一種用于平板件表面鍍類金剛石膜的設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及真空鍍膜領域，具體地說是一種可以對大面積平板工件進行批量化鍍膜的裝夾工藝。一種用于平板件表面鍍類金剛石膜的設備，包括真空室，真空室內設置有平板件固定裝置，所述平板件固定裝置包括由支架支撐起的金屬網(wǎng)罩，所述金屬網(wǎng)罩上設置有金屬卡扣。本實用新型為了解決大平板工件類金剛石涂層鍍膜過程中遇到的一些實際問題，包括包括鍍膜質量、一批次最大裝爐量等，結合技術的特點和工件的特征出發(fā)，設計出較為合理的裝夾方式，在保證鍍膜質量的前提下實現(xiàn)批量化，從而為類金剛石膜的大批量工業(yè)化生產(chǎn)提供了技術支持。
【專利說明】一種用于平板件表面鍍類金剛石膜的設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及真空鍍膜領域，具體地說是一種可以對大面積平板工件進行批量化鍍膜的裝夾工藝。
【背景技術】
[0002]等離子全方位離子沉積(Plasma Immersion 1n Deposition-PIID)技術為等離子增強化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition-PECVD)技術的一種，它是等離子表面工程領域近些年發(fā)展起來的技術，通過該技術可以實現(xiàn)在工件表面鍍上類金剛石涂層，即DLC涂層(Diamond Like Carbon coating), DLC涂層具有極高的硬度，通常能達到金剛石的20?25%，因此，在工件表面涂覆DLC涂層可以有效提高其耐磨性能。另外，DLC涂層還具有高電阻率、低摩擦系數(shù)、耐腐蝕、低表面能、光學透過性及生物相容性等優(yōu)勢，它是機械、電子、航天航空、醫(yī)學、光學等領域的理想材料。
[0003]盡管DLC涂層具有高硬度、低摩擦系數(shù)、耐磨耐腐蝕等多種優(yōu)異的性能，然而隨著科技的進步，人們對材料性能的要求就越來越苛刻，傳統(tǒng)的類金剛石涂層已經(jīng)不能滿足工業(yè)化更高品質，更高層次產(chǎn)品的需求。目前，國內外關于類金剛石涂層的研究主要集中在以下幾個方面:
[0004]1、與基體材料的結合力問題
[0005]由于DLC涂層材料和基體材料熱膨脹系數(shù)、晶體結構共格匹配性的差異，造成DLC的剝落。通過加入一層或多層的中間層改善它們的潤濕性，緩解化學鍵、熱膨脹系數(shù)等性能的差別，可以明顯增強DLC和基體之間的結合力。這種多層復合膜與梯度膜及多元復合膜被統(tǒng)稱為第三代DLC涂層，目前國內外正處于研究和開發(fā)階段。
[0006]2、內應力大導致脆性崩裂
[0007]實驗證明選用合適的摻雜元素可以降低膜中的內應力，改善膜基結合，從而極大地拓寬了其應用領域。摻雜通常是向真空罐中通入混合氣體、使用復合靶材或采用復合沉積技術來實現(xiàn)。摻雜元素的類型和摻雜含量對DLC涂層性能有重要的影響，對于不同的工況條件應選擇不同的元素，同時應嚴格控制摻雜元素的含量。目前，加入摻雜元素對DLC涂層的成分結構和性能的影響還需進一步研究。
[0008]3、鍍膜速率問題
[0009]沖蝕試驗結果表明:DLC涂層厚度和耐沖蝕磨損性能(Ant1-erosion Property)成正比。如何獲得厚的DLC(>20 μ m)涂層具有重要的研究意義。鑒于DLC涂層內應力較大的特點，厚的DLC涂層會出現(xiàn)脆性剝落(spalling)，很難制備厚的DLC涂層。目前國內高校和相關研究機構使用常規(guī)脈沖輝光放電技術所制備的DLC涂層均處于納米級別，工業(yè)化應用上還有一定的差距。
[0010]4、產(chǎn)業(yè)化障礙
[0011]類金剛石涂層鍍膜技術產(chǎn)業(yè)化推進過程中，會遇到次品率過高、批量化操作困難、鍍膜質量重復性較低等問題。要想獲得理想的類金剛石涂層，要確保以下幾個關鍵因素:工件表面前處理、鍍膜工藝控制、夾具的設計與工件裝夾技巧、氣體的流動性控制、人員操作的規(guī)范性等。其中的某個因素操作失誤或者欠缺則直接會影響鍍膜質量，甚至導致鍍膜失敗。對于批量化鍍膜而言，其設備是由多個真空室組成，每個真空室都有著其獨特的功能，在鍍膜的每個環(huán)節(jié)必須嚴格按照操作執(zhí)行，才能確保鍍膜質量的穩(wěn)定性。
實用新型內容
[0012]本實用新型要解決的技術問題是提供一種能夠實現(xiàn)平板件表面鍍類金剛石膜的批量化生產(chǎn)的平板件表面鍍類金剛石膜的設備。
[0013]為解決上述技術問題，本實用新型提供一種用于平板件表面鍍類金剛石膜的設備，包括真空室，所述真空室內設置有平板件固定裝置，所述平板件固定裝置包括由支架支撐起的金屬網(wǎng)罩，所述金屬網(wǎng)罩上設置有金屬卡扣。
[0014]優(yōu)選的，真空室上連接有氣源輸入系統(tǒng)和抽氣泵組。
[0015]優(yōu)選的，真空室上還設置有真空檢測系統(tǒng)。
[0016]優(yōu)選的，真空室上還連接有脈沖電源和PLC控制系統(tǒng)。
[0017]優(yōu)選的，金屬網(wǎng)罩材質為SUS316L或SUS304,金屬網(wǎng)罩的網(wǎng)孔大小為Imm2?lcm2。
[0018]優(yōu)選的，平板件固定裝置可由真空室內拿出。
[0019]平板件安裝固定時，為了盡量減小鍍膜后工件表面的花斑，金屬卡扣與平板間點接觸，所述支架為鋁合金材質，高壓脈沖電流直接與其連接，保證足夠的強度和良好的導電性，安裝時平板工件為背靠背放置，靠金屬卡扣鎖緊。
[0020]與已有技術相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在:
[0021]本實用新型將大面積平板工件表面類金剛石涂層鍍膜裝夾方式上進行了改進，與已有技術相比效果主要體現(xiàn)在以下四個方面:
[0022](I)該技術利用了平板間空心陰極放電效應提高了等離子體密度，使鍍膜速率和鍛月旲質量提聞:
[0023](2)由于平板間背靠背裝夾，可以充分利用真空室內有限的空間，實現(xiàn)最大裝爐量;
[0024](3)在特定的卡扣緊鎖條件下，工件鍍膜后期表面幾乎看不見花斑；
[0025](4)工件外圍金屬網(wǎng)罩提高了平板邊緣部分的等離子密度，因此提高了平板表面DLC涂層的均勻度，鍍膜質量也明顯提高；
[0026](5)采用鋁合金支架可以明顯降低電壓降，使加載在工件表面的負偏壓接近電源真實輸出電壓。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本實用新型一種用于平板件表面鍍類金剛石膜的設備的結構示意圖，
[0028]圖2為本實用新型一種用于平板件表面鍍類金剛石膜安裝狀態(tài)示意圖，
[0029]其中，1、真空檢測系統(tǒng)，2、氣源輸入系統(tǒng)，3、真空室，4、脈沖電源，5,PLC控制系統(tǒng)，
6、抽氣泵組，7、金屬網(wǎng)罩，8、平板工件，9、金屬卡扣，10、支架，11、高密度等離子體，12、低密度等離子體?！揪唧w實施方式】
[0030]下面結合說明書附圖對本實用新型的技術方案和結構進行說明，以便于本【技術領域】的技術人員理解。
[0031 ] 如圖1和圖2所示，一種用于平板件表面鍍類金剛石膜的設備，包括真空室3，真空室3內設置有平板件固定裝置，所述平板件固定裝置包括由支架10支撐起的金屬網(wǎng)罩7，金屬網(wǎng)罩7上設置有金屬卡扣9、氣源輸入系統(tǒng)2和抽氣泵組6、真空檢測系統(tǒng)1、脈沖電源4和PLC控制系統(tǒng)5，金屬網(wǎng)罩7材質為SUS316L或SUS304，金屬網(wǎng)罩的網(wǎng)孔大小為Imm2?lcm2，平板件固定裝置可由真空室I內拿出。
[0032]具體實施過程為:
[0033]將工件置于超聲波清洗槽中清洗干凈并烘干，按照圖2所示裝夾方式組裝工件并安裝于真空室3，開啟抽氣泵組6、PLC控制系統(tǒng)5與真空檢測系統(tǒng)1，將真空室內的氣壓抽到KT3Pa以下，烘烤除氣0.5小時后通過氣源輸入系統(tǒng)2向真空室3內充入高純碳氫氣體，使氣壓保持在I?4Pa，此時開起脈沖電源4在工件表面加載高壓負脈沖，平板工件8表面會向外釋放出來電子，受到真空壁(陽極)的吸引向其加速飛去，由于真空室內氣體分子或原子的存在，此時電子與真空室內的氣體分子或原子發(fā)生碰撞使其電離產(chǎn)生等離子體，如果是敞開式裝夾，電子碰撞若干次后能量很快消失殆盡，最終被真空室捕獲，而在此實用新型專利的裝夾方式中，電子被約束在平板工件之間，使其不能快速到達真空壁，而是在平板間與氣體分子或原子發(fā)生多次碰撞，造成了更多的分子或原子電離，因此，等離子體的密度和離化率增加，這種效應稱為空心陰極效應。帶正電的粒子(+)受到工件(_)的吸引而向其加速，在工件表面沉積下來形成類金剛石涂層。在此裝夾方式中，受空心陰極效應的作用，等離子體密度顯著提高，從圖2中高密度等離子體11與低密度等離子體12的對比可以看出，等離子體密度的增加意味著更多的帶正電的離子和激活態(tài)粒子會在工件表面成膜，從而使鍍膜速率顯著提高，多次碰撞使氣體粒子的離化率提高，離化率是決定鍍膜質量最重要的因素，其直接決定涂層鍍膜結合力和硬度等性能。
[0034]為了充分利用真空室內有限的空間，使單位鍍膜成本降低，平板工件采用背靠背裝夾方式，依靠金屬卡扣緊鎖條件下，平板工件間不會產(chǎn)生較大的空隙，因此不會產(chǎn)生打火的現(xiàn)象，另外，由于鍍膜金屬卡扣會與平板工件表面直接接觸，為了避免鍍膜后工件表面出現(xiàn)斑點，將金屬卡扣前端設計成頂針式，工件鍍膜后期表面幾乎看不見花斑。通過前期的試驗發(fā)現(xiàn)，如果平板工件外圍沒有金屬網(wǎng)罩，會造成平板工件邊緣部分的涂層很薄，鍍膜質量很差，為了使電子約束于內部，即在邊緣部分等離子體密度也不至于衰減很厲害，設計了金屬網(wǎng)罩，應用金屬網(wǎng)罩后鍍膜質量明顯提高。裝置采用鋁合金支架，其可以明顯降低電壓降，使加載在工件表面的負偏壓接近電源真實輸出電壓，因此鍍膜質量不會受到影響。
[0035]上述結合附圖對實用新型進行了示例性描述，顯然本實用新型具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實用新型的方法構思和技術方案進行的這種非實質改進，或未經(jīng)改進將實用新型的構思和技術方案直接應用于其他場合的，均在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于平板件表面鍍類金剛石膜的設備，包括真空室，其特征在于:所述真空室內設置有平板件固定裝置，所述平板件固定裝置包括由支架支撐起的金屬網(wǎng)罩，所述金屬網(wǎng)罩上設置有金屬卡扣。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于平板件表面鍍類金剛石膜的設備，其特征在于:所述真空室上連接有氣源輸入系統(tǒng)和抽氣泵組。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于平板件表面鍍類金剛石膜的設備，其特征在于:所述真空室上還設置有真空檢測系統(tǒng)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于平板件表面鍍類金剛石膜的設備，其特征在于:所述真空室上還連接有脈沖電源和PLC控制系統(tǒng)。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種用于平板件表面鍍類金剛石膜的設備，其特征在于:所述金屬網(wǎng)罩材質為SUS316L或SUS304,金屬網(wǎng)罩的網(wǎng)孔大小為Imm2?1cm2。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種用于平板件表面鍍類金剛石膜的設備，其特征在于:所述平板件固定裝置可由真空室內拿出。
【文檔編號】C23C16/27GK203382818SQ201320465140
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年8月1日 優(yōu)先權日:2013年8月1日
【發(fā)明者】李燦民, 陶滿, 陶圣全 申請人:合肥永信等離子技術有限公司