一種集成式陰極電弧靶的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種集成式陰極電弧靶，包括水冷陰極、陽極、絕緣組件、限弧機構(gòu)、磁控限弧機構(gòu)、檔板機構(gòu)和引弧機構(gòu)，水冷陰極包括靶，引弧機構(gòu)包括引弧針；其中：水冷陰極通過絕緣組件安裝于陽極；限弧機構(gòu)固定于絕緣組件，用來限制弧斑的運動范圍；磁控限弧機構(gòu)固定于陽極且位于陽極和水冷陰極之間，用來調(diào)節(jié)冷陰極的靶面的磁場強度；擋板機構(gòu)和引弧機構(gòu)固定于陽極，引弧機構(gòu)的引弧針與水冷陰極的靶面接觸。本發(fā)明簡化了電弧離子鍍設(shè)備真空腔體，促進電弧離子鍍設(shè)備模塊化和標準化；具有燒蝕均勻、靶利用率高的優(yōu)點；安裝維護方便，運行穩(wěn)定。
【專利說明】—種集成式陰極電弧靶
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于真空電弧離子鍍【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種集成式陰極電弧靶。
[0003]背景知識
目前，真空電弧離子鍍技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于工具模領(lǐng)域，提高工模具產(chǎn)品的使用性能和使用壽命。
[0004]真空腔體是電弧離子鍍的核心組件之一，真空腔體上必須焊接各種法蘭，用于抽氣、進氣、真空測量、蒸發(fā)源等。與弧源相關(guān)的就有三種法蘭:弧源主體，引弧機構(gòu)和檔板機構(gòu)。而真空腔體設(shè)計過程非常復雜，須考慮各法蘭之間的關(guān)聯(lián)，焊接工藝及焊縫熱影響區(qū)的相互影響。
[0005]現(xiàn)有電弧陰極技術(shù)普便存在靶利用率低的問題，弧斑傾向在某些區(qū)域移動，導致這些區(qū)域燒蝕比其它區(qū)域嚴重，靶的整體利用率低。
[0006]現(xiàn)有電弧陰極技術(shù)運動引入骨架密封，長期使用會由于O圈磨損而漏氣，需定期更換，在O圈使用期內(nèi)也會由于安裝過松而漏氣，過緊而運動不暢?，F(xiàn)有圓弧靶技術(shù)在靶材上車有螺牙，安裝時采用鏈鉗或特制工具，安裝非常不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一是提供一種集成式陰極電弧靶，簡化電弧離子鍍設(shè)備真空腔體，促進電弧離子鍍設(shè)備模塊化和標準化。
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種集成式陰極電弧靶，包括:水冷陰極(I)、陽極(2)、絕緣組件(3)、限弧機構(gòu)(4)、磁場機構(gòu)(5 )、檔板機構(gòu)(6 )和引弧機構(gòu)(7 )，水冷陰極(I)包括靶(13 )，引弧機構(gòu)(7 )包括引弧針(72);其中:
水冷陰極(I)通過絕緣組件(3 )安裝于陽極(2 );
限弧機構(gòu)(4)固定于絕緣組件(3)，用來限制弧斑的運動范圍；
磁場機構(gòu)(5)固定于水冷板(11)且位于陽極(2)和水冷陰極(I)之間，用來調(diào)節(jié)冷陰極(10 )的靶(13 )面的磁場強度；
擋板機構(gòu)(6)和引弧機構(gòu)(7)固定于陽極(2)，引弧機構(gòu)(7)的引弧針(72)與水冷陰極
(10)的靶(13)面接觸。[0009]為了獲得更均勻的靶面溫度場、電場和磁場，解決陰極電弧靶靶面燒蝕不均、靶利用率低的問題，本發(fā)明的優(yōu)選方案如下:
上述水冷陰極(I)包括水冷板(11)、導熱板(12)、靶(13)、進出水管(15)和導電環(huán)
(16)，進出水管(15)固定于水冷板(11)上，水冷板(11)上壓導熱板(12)，靶(13)固定于水冷板(11)上且緊貼導熱板(12)，導電環(huán)(16)通過銅螺栓(18)固定于水冷板(11)上。所述的水冷板(11)上設(shè)有蛇形導流槽，用以確保靶面能均勻、充分的冷卻。[0010]上述陽極(2)包括陽極基板(21)和陽極罩(22)，陽極罩(22)固定于陽極基板(21)上；陽極基板(21)主體為第一法蘭，其上焊有3個第二法蘭。
[0011 ] 上述絕緣組件(3 )包括絕緣環(huán)(31)第一絕緣件(32 )、和第二絕緣件(33 )，絕緣環(huán)(31)為與導電環(huán)(16 )相匹配的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，絕緣件(32 )為與銅螺栓(18 )相匹配的中空管狀結(jié)構(gòu),絕緣件(33)為與進出水管(15)相匹配的中空管狀結(jié)構(gòu)。
[0012]上述限弧機構(gòu)(4)包括限弧罩(41)和桶狀組件(42)，桶狀組件(42)固定于限弧罩 (41)一端；限弧罩(41)為一帶度錐孔的環(huán)形結(jié)構(gòu)。限弧罩(41)優(yōu)選為帶90度錐孔的環(huán)形結(jié)構(gòu)，采用導磁材料制作，兼有導磁和限弧作用。
[0013]上述磁場機構(gòu)(5 )包括環(huán)形磁鐵(51)，環(huán)形磁鐵(51)通過勻磁環(huán)(52 )安裝于基座
(54)上。
[0014]為了解決陰極電弧靶安裝復雜、運行不穩(wěn)定的問題，本發(fā)明的優(yōu)選方案如下: 上述檔板機構(gòu)(6)為依次相連的線性運動饋入裝置(61)、連桿(62)、檔板(63)組成的
曲軸滑塊結(jié)構(gòu)，運動引入密封方式為波紋管密封，檔板(63)安裝采用曲軸滑塊結(jié)構(gòu)。
[0015]上述引弧機構(gòu)(7)由依次相連的線形運動饋入裝置(71)和引弧針(72)組成，運動引入密封方式為波紋管密封，所述的引弧針(72)與靶(13)面接觸的端頭有彎折。
[0016]上述水冷陰極(I)的靶(13)設(shè)有兩個臺階，可防止弧斑燒蝕壓靶圈和安裝螺絲。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
1、將弧源主體、引弧機構(gòu)、檔板機構(gòu)集成于250KF法蘭，促進真空弧源設(shè)計的模塊化和標準化。
[0018]2、具有燒蝕均勻、靶利用率高的優(yōu)點。
[0019]3、安裝維護方便，運行穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明陰極電弧靶的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為水冷陰極【具體實施方式】的剖面圖；
圖3為陽極的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖圖；
圖4為絕緣組件的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為限弧機構(gòu)的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為磁場機構(gòu)的一種具體結(jié)構(gòu)不意圖；
圖7為擋板機構(gòu)的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為引弧機構(gòu)的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中，1-水冷陰極；11_水冷板；12_導熱銅板；13_靶；14_壓靶圈；15_進出水管；16-導電銅環(huán)；17-0圈；18-銅螺栓；19-沉頭螺栓；2_陽極；21_陽極基板；22_陽極罩；23-法蘭；3_絕緣組件；31_絕緣環(huán)；32、33_絕緣件；4_限弧機構(gòu)；41_限弧罩；42_桶狀組件；5_磁場機構(gòu)；51_環(huán)形磁鐵；52_勻磁環(huán)；53_螺絲；54_基座；6_檔板機構(gòu)；61_線性運動饋入裝置；62_連桿；63_檔板；64_銷釘；65_氣缸；7_引弧機構(gòu)；71_線性運動饋入裝置；72-引弧針；73-彎折面；74-氣缸。
【具體實施方式】[0022]下面將結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0023]見圖2，水冷陰極(I)包括水冷板(11)、導熱銅板(12)、靶(13)、壓靶圈(14)、進出水管(15)、導電銅環(huán)(16)、O圈(17)、銅螺栓(18)和沉頭螺栓(19)。水冷板(11)上刻有蛇形導流槽和O圈密封槽，蛇形導流槽用來確保靶(13)均勻、充分的冷卻；進出水管(15)固定于水冷板(11)上；O圈(17)置于水冷板(11)的O圈密封槽內(nèi)，O圈(17)上壓0.8毫米導熱銅板(12)，靶(13)通過壓靶圈(14)和沉頭螺栓(19)固定于水冷板(11)上且緊貼導熱銅板(12)。靶(13)上有兩個臺階，第一個臺階為壓靶圈(14)提供一個凸緣；第二個臺階用來保證靶(13)面高出壓靶圈(14)平面，防止弧斑燒蝕壓靶圈和安裝螺絲。通水時要保證水流方向是下進上出，防止產(chǎn)生氣泡而影響冷卻效率，水壓2-4MPa，通水后，導熱銅板(12)與靶(13)面緊密貼合，將靶材熱量傳給冷卻水。導熱銅板(12)的另一個作用是防止靶材燒蝕超過安全燒蝕深度時，保證水不至于流進真空室內(nèi)。弧電源負極接導電銅環(huán)(16)，電流通過導電銅環(huán)(16)、銅螺栓(18)至水冷板(11)。導電銅環(huán)(16)的作用為均勻陰極電位。
[0024]陽極(2 )由陽極基板(21)和陽極罩(22 )組成，陽極基板(21)的主體為KF250法蘭，其上焊有3個KF25法蘭(23 )，用來安裝I個引弧機構(gòu)(7 )和2個檔板機構(gòu)(6 )。陽極罩(22)通過螺栓鎖在陽極基板(21)上，陽極罩(22)有兩個作用:防止涂層涂覆在真空腔體壁上，為檔板機構(gòu)提供安裝支點。
[0025]絕緣組件(3)包括用來絕緣陽極基板(21)和水冷板(11)的絕緣環(huán)(31)、用來絕緣導電銅環(huán)(16 )和陽極基板(21)的絕緣件(32 )、用來絕緣導電銅環(huán)(16 )和進出水管(15 )的絕緣件(33)。絕緣環(huán)(31)為與導電銅環(huán)(16)相匹配的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，絕緣件(32)為與銅螺栓(18)相匹配的中空管狀結(jié)構(gòu)，絕緣件(33)為與進出水管(15)相匹配的中空管狀結(jié)構(gòu)。
[0026]銅螺栓(18)—端固定于水冷板(11)，另一端從導電銅環(huán)(16)中心環(huán)穿過。水冷陰極(I)通過絕緣組件(3)和銅螺栓(18)安裝于陽板基板(21)上，見圖1，具體為:將進出水管(15)穿過絕緣件(33)，將銅螺栓(18)穿過絕緣件(32)，將導電銅環(huán)(16)穿過絕緣環(huán)(31)，并將陽極(2)的三個法蘭(23)依次與絕緣組件(3)的絕緣件(32)和絕緣件(33)套接，從而實現(xiàn)將水冷陰極(I)安裝于陽板基板(21)上。
[0027]限弧機構(gòu)(4)主體為限弧罩(41)，限弧罩(41)為一帶90度錐孔的環(huán)形結(jié)構(gòu)，限弧罩(41) 一端連有一桶狀組件(42 )，桶狀組件(42 )套于絕緣組件(3 )的絕緣環(huán)(31)上；限弧罩(41)在電位上位于懸浮位置，且與陰極的間距為1.5毫米，用來阻止弧斑燒蝕水冷板和壓靶圈。限弧罩(41)由導磁材料制作，用來提升磁場，兼具導磁和限弧的作用。
[0028]磁場機構(gòu)(5)功能件為環(huán)形磁鐵(51)，環(huán)形磁鐵(51)通過勻磁環(huán)(52)安裝于基座(54)上，均磁環(huán)(52)用導磁材料制作，用來均勻靶面磁場。通過調(diào)整螺絲(53)調(diào)芐基座(54)與靶(13)面的距離，從而調(diào)節(jié)靶(13)表面磁場強度。磁場機構(gòu)(5)固定于水冷板
(11)上，位于陽極基板(21)和水冷板(11)之間。
[0029]檔板機構(gòu)(6)為依次相連的線性運動饋入裝置(61)、連桿(62)、檔板(63)組成的曲軸滑塊結(jié)構(gòu)，變氣缸(65)的直線運動為檔板的翻轉(zhuǎn)運動。運動引入密封方式為波紋管密封。線性運動饋入裝置(61)通過KF卡環(huán)安裝在陽極基板(21)的其中一法蘭(23)。銷釘
(64)將線性運動饋入裝置(61)、連桿(62)、檔板(63)、陽極罩(22)聯(lián)接在一起，形成曲軸滑塊結(jié)構(gòu)，變氣缸的直線運動為檔板的翻轉(zhuǎn)運動。
[0030]弓丨弧機構(gòu)(7)由依次相連的線形運動饋入裝置(71)和引弧針(72 )組成，線形運動饋入裝置(71)通過陽極基板(21)的法蘭固定于陽極基板(21)上，線形運動饋入裝置(71)的結(jié)構(gòu)和原理同檔板機構(gòu)(6)中的線性運動饋入裝置(61)，引弧針(72)為鎢鈰合金，其端頭與靶(13)面接觸。引弧針(72)與靶(13)面接觸的端頭有彎折，其彎折面(73)接觸靶(13)面，防止引弧運動時在靶(13)面敲出凹坑。
[0031]本發(fā)明集成式電弧靶包括I個引弧機構(gòu)(7)和2個擋板機構(gòu)(6)，引弧機構(gòu)(7)和擋板機構(gòu)(6)分別通陽極基板(21)上設(shè)置的3個法蘭(23)固定于陽極基板(21)上。
【權(quán)利要求】
1.集成式陰極電弧靶，其特征在于，包括: 水冷陰極(I)、陽極(2)、絕緣組件(3)、限弧機構(gòu)(4)、磁場機構(gòu)(5)、檔板機構(gòu)(6)和引弧機構(gòu)(7 )，水冷陰極(I)包括靶(13 )，引弧機構(gòu)(7 )包括引弧針(72 );其中: 水冷陰極(I)通過絕緣組件(3 )安裝于陽極(2 ); 限弧機構(gòu)(4)固定于絕緣組件(3)，用來限制弧斑的運動范圍； 磁場機構(gòu)(5 )固定于水冷板(11)且位于陽極(2 )和水冷陰極(I)之間，用來調(diào)節(jié)冷陰極(10)的靶(13)面的磁場強度； 擋板機構(gòu)(6)和引弧機構(gòu)(7)固定于陽極(2)，引弧機構(gòu)(7)的引弧針(72)與水冷陰極(10)的靶(13)面接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的集成式陰極電弧靶，其特征在于: 所述的水冷陰極(I)包括水冷板(11)、導熱板(12)、靶(13)、進出水管(15)和導電環(huán)(16)，進出水管(15)固定于水冷板(11)上，水冷板(11)上壓導熱板(12)，靶(13)固定于水冷板(11)上且緊貼導熱板(12)，導電環(huán)(16)通過螺栓固定于水冷板(11)上。
3.如權(quán)利要求2所述的集成式陰極電弧靶，其特征在于: 所述的水冷板(11)上設(shè)有蛇形導流槽。
4.如權(quán)利要求2所述的集成式陰極電弧靶，其特征在于: 所述的靶(13)設(shè)有兩個臺階。
5.如權(quán)利要求1所述的集成式陰極電弧靶，其特征在于: 所述的陽極(2)包括陽極基板(21)和陽極罩(22)，陽極罩(22)固定于陽極基板(21)上；陽極基板(21)主體為第一法蘭，其上焊有3個第二法蘭。
6.如權(quán)利要求2所述的集成式陰極電弧靶，其特征在于: 所述的絕緣組件(3)包括絕緣環(huán)(31 )、第一絕緣件(32)和第二絕緣件(33)，絕緣環(huán)(31)為與導電環(huán)(16)相匹配的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，第一絕緣件(32)為與銅螺栓(18)相匹配的中空管狀結(jié)構(gòu)，第二絕緣件(33)為與進出水管(15)相匹配的中空管狀結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的集成式陰極電弧靶，其特征在于: 所述的限弧機構(gòu)(4)包括限弧罩(41)和桶狀組件(42)，限弧罩(41)為一帶度錐孔的環(huán)形結(jié)構(gòu)，桶狀組件(42)固定于限弧罩(41) 一端。
8.如權(quán)利要求1所述的集成式陰極電弧靶，其特征在于: 所述的磁場機構(gòu)(5)包括環(huán)形磁鐵(51 )，環(huán)形磁鐵(51)通過勻磁環(huán)(52)安裝于基座(54)上。
9.如權(quán)利要求1所述的集成式陰極電弧靶，其特征在于: 所述的檔板機構(gòu)(6)為依次相連的線 性運動饋入裝置(61)、連桿(62)、檔板(63)組成的曲軸滑塊結(jié)構(gòu)，運動引入密封方式為波紋管密封。
10.如權(quán)利要求1所述的集成式陰極電弧靶，其特征在于: 所述的引弧機構(gòu)(7)由依次相連的線形運動饋入裝置(71)和引弧針(72)組成，運動引入密封方式為波紋管密封，所述的引弧針(72)與靶(13)面接觸的端頭有彎折。
【文檔編號】C23C14/32GK103469166SQ201310473310
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】黃志宏, 張早娣, 閆少健, 付德君 申請人:武漢大學