一种轴对称曲面件内表面均匀磁控溅射沉积方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及镀层领域，尤其是磁控溅射领域，具体为一种轴对称曲面件内表面均匀磁控溅射沉积方法及其装置。本发明能够大幅提高轴对称曲面件内表面沉积的均匀性，具有较好的效果。
【背景技术】
[0002]磁控溅射作为一种工业化镀层沉积技术，其工作原理如下:电子在溅射靶面正交电磁场中做螺旋运动，并与工作气体(如氩气)发生碰撞，使工作气体电离为离子(如氩离子)，离子在溅射阴极的电场作用下加速、获能飞向靶面，并与靶面原子发生碰撞，而使靶材原子被溅射出来，被溅射出来的靶材原子沉积到工件表面，而形成镀层。
[0003]目前，针对轴对称曲面工件(即轴对称曲面件)，在工件内表面镀制镀层时，通过采用圆形平面溅射靶作为溅射阴极，工件的口部正对靶面且工件与圆形平面溅射靶的轴线重合，同时工件与圆形平面溅射靶的靶面保持一定距离。由于轴对称曲面工件形状的特殊性，工件内表面不同玮度位置距离靶面的距离各不相同，沉积物质在飞行过程中，受重力作用影响以及与工作气体碰撞而发生能量损失，距离靶面越远，能够到达的沉积原子越少，镀层沉积速率越低，最终导致轴对称曲面工件内表面不同玮度镀层的厚度存在较大差异，使得镀层的均匀性较差。
[0004]在工件表面沉积镀层的目的通常在于，改善工件表面的某种特性(如防腐蚀、耐磨损)或起某种隔离作用；而这些作用的实现，通常与镀层厚度有直接关系。因而，镀层厚度不均匀直接影响到工件表面性能的不均匀，同时导致精密装配的问题。
[0005]为此，迫切需要一种新的方法，以改善工件沉积的均匀性，同时提升装备制造水平。
【发明内容】
[0006]本发明的发明目的在于:针对现有磁控溅射方法在用于轴对称曲面件内表面的镀层制备时，受重力作用影响以及与工作气体碰撞而发生能量损失，距离靶面越远，能够到达的沉积原子越少，镀层沉积速率越低，导致工件内表面不同玮度镀层的厚度存在较大差异，均匀性较差的问题，提供一种轴对称曲面件内表面均匀磁控溅射沉积方法及其装置。本发明能有效克服传统方法的不足，将轴对称曲面件内表面的镀层厚度均匀性提升至70%以上，在工件内表面形成均匀的磁控溅射镀层。同时，本发明方法简单，工艺可控，重复性好，能够满足工业化、大规模制备轴对称曲面件内表面均匀镀层的需要，具有较好的应用前景。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种轴对称曲面件内表面均匀磁控溅射沉积方法，包括如下步骤:
(1)将轴对称曲面件的开口部朝下，并将轴对称曲面件置于平面磁控溅射靶上方，轴对称曲面件与平面磁控溅射靶之间形成间隙，将间隙记为靶基距；
(2)在轴对称曲面件与平面磁控溅射靶之间放置若干个金属挡片，金属挡片与地绝缘，沿轴对称曲面件下端至顶点的玮度方向，随着轴对称曲面件玮度的升高，金属挡片遮挡轴对称曲面件的面积逐渐减小；
(3)待轴对称曲面件与金属挡片设置完成后，使金属挡片与轴对称曲面件相对转动，同时使电子在平面磁控溅射靶正交电磁场中做螺旋运动，电子与工作气体碰撞，使工作气体电离为离子，离子与平面磁控溅射靶碰撞，使得平面磁控溅射靶的靶材原子溅射出来，溅射出来的靶材原子沉积到轴对称曲面件的内表面，从而在轴对称曲面件内表面形成镀层，当镀层厚度达到设定值后，即可。
[0008]所述步骤I中，将轴对称曲面件置于圆形平面磁控溅射靶上方，并使轴对称曲面件的轴线与圆形平面磁控溅射靶的轴线重合。
[0009]所述步骤3中，金属挡片静置，轴对称曲面件沿轴对称曲面件的轴线转动；
或轴对称曲面件静置，金属挡片沿轴对称曲面件的轴线转动；
或以轴对称曲面件的轴线为旋转轴，金属挡片与轴对称曲面件沿旋转轴相对转动。
[0010]所述金属挡片为球面三角形金属挡片。
[0011]所述球面三角形金属挡片遮挡轴对称曲面件的面积随轴对称曲面件玮度的升高而逐渐减小。
[0012]所述步骤2中，在轴对称曲面件与平面磁控溅射靶之间均布3个金属挡片，所述金属挡片遮挡轴对称曲面件的面积随轴对称曲面件玮度的升高而逐渐减小。
[0013]用于前述轴对称曲面件内表面均匀磁控溅射沉积方法的装置，包括底座、设置在底座上且与底座相配合的真空室、平面磁控溅射靶、溅射靶体、与溅射靶体相配合的辅助阳极环、支架、金属挡片、能带动轴对称曲面件相对金属挡片相对转动的旋转装置，所述底座与真空室连接构成真空系统，所述平面磁控溅射靶、溅射靶体、辅助阳极环、支架、金属挡片、旋转装置分别设置在真空系统内，所述平面磁控溅射靶设置在溅射靶体上，所述辅助阳极环设置在平面磁控溅射靶上方，所述溅射靶体与辅助阳极环相互配合形成放置轴对称曲面件的平面磁控溅射靶正交电磁场，所述金属挡片设置在支架上且金属挡片位于平面磁控溅射靶与轴对称曲面件之间，所述金属挡片遮挡轴对称曲面件的面积随轴对称曲面件玮度的升高而逐渐减小。
[0014]所述平面磁控溅射靶呈圆形。
[0015]还包括设置在真空系统内用于对轴对称曲面件外形面进行防护的保护罩。
[0016]所述金属挡片为球面三角形金属挡片，所述球面三角形金属挡片遮挡轴对称曲面件的面积随轴对称曲面件玮度的升高而逐渐减小。
[0017]所述金属挡片为球面三角形金属挡片且为三个，所述球面三角形金属挡片均布于平面磁控溅射靶与轴对称曲面件之间。
[0018]所述球面三角形金属挡片正置于平面磁控溅射靶与轴对称曲面件之间。
[0019]针对前述问题，本发明提供一种轴对称曲面件内表面均匀磁控溅射沉积方法及其装置。本发明以现有磁控溅射方法为基础，有效解决了轴对称曲面件内表面磁控溅射沉积镀层厚度不均匀的技术问题。经实际使用验证，本发明能将内径?200mm的轴对称曲面工件内表面镀层厚度的均匀性由20%显著提高到70%以上。
[0020]本发明的方法中，将轴对称曲面件的开口部朝下放置，并在在轴对称曲面件与平面磁控溅射靶之间放置若干个正置金属挡片，平面磁控溅射靶优选为圆形平面磁控溅射靶，金属挡片优选为球面三角形金属挡片；圆形平面磁控溅射靶位于轴对称曲面件的下方，且两者轴线重合，圆形平面磁控溅射靶与轴对称曲面件的口部保持一定的距离，即形成间隙，将间隙记为靶基距，靶基距> O ;球面三角形金属挡片优选为三个，且均布于轴对称曲面件端面的同心圆上，且挡板与地绝缘。采用球面三角形金属挡片时，沿轴对称曲面件下端至顶点的玮度方向，随着轴对称曲面件玮度的升高，金属挡片遮挡轴对称曲面件的面积逐渐减小。待设置完成后，开始进行镀层沉积。在镀层沉积过程中，金属挡片与轴对称曲面件相对转动(即金属挡片静置，轴对称曲面件沿其轴线转动；或轴对称曲面件静置，金属挡片沿轴对称曲面件的轴线转动；或以轴对称曲面件的轴线为旋转轴，金属挡片与轴对称曲面件沿旋转轴相对转动)，同时使电子在平面磁控溅射靶正交电磁场中做螺旋运动，电子与工作气体碰撞，使工作气体电离为离子，离子与平面磁控溅射靶碰撞，使得平面磁控溅射靶的靶材原子溅射出来，溅射出来的靶材原子沉积到轴对称曲面件的内表面，从而在轴对称曲面件内表面形成镀层，当镀层厚度达到设定值后，即可。
[0021]本发明中，在轴对称曲面件与平面磁控溅射靶之间设置金属挡片，并且金属挡片沿轴对称曲面件下端至顶点的玮度方向，随着轴对称曲面件玮度的升高，金属挡片遮挡轴对称曲面件的面积逐渐减小；通过采用该结构，随着轴对称曲面件玮度的升高，金属挡片遮挡轴对称曲面件的面积逐渐减小，即靠近轴对称曲面件口部的挡板遮挡面积越大，原有轴对称曲面内表面口部沉积速率的损失越大，通过采用该方式，有效减少不同玮度间镀层的厚度差异。进一步，本发明中，使金属挡片与轴对称曲面件相对转动，从而保证同一玮度镀层的沉积速率相同，厚度均匀。通过对现有方法的改进，本发明能有效减少轴对称曲面件内表面不同玮度镀层厚度差异，最终实现均匀沉积。经测定，本发明能够将轴对称曲面件内表面的镀层厚度均匀性提升至70%以上，具有极好的效果。
[0022]同时，本发明提供一种用于前述方法的装置。
[0023]综上所述，本发明可以克服传统方法的不足，能在轴对称曲面工件内表面实现均匀磁控溅射镀层沉积，适用于轴对称曲面工件内表面均匀物理气相沉积。同时，本发明方法简单，工艺可控，重复性好。实践表明，采用本发明显著提高轴对称曲面工件内表面镀层厚度的均匀性，具有较好的市场应用前景。
【附图说明】
[0024]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1为对比例I中轴对称曲面工件内表面的镀层厚度分布图。
[0025]图2为实施例1的装置结构示意图。
[0026]图3是本发明轴对称曲面工件内表面镀层厚度分布图。
[0027]图中标记:1为底座，2为真空室，3为平面磁控溅射靶，4为溅射靶体，5为辅助阳极环，6为支架，7为金属挡片，8为轴对称曲面件，9为旋转装置，10为保护罩。
【具体实施方式】
[0028]本说