多弧離子鍍技術的核心是電弧蒸發源,這種新型蒸發源是一種冷陰極電弧放電型自蒸發自離化式固體蒸發源,它與其它傳統離子鍍蒸發源相比具有以下顯著特點:
①沉積速率高,對TiN來說可達100nm/s~1000nm/s;
②離化率高,一般可到60%~80%:
③離子能量高:
④工作真空范圍寬;
⑤固體蒸發源,靶面形狀、尺寸、位置可變;
⑥膜層致密性高,強度與耐久性好。
這種蒸發源既可蒸鍍金屬材料、合金材料,也可以進行反離子鍍。它可以鍍制TiN、TiC等超硬膜,Al、Ag、Cu、Cr、Y等高溫低溫耐腐蝕膜,不銹鋼、黃銅、鎳鉻等裝飾保護膜,WC類金剛石等特硬膜,在機械、化工、冶金、輕工、電子、采礦地質、國防等領域具有廣泛的用途。當前z*突出的應用就是刀具氮化鈦超硬涂層。
電弧蒸發源的工作機理是冷陰極自持弧光放電,其物理基礎是場致發射。電弧蒸發源的典型結構示意圖如圖10-24所示。被鍍材料接陰極,真空室接陽極,真空室抽至較高真空,當引發電極啟動器接觸拉開時,陰極與陽極之間即形成穩定的電弧放電,陰極表面布滿飛速游動的陰極斑、陰極斑的直徑約為1μm~2μm,閃耀的光斑直徑約為10μm,移動速度為幾十米每秒,電流密度105A/cm²~107A/cm²,極間電壓降至20V~40V。陰極熱斑的正前方是高密度的金屬等離子體,其中電子向陽極快速運動,離子“相對靜止”在鍍膜空間,陰極斑點前面正離子的堆積形成正空間電荷,在陰極近表面形成高強電場105V/cm—106V/cm,克服陰極中的勢壘,產生強大的電子發射,以維持放電,而部分離子對陰極的轟擊,使陰極斑點局部繼續迅速高溫蒸發,并在空間迅速離化,使這種陰極斑變成微點蒸發源。這些微點蒸發源在磁場和屏蔽絕緣的作用下束縛在陰極靶正面的范圍內,無規則地移動,從而形成大面積均勻的蒸發源。弧斑的大小由電流調節控剖,弧斑的運動則由磁場、屏蔽、陰極材質、表面形狀等確定。
以若干個電弧蒸發源為核心的離子鍍設備,稱之為多弧離子鍍,或稱電弧鍍,或弧鍍。其原理示意圖如圖10-25所示。它具有以下優點:
①膜層性能優良。全離化金屬等離子體對工件轟擊加熱,轟擊、清洗、沉積鍍膜,一弧三用,膜層結合牢固,結構致密。
②離子鍍膜工藝范圍寬。可以在較低溫度(200℃)或較高真空下進行離子鍍和反應鍍。
③鍍膜空間大。固體蒸發源安置靈活,工件裝卡更換簡單,不另加加熱器。
④設備簡單、工作周期短、生產效率高,適合工業化大批量生產。
電弧蒸發源和多弧離子鍍概述
2014-05-21 06:11:00 閱讀()
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