一種磁控等離子體微孔涂層裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石涂層技術(shù)，特別是涉及一種磁控等離子體微孔涂層技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，化學(xué)氣相沉積(CVD)法用在小孔徑工件上的涂層受到廣泛關(guān)注。目前常用的技術(shù)主要是熱絲法，將加熱絲穿入工件內(nèi)孔，通過被分解等離子體的自由運動到達工件表面，在適合的溫度條件下形成金剛石涂層。但是這一技術(shù)需要將加熱的電阻絲穿過工件內(nèi)孔，因此無法適用于微小孔徑或者狹長內(nèi)孔的工件，目前這種穿絲的方式只能做到1.2mm以上的孔徑涂層，無法實現(xiàn)更小孔徑及狹長內(nèi)孔的工件涂層。
[0003]專利文獻CN203411607U公開了一種微小孔徑金剛石涂層拉絲模裝置，其采用的是一種非穿絲工藝，具體而言，是在工件上下兩側(cè)設(shè)置加熱絲，對加熱絲施加電壓，從而在加熱絲與工件之間形成偏壓電場，區(qū)域性地加強了等離子體的濃度并形成了一定的偏移，然而該方法僅依靠加熱絲的電場作用，對等離子體的作用力較小，僅能用于加工一些孔深比較小的工件，對于較大孔深的內(nèi)孔，仍然無法達到滿意的涂層效果。
[0004]因此，目前還未有一種能夠適用于微小孔徑、較大孔深的工件內(nèi)孔表面涂層技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:能夠大批量實現(xiàn)微小孔徑、較大孔深的工件的內(nèi)孔表面涂層技術(shù)。
[0006]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]—種磁控等離子體微孔涂層裝置，包括真空室，其特征在于:進氣篩、出氣篩、樣品臺、工件、磁控環(huán)和加熱絲位于真空室內(nèi)；其中
[0008]出氣篩與進氣篩相對設(shè)置；
[0009]樣品臺位于進氣篩與出氣篩之間；
[0010]磁控環(huán)與工件位于樣品臺上；
[0011]工件具有狹長的中孔結(jié)構(gòu)，并放置在磁控環(huán)內(nèi)部；
[0012]加熱絲與工件的中孔對應(yīng)位置設(shè)置為環(huán)狀線圈結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果是:通過環(huán)狀線圈結(jié)構(gòu)的加熱絲、磁控環(huán)的磁力吸引作用以及樣品臺的氣流通道等多種技術(shù)手段實現(xiàn)對氣流的合理控制，從而能夠順利地將等離子體導(dǎo)入狹長的內(nèi)孔中，實現(xiàn)對微小孔徑、較大孔深的工件內(nèi)孔表面涂層加工。并且加工的工件涂層具有質(zhì)量穩(wěn)定、速度快、均勻性好的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0014]圖1是磁控等離子體微孔涂層裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是磁控環(huán)與工件的剖面放大示意圖。
[0016]圖3是磁控環(huán)與工件的俯視放大示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖介紹本技術(shù)方案的內(nèi)容。
[0018]如圖1所示，一種磁控等離子體微孔涂層裝置，包括:
[0019]真空室1，用于提供工件涂層沉積的工作環(huán)境；真空室的上部設(shè)置有進氣篩2，進氣篩是一個多孔盤，包含多個氣孔，氣體從氣孔中吹出；同時在其下部設(shè)置有出氣篩7，是一個多孔盤，包含多個氣孔，與進氣篩2正對，氣體從氣孔中抽出，從而使得真空室內(nèi)形成氣流通路；當然，進氣篩2與出氣篩7的位置也可以對調(diào)，即進氣篩2位于下部，出氣篩7位于上部。
[0020]樣品臺6位于進氣篩2與出氣篩7之間，用于支撐工件，其上設(shè)置有通孔；通孔與工件5的中孔9對正，保證氣流可以從通孔中穿過，樣品臺由耐熱陶瓷材料或其他不導(dǎo)電不導(dǎo)磁材料制成。
[0021]工件5，通常帶有狹長的中孔9結(jié)構(gòu)，所謂的狹長，指的是孔徑微小且孔深較大的形狀，其中孔徑為0.1mm以上(但不限于0.1mm)，孔深為10mm以下(但不限于100mm);工件通常采用低磁或無磁硬質(zhì)合金，陶瓷材料制成；工件5的數(shù)量可以為多個，且成陣列設(shè)置在樣品臺6上，因此能夠進行大批量的加工。
[0022]加熱絲3，包括上下兩條支路，分別設(shè)置在工件5的上下兩側(cè)，更具體地，上支路設(shè)置在工件5的上方，下支路設(shè)置在樣品臺6的下方；每支加熱絲與工件中孔對應(yīng)的位置設(shè)置為環(huán)狀線圈結(jié)構(gòu)；加熱絲3上施加有電壓并發(fā)熱，使得通過的氣體分解為等離子體，并在進氣篩和出氣篩的作用下，等離子體具有流動方向性；由于加熱絲在工件中孔對應(yīng)位置采用環(huán)狀線圈結(jié)構(gòu)，并設(shè)置在工件5的上下兩端位置，相比現(xiàn)有的單根加熱絲，其產(chǎn)生的熱量更為集中，可以有效促進氣體分解，提高等離子體密度。
[0023]磁控環(huán)4，通常為金屬導(dǎo)線繞制而成，工件放置在磁控環(huán)內(nèi)部空間中(參見附圖2和附圖3);通過控制導(dǎo)線內(nèi)的電流變化可以控制磁控環(huán)內(nèi)的磁場強度和方向。磁控環(huán)外殼由耐熱陶瓷材料密封制成；并且磁控環(huán)內(nèi)部空間是可調(diào)的，例如磁控環(huán)內(nèi)部組件可做模塊化的替換，使得內(nèi)部空間可以根據(jù)工件的尺寸進行調(diào)整；從而滿足不同尺寸工件的加工需求。
[0024]冷卻水管8，纏繞在磁控環(huán)的外殼上；管中通冷水，對磁控環(huán)4進行冷卻降溫，避免磁控環(huán)過熱將內(nèi)部金屬導(dǎo)線燒壞，同時也可以對內(nèi)部工件進行降溫。
[0025]對工件進行加工時，氣體從進氣篩2通入真空室1，氣體流向出氣篩7，途中經(jīng)過加熱絲分解成等離子體，由于工件中孔是樣品臺6區(qū)域的唯一氣體通路，因此等離子體在氣流帶動作用下會流入工件中孔。
[0026]同時，對加熱絲3上下兩支施加不同的電壓，將在加熱絲之間形成電場，等離子體中的正負粒子在電場作用下具有一定的方向性，會在上下兩支加熱絲之間產(chǎn)生定向移動，使得等離子體流入工件中孔；并且，還可以進一步改變電壓來對電場的強度進行調(diào)整，從而控制等離子體進行加速或減速。
[0027]當?shù)入x子體中的帶電粒子具有一定的運動方向性時會受到磁控環(huán)4的作用，由于磁控環(huán)中的導(dǎo)線通有周期性變化電流，使得磁控環(huán)內(nèi)部磁場具有一定的規(guī)律性；等離子體中的帶電粒子受到磁力作用會接近或遠離磁極，從而可以控制涂層在工件中孔的沉積。
[0028]殘余氣體將由出氣篩7抽出。
[0029]由此可見，本方案采用了線圈加熱絲、磁控環(huán)控制、樣品臺設(shè)置氣流通道等多種改進技術(shù)，從而實現(xiàn)對等離子體的更好控制，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對工件的狹長內(nèi)孔表面的高質(zhì)量加工。當然，以上手段也可以分別實施，同樣能比現(xiàn)有技術(shù)取得更好的加工效果。
[0030]以上實施例的說明只是用于幫助理解本方案的方法及其核心思想。應(yīng)當指出，在不脫離本方案原理的前提下，還可以對本方案進行若干改進，這些改進也同樣落入本方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種磁控等離子體微孔涂層裝置，包括真空室(I)，其特征在于:進氣篩(2)、出氣篩(7)、樣品臺(6)、工件(5)、磁控環(huán)(4)和加熱絲(3)位于真空室⑴內(nèi)；其中 出氣篩(7)與進氣篩(2)相對設(shè)置； 樣品臺(6)位于進氣篩(2)與出氣篩(7)之間； 磁控環(huán)⑷與工件(5)位于樣品臺(6)上； 工件(5)具有中孔(9)結(jié)構(gòu)，并放置在磁控環(huán)⑷內(nèi)部； 加熱絲(3)與工件(5)的中孔對應(yīng)位置設(shè)置為環(huán)狀線圈結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:磁控環(huán)(4)為金屬導(dǎo)線繞制而成，導(dǎo)線通有周期性變化電流，使得磁控環(huán)內(nèi)部產(chǎn)生的磁場具有規(guī)律性。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:磁控環(huán)(4)內(nèi)部空間能夠根據(jù)工件尺寸進行調(diào)整。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:磁控環(huán)(4)外殼纏繞有冷卻水管(8)，用于對磁控環(huán)(4)進行降溫。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:磁控環(huán)(4)的外殼由耐熱陶瓷材料密封制成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:樣品臺(6)上設(shè)置有通孔；通孔與工件(5)的中孔對正。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:工件(5)的中孔(9)為狹長結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:進氣篩(2)吹出的氣體經(jīng)過加熱絲(3)，受熱分解成等離子體，等離子體在氣流帶動作用下流入工件中孔。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于:加熱絲(3)包括上下兩支，分別設(shè)置在工件(5)的上下兩側(cè)，其上施加有電壓，在加熱絲之間形成電場，并通過改變電壓對電場的強度進行調(diào)整，從而對等離子體進行加速或減速。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于:磁控環(huán)內(nèi)部磁場對等離子體中的帶電粒子發(fā)生作用，從而控制涂層在工件中孔的沉積。
【專利摘要】一種磁控等離子體微孔涂層裝置，包括真空室、進氣篩、出氣篩、樣品臺、工件、磁控環(huán)和加熱絲；其中出氣篩與進氣篩相對設(shè)置；樣品臺位于進氣篩與出氣篩之間；磁控環(huán)與工件位于樣品臺上；工件具有狹長的中孔結(jié)構(gòu)，并放置在磁控環(huán)內(nèi)部；加熱絲與工件的中孔對應(yīng)位置設(shè)置為環(huán)狀線圈結(jié)構(gòu)；通過環(huán)狀線圈結(jié)構(gòu)的加熱絲、磁控環(huán)的磁力吸引作用以及樣品臺的氣流通道等多種技術(shù)手段實現(xiàn)對氣流的合理控制，從而順利地將等離子體導(dǎo)入狹長的內(nèi)孔中，實現(xiàn)對微小孔徑、較大孔深的工件內(nèi)孔表面涂層加工。
【IPC分類】C23C16/50, C23C16/455
【公開號】CN204803405
【申請?zhí)枴緾N201520549547
【發(fā)明人】余彬
【申請人】蘇州金剛晶納米材料有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年7月27日