[实用新型]一种设有中心电极的真空镀膜室

说明书

技术领域

本实用新型涉及镀膜领域，具体地说是一种对各种绝缘材质和导电材质的工件内外表面进行镀膜的等离子镀膜设备。

技术背景

等离子全方位离子沉积(PIID)技术是一种对工件表面进行改性的技术，它是将工件表面施加脉冲直流或者纯直流，工件表面释放电子与真空室内的气体发生碰撞，产生了等离子体，带正电的离子和被激活的分子在工件表面成膜。

改进前的PIID镀膜设备内不设有中心电极，可以从图1(图1为改进后的镀膜设备)了解其基本工作原理，将被镀工件11置于真空室2内，通过人机控制系统6开启抽气系统7后，将真空室内的气压抽至10-4Pa以下(由真空检测系统1测量)，开启充气系统3，向真空室充入Ar气，调整气体流量和挡板的角度，使气压基本稳定在4～5Pa。并在工件上施加高压脉冲电压(～-6KV)，脉冲电源系统5另一端接真空壁，真空壁作为阳极接地。由于工件表面聚集了大量的自由电子，且气压满足辉光放电的气压工作区间，此时，工件表面不断向真空室内释放电子，在加速到真空壁的过程中，电子与Ar原子发生碰撞使其电离，高能量的电子造成了Ar原子大量电离，加之一个电子会与Ar原子产生多次碰撞，此时，整个真空室内部都充满了等离子体，因工件表面的电子能量最高，造成其表面等离子体强度更高，到真空壁附近逐渐衰减。电子经过多次碰撞后，能量消失殆尽，靠近真空壁附近最终被真空壁(阳极)捕获，形成回路。电离后的Ar+带正电，受到工件(带负电)的吸引而加速，在加速过程中可能会与其他原子(离子)发生多次碰撞，但不影响最终的结果，工件表面受到加速后的Ar+的轰击，表面的氧化物和杂质被刻蚀，实现了工件表面的等离子体清洗，Ar+从工件表面获得电子后恢复到基态。一般而言，等离子清洗这一过程需要1-2小时。和等离子清洗原理相似，工件经清洗完毕后，在不降低电压的情况下，向真空内直接充入碳氢气体等，电子轰击这些气体分子将其电离，和Ar气不同的是，带正电的这些离子轰击到工件表面，获得电子后不会变成气体脱离表面(Ar气则直接脱离工件表面)，而是以固态的形式直接沉积下来，形成了碳氢涂层，也就是类金刚石涂层，其中含有30％左右的固态氢，因此比金刚石韧性高，硬度能达到金刚石的25-30％。

在随后改进的工艺上，使用了金属网罩将工件包围镀膜，这种工艺的优势在于：(1)可以实现高速率镀膜；(2)可以在陶瓷、玻璃、橡胶等绝缘材料表面沉积类金刚石膜；(3)可以获得结合力很好的类金刚石膜；(4)可以实现复杂工件的内外表面同时镀膜。

在试验和工业化生产过程中发现，上述技术仍然有缺陷，即在镀膜过程中打火现象并不能完全消除，其主要原因是金属网罩提高了真空罐内部的温度，高温下高密度的等离子体仍然会产生电荷累积产生打火。打火的原因通常有两种，其一是电荷积累，当工件表面加载高压负脉冲后，高真空状态下电子会从工件表面溢出，与真空室内的气体分子发生碰撞产生等离子体，如果工件表面导电性能很好，电子会很顺畅的溢出，在实际工件化镀膜过程中发现，工件的清洗并不彻底，即使很彻底，新鲜表面也很容易被氧化，这些氧化物和杂质导电性能通常很差，即电子会在其表面累积，达到一定程度时就会产生打火现象。其二是在间隙处会打火，这主要是因为间隙部位电子会与气体分子发生多次碰撞，产生高密度的等离子体，也称为空心阴极现象，但是如果间隙很小，这种高密度的等离子体会以类似电弧的形式放出，我们称之为间隙打火，间隙打火一旦发生，镀膜就很难进行下去。

实用新型内容

本实用新型为了避免现有技术存在的不足之处，提供一种设有中心电极的真空镀膜室，在不影响原有镀膜质量的基础上，实现降低打火次数，为类金刚石膜的大批量工业化生产提供了技术保障。

本实用新型解决技术问题采用如下方案：

一种设有中心电极的真空镀膜室，镀膜室由金属网罩、金属棒、玻璃砖支架、工件、铝箔组成，金属网罩内设有一根与镀膜室内壁保持电导通的中心电极，所述中心电极与金属网罩绝缘设置。

本实用新型结构特点还在于：

所述中心电极为一直杆，横向贯穿在金属网罩内。

所述中心电极为一圆环结构。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

本实用新型通过在金属网罩内部加入了金属棒中心电极，并在金属网罩上开设电子逃逸口，中心电极的作用是将金属网罩内的残余电子传导到真空罐内壁上，避免电荷累积产生的打火；电子逃逸口可以显著降低镀膜过程中工件和金属网罩、玻璃砖、铝箔上的电荷积累，它可以顺利将电子从金属网罩内放出，从而减少了打火次数，为类金刚石膜的工业化提供了技术保障。

附图说明