一種磁控等離子體微孔涂層裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及化學氣相沉積(CVD)金剛石涂層技術，特別是涉及一種磁控等離子體微孔涂層技術。
【背景技術】
[0002]近年來，化學氣相沉積(CVD)法用在小孔徑工件上的涂層受到廣泛關注。目前常用的技術主要是熱絲法，將加熱絲穿入工件內孔，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。但是這一技術需要將加熱的電阻絲穿過工件內孔，因此無法適用于微小孔徑或者狹長內孔的工件，目前這種穿絲的方式只能做到1.2mm以上的孔徑涂層，無法實現更小孔徑及狹長內孔的工件涂層。
[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，是在工件上下兩側設置加熱絲，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、較大孔深的工件內孔表面涂層技術。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是:能夠大批量實現微小孔徑、較大孔深的工件的內孔表面涂層技術。
[0006]本發明采用以下技術方案來實現:
[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、磁控環和加熱絲位于真空室內；其中
[0008]出氣篩與進氣篩相對設置；
[0009]樣品臺位于進氣篩與出氣篩之間；
[0010]磁控環與工件位于樣品臺上；
[0011]工件具有狹長的中孔結構，并放置在磁控環內部；
[0012]加熱絲與工件的中孔對應位置設置為環狀線圈結構。
[0013]本發明的技術效果是:通過環狀線圈結構的加熱絲、磁控環的磁力吸引作用以及樣品臺的氣流通道等多種技術手段實現對氣流的合理控制，從而能夠順利地將等離子體導入狹長的內孔中，實現對微小孔徑、較大孔深的工件內孔表面涂層加工。并且加工的工件涂層具有質量穩定、速度快、均勻性好的優點。
【附圖說明】
[0014]圖1是磁控等離子體微孔涂層裝置結構示意圖。
[0015]圖2是磁控環與工件的剖面放大示意圖。
[0016]圖3是磁控環與工件的俯視放大示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖介紹本技術方案的內容。
[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境；真空室的上部設置有進氣篩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，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電不導磁材料制成。
[0021]工件5，通常帶有狹長的中孔9結構，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合金，陶瓷材料制成；工件5的數量可以為多個，且成陣列設置在樣品臺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，分別設置在工件5的上下兩側，更具體地，上支路設置在工件5的上方，下支路設置在樣品臺6的下方；每支加熱絲與工件中孔對應的位置設置為環狀線圈結構；加熱絲3上施加有電壓并發熱，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位置采用環狀線圈結構，并設置在工件5的上下兩端位置，相比現有的單根加熱絲，其產生的熱量更為集中，可以有效促進氣體分解，提高等離子體密度。
[0023]磁控環4，通常為金屬導線繞制而成，工件放置在磁控環內部空間中(參見附圖2和附圖3);通過控制導線內的電流變化可以控制磁控環內的磁場強度和方向。磁控環外殼由耐熱陶瓷材料密封制成；并且磁控環內部空間是可調的，例如磁控環內部組件可做模塊化的替換，使得內部空間可以根據工件的尺寸進行調整；從而滿足不同尺寸工件的加工需求。
[0024]冷卻水管8，纏繞在磁控環的外殼上；管中通冷水，對磁控環4進行冷卻降溫，避免磁控環過熱將內部金屬導線燒壞，同時也可以對內部工件進行降溫。
[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，途中經過加熱絲分解成等離子體，由于工件中孔是樣品臺6區域的唯一氣體通路，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整，從而控制等離子體進行加速或減速。
[0027]當等離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4的作用，由于磁控環中的導線通有周期性變化電流，使得磁控環內部磁場具有一定的規律性；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、磁控環控制、樣品臺設置氣流通道等多種改進技術，從而實現對等離子體的更好控制，因此能夠實現對工件的狹長內孔表面的高質量加工。當然，以上手段也可以分別實施，同樣能比現有技術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。
【主權項】
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(4)和加熱絲(3)位于真空室⑴內；其中 出氣篩(7)與進氣篩(2)相對設置； 樣品臺(6)位于進氣篩(2)與出氣篩(7)之間； 磁控環⑷與工件(5)位于樣品臺(6)上； 工件(5)具有中孔(9)結構，并放置在磁控環⑷內部； 加熱絲(3)與工件(5)的中孔對應位置設置為環狀線圈結構。2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:磁控環(4)為金屬導線繞制而成，導線通有周期性變化電流，使得磁控環內部產生的磁場具有規律性。3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:磁控環(4)內部空間能夠根據工件尺寸進行調整。4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:磁控環(4)外殼纏繞有冷卻水管(8)，用于對磁控環(4)進行降溫。5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:磁控環(4)的外殼由耐熱陶瓷材料密封制成。6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:樣品臺(6)上設置有通孔；通孔與工件(5)的中孔對正。7.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:工件(5)的中孔(9)為狹長結構。8.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于:進氣篩(2)吹出的氣體經過加熱絲(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.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于:加熱絲(3)包括上下兩支，分別設置在工件(5)的上下兩側，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整，從而對等離子體進行加速或減速。10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于:磁控環內部磁場對等離子體中的帶電粒子發生作用，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、磁控環和加熱絲；其中出氣篩與進氣篩相對設置；樣品臺位于進氣篩與出氣篩之間；磁控環與工件位于樣品臺上；工件具有狹長的中孔結構，并放置在磁控環內部；加熱絲與工件的中孔對應位置設置為環狀線圈結構；通過環狀線圈結構的加熱絲、磁控環的磁力吸引作用以及樣品臺的氣流通道等多種技術手段實現對氣流的合理控制，從而順利地將等離子體導入狹長的內孔中，實現對微小孔徑、較大孔深的工件內孔表面涂層加工。
【IPC分類】C23C16/50, C23C16/455
【公開號】CN204803405
【申請號】CN201520549547
【發明人】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