[其他]改進的電弧汽相淀積方法及設備

無效

• 申請號: 86104365
• 申請日: 1986-06-27
• 公開（公告）號: CN86104365A
• 公開（公告）日: 1987-05-20
• 發明（設計）人: 克拉克·伯格曼
• 申請（專利權）人: 安達爾公司
• 主分類號: C23C14/24
• 分類號: C23C14/24
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 郁玉成

本發明主要涉及物理汽相淀積，尤其涉及一種用于電弧汽相真空淀積涂層工藝的改進方法及設備。

汽相淀積涂層工藝通常分為“化學”和“物理”汽相淀積。它們都有一個淀積或噴涂室，在其中，生成了涂層材料的等離子體，且等離子體投射向欲涂敷的基片。用于基片的涂層以及基片的形狀和材料極多，包括瓷器或陶器材料上的裝飾涂層，半導體片表面的電路連線以及切削工具和軸承表面的耐磨涂層。相似地，所用的涂層材料的物理特性和性能變化也很大，它包括導電涂層，半導體涂層以及形成電絕緣體的涂層。

化學汽相淀積通常涉及這樣一種汽相淀積工藝方法，其中，活性氣體分子被引入淀積室并以反應形成包括涂層等離子體的氣體混合物。在淀積“進行”之前，可抽空淀積室以清除該室的雜質。但通常，化學汽相淀積是在大氣壓或正壓（高于大氣壓）環境下進行的。就是說，在典型的化學汽相淀積技術中，等離子體從反應源到基片不是作直線或視線路徑運動的。反之，物體汽相淀積工藝通常要求在淀積工藝之前抽空淀積室并在淀積時維持負壓。在抽空該室之前，至少一部分將被淀積的涂層材料是在淀積室中作為固態源材料，而且由轉換固態源材料成為涂層材料的等離子體的一種能量激勵源所作用。涂層材料一旦轉換成等離子體時，在有效地將它們淀積在基片上之前，可將涂層材料和反應氣體或其他元素在室中混合以形成涂層化合物及分子。涂層材料等離子體主要包括原子、分子、離子、離子化分子和分子的團塊。

物理汽相淀積室中的基片涂層主要是由“視線”淀積方法，通過從涂層材料源到基片的等離子體顆粒的傳輸而實現的。電磁場可以用來改變或限定等離子體涂層材料流的形狀，也可對淀積室的其他部分或基片施加電偏壓，以便將等離子體的離子化組分吸到基片上。將固態涂層源材料轉換成氣體/汽化等離子體的最常用物理汽相淀積技術是：1）電阻或感應加熱;2）電子或離子束轟擊;3）電弧。

當采用電阻或感應加熱技術時，涂層源材料由外部加熱源或通過涂層源材料的大電流使其到達熔點。源材料，或部分源材，首先熔化為液態，然后蒸發成為汽態以形成涂層材料等離子體。而在采用電子和離子束轟擊技術時，通過用一高能量的電子和/或離子束轟擊涂層源材料（固態），而生成了涂層源材料的熔池。在這類技術中，固態源材料被稱為“靶”，離子和/或電子被向靶加速。轟擊電子和/或離子將有效的動量給予靶源涂層材料，使得原子、離子、分子、離子化分子和分子團塊以涂層材料等離子體的形式離開靶源材料。由上述兩種物理淀積方法產生的涂層材料等離子體顆粒的能量是相當低的。

本發明涉及第三種物理汽相淀積技術（即電弧技術，也稱之為陰極電弧汽相淀積）。在電弧物理汽相淀積中，電弧穿過并保持在涂層源材料和陽極之間。該涂層源材料一般是被電偏置而作為陰極的，而陽極與陰極源材料隔有一定間距。電弧可帶有強電流，其典型范圍是從30～幾百安培，并提供了汽化涂層源材料的能量。在電弧“接觸”陰極處的表面，可見到電弧的末端，它通常被叫做“陰極亮點”，在同一時間，根據電弧的電流大小可在陰極表面同時存在一個或多個陰極亮點，它們穿過源材料表面運動并立即使涂層源材料汽化成涂層材料等離子體。電弧產生的等離子體通常給予固態源材料遠遠大于電子束、離子轟擊或電阻、感應加熱技術所產生的能量。電弧技術對商業涂層應用最具誘惑力，尤其是在切削工具、軸承、齒輪等的表面耐磨涂層的經濟生產更是如此。

在授予Snaper和Sablev等人的美國專利3625848和3793179號中公布了一些熟知的電弧汽相淀積技術。在某種程度上講，在這些專利中公開的電弧淀積方法和設備與本發明的敘述和理解有關，因此，在此將其作為參照。3，625，848號專利主要敘述了一種涂層等離子體束槍技術，其中，借助于在損耗陰極和與之相鄰、但是電絕緣的特殊形狀的陽極之間的放電電弧，來產生等離子體束。3，793，179號專利公開了一種電弧汽相淀積工藝，其中，一個適當形狀的陽極外罩，并且損耗陰極的汽化表面與陽極罩相對。本發明提供了一種這兩種現有技術結構都可使用的方法和設備。