分均匀稳定的高质量涂层。

技术领域

本发明涉及热障涂层制备技术领域，尤其涉及一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置。

背景技术

电子束物理气相沉积(electron beam physical vapour deposition,EB-PVD)技术是在真空环境下利用高能量密度的电子束加热靶材，使其蒸发成气相，并在基板上凝结沉积成涂层的技术。在EB-PVD设备中，电子束的束流束斑大小和束斑位置由计算机控制，有利于精确控制涂层的厚度和均匀性。制备过程中坩埚通常采用水冷，将靶材放置在水冷坩埚中，可避免高温下被蒸发材料与坩埚发生化学反应而影响涂层纯度。

采用EB-PVD制备涂层的主要过程为：电子枪产生高能束流，电子束通过磁场或电场聚焦在靶材上使靶材熔化蒸发，蒸气通过稀薄气氛被输送到基板，然后在基板表面沉积成涂层。在制备过程中，EB-PVD设备利用计算机控制电子束流在靶材表面的扫描策略，如图6所示，电子束束流首先聚焦在靶材中心扫描t时间，然后向外移动d距离并以靶材中心为圆心进行圆周运动扫描t时间，完成圆周运动后再向外移动d距离然后不断重复上述操作，最终形成同心圆扫描轨迹。随着电子束束流由圆心向外移动，所扫描的圆环半径不断变大，而电子束束流在每个圆环上的扫描时间不变，这样会造成靶材消耗可控性差，需要采用人工调控的方式不断移动电子束扫描束流在靶面的移动，人工工作量较大，同时也会导致靶材熔化蒸发的稳定性差，影响涂层质量和厚度的精确控制。

公开号为[US6589351B1]的专利中，通过优化电子束扫描策略并结合激光监测的方式可以实现电子束物理气相沉积过程中陶瓷靶材的自动稳定蒸发，但该装置的硬件结构复杂，对电子束流的操控性和稳定性要求较高，不利于实现推广应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置，用以提高电子束物理气相沉积涂层制备过程的工艺稳定性，获得稳定的沉积速率，提高涂层质量。

因此，本发明提供了一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置，包括：升降组件(1)、旋转组件(2)和水冷组件(3)；其中，

所述升降组件(1)，用于控制靶材的上升速度，包括升降电机(4)、升降主动齿轮(5)、升降从动齿轮(6)、第一螺杆(7)、第二螺杆(8)、升降滑块(9)、升降杆(10)及升降架(11)；其中，所述升降电机(4)与所述升降主动齿轮(5)连接，用于控制所述升降主动齿轮(5)转动；所述升降主动齿轮(5)与所述升降从动齿轮(6)外啮合，用于带动所述升降从动齿轮(6)转动；所述升降架(11)位于所述升降从动齿轮(6)的上方，且位于所述第一螺杆(7)和所述第二螺杆(8)的下方，所述升降从动齿轮(6)用于通过所述升降架(11)带动所述第一螺杆(7)和所述第二螺杆(8)转动；所述第一螺杆(7)和所述第二螺杆(8)分别贯穿所述升降滑块(9)且与所述升降滑块(9)螺纹配合，用于使所述升降滑块(9)上下移动；所述升降滑块(9)位于所述升降杆(10)的下方且与所述升降杆(10)连接，用于带动所述升降杆(10)上下移动；