CN113564540A - 电弧离子镀膜装置及镀膜方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种电弧离子镀膜装置及镀膜方法，电弧离子镀膜装置包括：真空室，其腔体内为真空环境；电弧产生部件，设在真空室内，包括阴极靶、阳极和引弧器，阴极靶呈柱状且用于释放等离子体，引弧器设在阴极靶和阳极之间，用于产生带电粒子以引导阴极靶的侧面与阳极之间产生电弧对工件镀膜；支撑架，设在真空室内，支撑架设在阳极远离阴极靶的一侧，用于放置工件；和供电部件，包括弧电源和第一蓄能器，弧电源具有第一输出端和第二输出端，第一输出端用于输出脉冲电压且与引弧器连接，第二输出端用于输出可调直流电压且用于对第一蓄能器充电，第一蓄能器的负极和正极分别与阴极靶和阳极连接。

Description

电弧离子镀膜装置及镀膜方法

技术领域

本公开涉及真空镀膜技术领域，特别涉及一种电弧离子镀膜装置及镀膜方法。

背景技术

脉冲弧电源采用脉冲式、间断式大电流放电(≥2000A)，阴极靶材表面电弧放电产生的热量会在放电间隙被冷却水充分带走，因此能够避免阴极局部微小熔化产生的液滴影响薄膜质量，被广泛应用于镀制金属薄膜、合金薄膜及碳基薄膜。

现有脉冲弧电源的阴极多为平面圆形靶材，靶材的尺寸比较小

更换周期短，且在一个位置固定设置引弧器，只能在平面圆形靶材上产生一个有限区域的真空电弧，镀膜有效范围小且有效范围内所制备的薄膜厚度高度不均匀。上述问题限制了此种镀膜方法在工业领域大批量、大范围的推广和应用。

发明内容

本公开提供了一种电弧离子镀膜装置及镀膜方法，能够有效扩大镀膜范围。

根据本公开的一方面，提供了一种电弧离子镀膜装置，包括：

真空室，其腔体内为真空环境；

电弧产生部件，设在真空室内，包括阴极靶、阳极和引弧器，阴极靶呈柱状且用于释放等离子体，引弧器设在阴极靶和阳极之间，用于产生带电粒子以引导阴极靶的侧面与阳极之间产生电弧对工件镀膜；

支撑架，设在真空室内，支撑架设在阳极远离阴极靶的一侧，用于放置工件；和

供电部件，包括弧电源和第一蓄能器，弧电源具有第一输出端和第二输出端，第一输出端用于输出脉冲电压且与引弧器连接，第二输出端用于输出可调直流电压且用于对第一蓄能器充电，第一蓄能器的负极和正极分别与阴极靶和阳极连接。

在一些实施例中，阴极靶具有第一中心线，且绕第一中心线可转动地设置。

在一些实施例中，阴极靶具有第一中心线，电弧产生部件还包括安装杆，引弧器设在安装杆上，用于对阴极靶沿第一中心线需要刻蚀的长度段进行引弧。

在一些实施例中，引弧器可移动地设在安装杆上，以对阴极靶沿第一中心线的不同区域进行引弧。

在一些实施例中，引弧器的移动速度V通过如下公式确定：

V＝D×f；

式中，D为单个引弧器对阴极靶表面刻蚀的有效区域的直径，f为第一输出端输出脉冲电压的频率。

在一些实施例中，引弧器设有多个，多个引弧器间隔设在安装杆上，以对阴极靶沿第一中心线的不同区域进行引弧。

在一些实施例中，引弧器设置的数量n通过如下公式确定：

n＝H/(D L^1/2),其中n＝1,2,3…

式中，H为根据实际需求设定的沿第一中心线为工件镀膜的有效长度，D为单个引弧器对阴极靶表面刻蚀的有效区域直径，L为阴极靶到工件表面的距离。

在一些实施例中，安装杆与第一中心线平行设置。

在一些实施例中，阴极靶具有第一中心线，在垂直于第一中心线的平面内，引弧器成角度设置，且被构造为朝向阴极靶在垂直于阴极靶与阳极连线的侧面发出带电粒子。

在一些实施例中，还包括偏压施加部件，用于产生偏压电流，以促使等离子体加速向工件表面运动。

在一些实施例中，偏压施加部件包括：

第二蓄能器，第二蓄能器的负极和正极分别与支撑架和接地的真空室连接；和

偏压电源，具有第三输出端，用于输出可调直流电压且用于对第二蓄能器充电。

在一些实施例中，偏压电源与弧电源电连接，以使偏压电源同步获取第一输出端输出脉冲电压的频率和第二输出端输出的电压；

其中，偏压施加部件用于根据第一输出端输出脉冲电压的频率和第二输出端输出的电压控制向第二蓄能器的充电时间。

在一些实施例中，引弧器包括：阳极件、阴极件和陶瓷环，陶瓷环沿轴向连接在阳极件与阴极件之间，陶瓷环上涂覆导电材料；

其中，阴极件与第一输出端的负极相连，阳极件与第一输出端的正极相连。

在一些实施例中，支撑架具有第二中心线，且绕第二中心线可转动地设置，支撑架沿第二中心线间隔设置多个子支架，且每个子支架上沿周向设有多个工件放置位；其中，阴极靶具有第一中心线，第二中心线平行于第一中心线。

根据本公开的另一方面，提供了一种基于以上实施例所述电弧离子镀膜装置的镀膜方法，包括：

开启弧电源；

通过第一输出端输出脉冲电压为引弧器供电，以使引弧器供电后产生带电粒子；

通过第二输出端输出可调直流电压对第一蓄能器充电，以使第一蓄能器通过放电在阴极靶的侧面和阳极之间产生电弧，从而对工件镀膜。

在一些实施例中，电弧离子镀膜装置还包括偏压施加部件，包括：第二蓄能器，其负极和正极分别与支撑架和接地的真空室连接；和偏压电源，具有第三输出端，用于输出可调直流电压且用于对第二蓄能器充电；镀膜方法还包括：

开启偏压电源，以输出可调直流电压对第二蓄能器充电；

通过第二蓄能器放电产生偏压电流，在阴极靶和阳极之间产生电弧对工件镀膜用于产生偏压电流，以促使等离子体加速向工件表面运动。

在一些实施例中，镀膜方法还包括：

使偏压电源与弧电源电连接，以使偏压电源同步获取第一输出端输出脉冲电压的频率和第二输出端输出的电压；

根据第一输出端输出脉冲电压的频率和第二输出端输出的电压控制偏压电源向第二蓄能器充电的时间。

本公开实施例的电弧离子镀膜装置，柱状阴极靶在其长度方向上具有较大的尺寸，增大了阴极靶覆盖镀膜区域的尺寸，可有效扩大镀膜范围，并使工作的镀膜厚度更加均匀；而且，由于阴极靶的尺寸增加，在对阴极靶刻蚀的过程中，靶材耐消耗，延长了靶材的更换周期；另外，通过弧电源的第一输出端为引弧器供脉冲电压，并通过弧电源的第二输出端对第一蓄能器充电，在充电后通过第一蓄能器为阴极靶和阳极供电以产生脉冲电弧，可产生较大的瞬间电流，以满足大尺寸阴极靶刻蚀的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开镀膜装置的一些实施例的结构示意图。

图2和图3为本公开镀膜装置中引弧器的一些实施例的结构示意图和分解图。

图4为本公开多点式引弧方式的工作原理图。

图5位移动式引弧方式的工作原理图。

附图标记说明

1、真空室；

2、阴极靶；21、第一中心线；22、有效区域；

3、引弧器；3’、安装杆；31、阴极件；32、阳极件；321、第一圆柱段；322、第二圆柱段；33、陶瓷环；331、导电材料；

4、阳极；

5、支撑架；51、子支架；52、第二中心线；53、工件放置位；

6、供电部件；61、弧电源；62、第一蓄能器；

7、偏压施加部件；71、偏压电源；72、第二蓄能器；

8、等离子体；

9、工件。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

如图1至图5，本公开提供了一种电弧离子镀膜装置，在一些实施例中，包括：真空室1、电弧产生部件、支撑架5和供电部件6。

其中，真空室1的腔体内为真空环境，以便为电弧离子镀提供真空环境。为了抽真空，电弧离子镀膜装置还可包括抽真空装置，用于对真空室1内抽真空。

电弧产生部件设在真空室1内，包括阴极靶2、阳极4和引弧器3，阴极靶2呈柱状，且用于释放等离子体8，例如，阴极靶2可采用石墨制成。阳极4设在阴极靶2外周面一侧的位置，阳极4可采用金属材料制成，可设计为网状结构，用于产生均匀电场，以延长等离子体8的加速时间。引弧器3设在阴极靶2和阳极4之间，用于产生带电粒子以引导阴极靶2的侧面与阳极4之间产生电弧，以释放等离子体8对阴极靶2进行刻蚀，使等离子体8阴极靶2运动阳极4并到达工件，以对工件9镀膜。例如，阴极靶2可呈圆柱状或棱柱状。

支撑架5设在真空室1内，支撑架5设在阳极4远离阴极靶2的一侧，用于放置工件9。

供电部件6包括弧电源61和第一蓄能器62，弧电源61具有第一输出端和第二输出端，第一输出端用于输出脉冲电压且与引弧器3连接，第一输出端的电压固定且输出的脉冲电压的频率可调，以适应引弧器3的工作需求；第二输出端用于输出可调直流电压且用于对第一蓄能器62充电，第一蓄能器62的负极和正极分别与阴极靶2和阳极4连接。例如，第一蓄能器62可采用电容。第一蓄能器62的的电荷量是阴极靶2和阳极4之间大电流电弧放电的能量来源。

该实施例通过将阴极靶2设置为柱状形式，与平面圆形阴极靶相比，阴极靶2在其长度方向上具有较大的尺寸，其尺寸可根据实际生产过程中需要镀膜的工件9分布的区域尺寸制作，增大阴极靶2覆盖镀膜区域的尺寸，可有效扩大镀膜范围，并使工件9的镀膜厚度更加均匀；而且，由于阴极靶2的尺寸增加，在对阴极靶2进行刻蚀的过程中，靶材耐消耗，延长了靶材的更换周期，有益于提高电弧离子镀膜的生产效率，适用于工业化大批量生产。

此外，通过弧电源61的第一输出端为引弧器3供脉冲电压，并通过弧电源61的第二输出端对第一蓄能器62充电，在充电后通过第一蓄能器62为阴极靶2和阳极4供电以产生脉冲电弧，可产生较大的瞬间电流，以满足大尺寸阴极靶2刻蚀的需求，为扩大镀膜范围提供了保障。

例如，传统的直流电弧由于产生的电弧是连续的，对阴极靶进行持续的能量输入，会导致“液滴”的产生，造成大颗粒污染。而本公开的实施例采用脉冲式电弧，由于电弧是不连续的，存在放电间隙，阴极靶2表面的热量会被冷却水快速带走，因此产生的液滴少，大颗粒污染少。同时这种瞬间的大电流，会导致非常高的靶材离化率和离子浓度，提高制备薄膜的质量。

在一些实施例中，如图1所示，阴极靶2具有第一中心线21，且绕第一中心线21可转动地设置。柱状的阴极靶2在镀膜过程中旋转，能够提高阴极靶2的侧壁沿周向均匀刻蚀。

在一些实施例中，阴极靶2具有第一中心线21，电弧产生部件还包括安装杆3’，引弧器3设在安装杆3’上，用于对阴极靶2沿第一中心线21需要刻蚀的长度段进行引弧。例如，引弧器3可正对阴极靶2的侧面。

该实施例将引弧器3设在安装杆3’上，易于根据镀膜需求设置安装杆3’与第一中心线21的位置关系，以及引弧器3的位置，以保证工作镀膜效果。

在一些实施例中，如图5所示，引弧器3可移动地设在安装杆3’上，以对阴极靶2沿第一中心线21的不同区域进行引弧，各不同的引弧区域形成连续的引弧区域。引弧器3可设置一个，或者将阴极靶2沿第一中心线21分为多个长度区域，每个长度区域内可移动地设置一个引弧器3。

该实施例使引弧器3沿安装杆3’可移动地设置，能够通过设置数量较少的引弧器3，使引弧器3对阴极靶2沿第一中心线21需要刻蚀的整个区域进行引弧，阴极靶2需要刻蚀的区域与工件9需要镀膜的尺寸一致。例如，单个引弧器3在阴极靶2侧面上的引弧区域基本呈圆形，通过引弧器3在第一中心线21所在方向上的移动，能够使引弧区域连续地覆盖阴极靶2需要刻蚀的区域，从而实现大尺寸柱状阴极靶2表面的均匀刻蚀和定制化设计，扩大了脉冲弧源镀膜的有效范围，并提高工件9表面镀膜厚度的均匀性。

例如，如图5所示，引弧器3的移动速度V通过如下公式确定：

V＝D×f；

式中，D为单个引弧器3对阴极靶2表面刻蚀的有效区域22的直径，f为第一输出端输出脉冲电压的频率。

在一些实施例中，如图1和图4所示，引弧器3设有多个，多个引弧器3间隔设在安装杆3’上，以对阴极靶2沿第一中心线21的不同区域进行引弧。相邻引弧器3之间的间距被构造为使相邻引弧区域邻接设置，以使引弧区域连续覆盖阴极靶2需要刻蚀的区域。

该实施例在安装杆3’上间隔设置多个引弧器3，能够增大阴极靶2沿第一中心线21的刻蚀区域，阴极靶2需要刻蚀的区域与工件9需要镀膜的尺寸一致。例如，单个引弧器3在阴极靶2侧面上的引弧区域基本呈圆形，通过设置多个引弧器3，能够使引弧区域较大地覆盖阴极靶2需要刻蚀的区域，从而实现大尺寸柱状阴极靶2表面的均匀刻蚀和定制化设计，扩大了脉冲弧源镀膜的有效范围，并提高工件9表面镀膜厚度的均匀性。

例如，引弧器3设置的数量n通过如下公式确定：

n＝H/D L^1/2,其中n＝1,2,3…

式中，H为根据实际需求设定的沿第一中心线21为工件9镀膜的有效长度，D为单个引弧器3对阴极靶2表面刻蚀的有效区域22直径，L为阴极靶2到工件9表面的距离。

在一些实施例中，安装杆3’与第一中心线21平行设置。此种结构能够保证在镀膜过程中，引弧器3与阴极靶2侧壁之间的距离一致，从而提高阴极靶2表面刻蚀的均匀性。例如，第一中心线21和安装杆3’都可竖直设置。

例如，对于引弧器3可移动设置的实施例，引弧器3的运动轨迹呈直线，且在移动至任意位置都与阴极靶2侧壁的距离一致；可选地，引弧器3也可按照其它类型的路径移动。对于设置多个引弧器3的实施例，多个引弧器3沿直线轨迹布局，每个引弧器3与阴极靶2侧壁的距离均相等；可选地，多个引弧器3也可采用其它排布形式。

在一些实施例中，如图4和图5所示，阴极靶2具有第一中心线21，在垂直于第一中心线21的平面内，引弧器3相对于第一中心线21与阳极4中心位置形成的平面成角度设置，且被构造为朝向阴极靶2在垂直于阴极靶2与阳极4连线的侧面发出带电粒子。

该实施例通过引弧器3成角度设置向柱状阴极靶2的侧面区域引弧，不会影响引弧刻蚀区域产生的等离子体8向阳极4移动，即使在安装杆3’上设置多个引弧器3，多个引弧器3也呈线状分布，也不会影响引弧刻蚀区域产生的等离子体8向阳极4移动，可提高镀膜效果。而现有技术中圆盘状的阴极靶若在一侧设置多个引弧器，则在引弧区域产生的等离子体在朝向阳极移动的过程中，会受到多个引弧器的阻挡，因此无法设置多个引弧器，因此只能在有限区域内产生真空电弧。

在一些实施例中，如图2和图3所示，引弧器3包括：阳极件32、阴极件31和陶瓷环33，陶瓷环33沿轴向连接在阳极件32与阴极件31之间，陶瓷环33上涂覆导电材料331。阴极件31与第一输出端的负极相连，阳极件32与第一输出端的正极相连。

阳极件32和阴极件31之间加载的电压会发生小电流放电，产生带电粒子，带电粒子会降低阴极靶2和阳极4之间的击穿电压，使阴极靶2和阳极4之间发生电弧放电，刻蚀阴极靶2表面产生镀膜阳离子。此种引弧器3结构简单，稳定性高。

例如，阳极件32和阴极件31均可采用石墨制成，阴极件31呈圆环状结构，阳极件32包括轴向连接的第一圆柱段321和第二圆柱段322，第二圆柱段322的直径小于第一圆柱段321的直径。陶瓷环33套设在第二圆柱段322上，阴极件31套设在陶瓷环33外，第一圆柱段321和阴极件31沿轴向间隔设置。安装杆3’可穿过引弧器3的中心孔。

在一些实施例中，如图1所示，电弧离子镀膜装置还包括偏压施加部件7，用于产生偏压电流，偏压电流也是脉冲电流，以促使等离子体8加速向工件9表面运动。

该实施例能够对等离子体8有效加载偏压电流，能够对等离子体8形成正向的电场，以进一步提升脉冲电弧离子源产生等离子体8的密度和能量，从而提升镀膜与工件9之间的结合力，拓宽脉冲电弧离子源在工业领域的应用范围，可实现工业化、大批量、高效率生产。

在一些实施例中，偏压施加部件7包括：第二蓄能器72和偏压电源71。其中，第二蓄能器72的负极和正极分别与支撑架5和接地的真空室1连接，例如第二蓄能器72可以为电容；偏压电源71具有第三输出端，用于输出可调直流电压且用于对第二蓄能器72充电，第二蓄能器72的电荷量是脉冲弧加载偏压时所需大电流的来源。

脉冲弧电源工作时具有非常高的离化率、离子浓度和离化电流(≥150A)，现有技术中因为提供电流的极限值通常小于100A，且无法与脉冲放电产生等离子体保持同步，因此难以通过电源在阴极靶2和阳极4之间产生偏压电流的电场，例如可用于通过电场过滤大颗粒，减少大颗粒在工件上沉积。

而本公开能够通过偏压电源71对第二蓄能器72充电，并通过第二蓄能器72在充电后为产生偏压电流提供电压，能够产生很大的瞬间电流，以在真空室1和支撑架5之间形成正向电场，为脉冲弧放电产生的阳离子提供加速作用，从而提升镀膜与工件9之间的结合力，优化镀膜效果。

在一些实施例中，偏压电源71与弧电源61电连接，以使偏压电源71同步获取第一输出端输出脉冲电压的频率和第二输出端输出的电压；其中，偏压施加部件7用于根据第一输出端输出脉冲电压的频率和第二输出端输出的电压控制向第二蓄能器72的充电时间。例如，偏压电源71与第二蓄能器72可设有开关，以根据充电时间在开与关的状态之间切换。

本公开的该实施例能够根据真空镀膜的实际能量需求确定第二蓄能器72的充电时间，以施加满足要求的偏压电流。偏压电源71工作于从属模式，其与弧电源61电连接，能够偏压电源71同步输出弧电源61的工作参数，通过第二蓄能器72产生脉冲弧电源需要的大电流，实现有效加载工作偏压，进一步增强等离子体8能量、提升镀膜的结合力，扩大脉冲弧源应用范围。

在一些实施例中，如图1所示，支撑架5具有第二中心线52，且绕第二中心线52可转动地设置，支撑架5沿第二中心线52间隔设置多个子支架51，且每个子支架51上沿周向设有多个工件放置位53；其中，阴极靶2具有第一中心线21，第二中心线52平行于第一中心线21。

该实施例由于设置了沿第一中心线21尺寸较大的阴极靶2，可在较大区域内释放等离子体8，因此可设置多层子支架51，多层子支架51绕第二中心线52可转动地设置，且每个工件放置位53可沿自身轴线使工件9自转，由此可扩大脉冲弧源镀膜的有效范围，并同时使多个工件9的表面上均匀镀膜，适合于批量生产。

在一些具体的实施例中，如图1所示，通过多个引弧器3同时引弧或使引弧器3沿安装杆3’运动，能够增加真空电弧对阴极靶2侧面的有效刻蚀区域，实现更大尺寸靶材表面上均匀的产生等离子体8，从而增大镀膜有效范围，并提高有效范围内薄膜厚度的均匀性。通过偏压电源71对第二蓄能器72的充放电产生与脉冲弧电源61放电同步输出的脉冲大电流，能够对脉冲弧电源有效加载偏压，进一步增强离子的能量、提升薄膜与基体的结合力。

此种镀膜装置具体的工艺实施过程具体如下：

在真空室1抽完真空后，阴极靶2围绕第一中心线21旋转，弧电源61的第二输出端给第一蓄能器62充电，并给偏压电源71同步信号，偏压电源71根据信号计算充电时间，并按照计算的充电时间给第二蓄能器72充电。弧电源61的第一输出端提供脉冲电压给引弧器3，引弧器3发生小电流放电产生电荷，电荷的产生降低了阴极靶2和阳极4之间的击穿电压，此时第一蓄能器62放电，引发阴极靶2表面的大电流电弧放电，对阴极靶2的表面进行刻蚀，产生等离子体8。与此同时，第二蓄能器72放电，产生与电弧放电同步的偏压电流，促使等离子体8加速向工件9表面运动，进一步增加等离子体8中离子的能量，增强薄膜与工件9之间的结合力。

在多点式引弧方式下，n个引弧器3会触发n个真空电弧，对阴极靶2的表面进行均匀刻蚀；在移动式引弧方式下，引弧器3只会触发一个真空电弧，电弧随引弧器3的运动在阴极靶2的表面移动，实现对阴极靶2表面的均匀刻蚀。

其次，本公开提供了一种基于上述实施例所述电弧离子镀膜装置的镀膜方法，在一些实施例中，包括：

步骤101、开启弧电源61；

步骤102、通过第一输出端输出脉冲电压为引弧器3供电，以使引弧器3供电后产生带电粒子；

步骤103、通过第二输出端输出可调直流电压对第一蓄能器62充电，以使第一蓄能器62通过放电在阴极靶2的侧面和阳极4之间产生电弧，从而对工件9镀膜。

该实施例的镀膜方法通过弧电源61的第一输出端为引弧器3供脉冲电压，并通过弧电源61的第二输出端对第一蓄能器62充电，在充电后通过第一蓄能器62为阴极靶2和阳极4供电以产生脉冲电弧，可产生较大的瞬间电流，以满足大尺寸的柱状阴极靶2刻蚀的需求，为扩大镀膜范围提供了保障。

在一些实施例中，电弧离子镀膜装置还包括偏压施加部件7，包括：第二蓄能器72，其负极和正极分别与支撑架5和接地的真空室1连接；和偏压电源71，具有第三输出端，用于输出可调直流电压且用于对第二蓄能器72充电；镀膜方法还包括：

步骤104、开启偏压电源71，以输出可调直流电压对第二蓄能器72充电；

步骤105、通过第二蓄能器72放电产生偏压电流，在阴极靶2和阳极4之间产生电弧对工件9镀膜用于产生偏压电流，以促使等离子体8加速向工件9表面运动。

步骤104和步骤101可同步执行，也可在步骤101之后执行。该实施例通过偏压电源71对第二蓄能器72充电，并通过第二蓄能器72在充电后为产生偏压电流提供电压，能够产生很大的瞬间电流，以在真空室1和支撑架5之间形成正向电场，为脉冲弧放电产生的阳离子提供加速作用，从而提升镀膜与工件9之间的结合力，优化镀膜效果。

在一些实施例中，镀膜方法还包括：

步骤106、使偏压电源71与弧电源61电连接，以使偏压电源71同步获取第一输出端输出脉冲电压的频率和第二输出端输出的电压；

步骤107、根据第一输出端输出脉冲电压的频率和第二输出端输出的电压控制偏压电源71向第二蓄能器72充电的时间。

其中，步骤106与步骤101和104的执行顺序不作限制，步骤107可在镀膜的过程中执行。该实施例能够根据真空镀膜的实际能量需求确定第二蓄能器72的充电时间，以施加满足要求的偏压电流。偏压电源71工作于从属模式，其与弧电源61电连接，能够偏压电源71同步输出弧电源61的工作参数，通过第二蓄能器72产生脉冲弧电源需要的大电流，实现有效加载工作偏压，进一步增强等离子体8能量、提升镀膜的结合力，扩大脉冲弧源应用范围。

以上所述仅为本公开的示例性实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种电弧离子镀膜装置，其特征在于，包括：

真空室(1)，其腔体内为真空环境；

电弧产生部件，设在所述真空室(1)内，包括阴极靶(2)、阳极(4)和引弧器(3)，所述阴极靶(2)呈柱状且用于释放等离子体(8)，所述引弧器(3)设在所述阴极靶(2)和所述阳极(4)之间，用于产生带电粒子以引导所述阴极靶(2)的侧面与所述阳极(4)之间产生电弧对工件(9)镀膜；

支撑架(5)，设在所述真空室(1)内，所述支撑架(5)设在所述阳极(4)远离阴极靶(2)的一侧，用于放置所述工件(9)；和

供电部件(6)，包括弧电源(61)和第一蓄能器(62)，所述弧电源(61)具有第一输出端和第二输出端，所述第一输出端用于输出脉冲电压且与所述引弧器(3)连接，所述第二输出端用于输出可调直流电压且用于对所述第一蓄能器(62)充电，所述第一蓄能器(62)的负极和正极分别与所述阴极靶(2)和所述阳极(4)连接。

2.根据权利要求1所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，所述阴极靶(2)具有第一中心线(21)，且绕所述第一中心线(21)可转动地设置。

3.根据权利要求1所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，所述阴极靶(2)具有第一中心线(21)，所述电弧产生部件还包括安装杆(3’)，所述引弧器(3)设在所述安装杆(3’)上，用于对所述阴极靶(2)沿第一中心线(21)需要刻蚀的长度段进行引弧。

4.根据权利要求3所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，所述引弧器(3)可移动地设在所述安装杆(3’)上，以对所述阴极靶(2)沿第一中心线(21)的不同区域进行引弧。

5.根据权利要求4所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，所述引弧器(3)的移动速度V通过如下公式确定：

V＝D×f；

式中，D为单个引弧器(3)对阴极靶(2)表面刻蚀的有效区域(22)的直径，f为所述第一输出端输出脉冲电压的频率。

6.根据权利要求3所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，所述引弧器(3)设有多个，多个所述引弧器(3)间隔设在所述安装杆(3’)上，以对所述阴极靶(2)沿第一中心线(21)的不同区域进行引弧。

7.根据权利要求6所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，所述引弧器(3)设置的数量n通过如下公式确定：

n＝H/(D L^1/2),其中n＝1,2,3…

式中，H为根据实际需求设定的沿第一中心线(21)为工件(9)镀膜的有效长度，D为单个引弧器(3)对阴极靶(2)表面刻蚀的有效区域(22)直径，L为阴极靶(2)到工件(9)表面的距离。

8.根据权利要求4～6任一项所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，所述安装杆(3’)与所述第一中心线(21)平行设置。

9.根据权利要求1所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，所述阴极靶(2)具有第一中心线(21)，在垂直于所述第一中心线(21)的平面内，所述引弧器(3)成角度设置，且被构造为朝向所述阴极靶(2)在垂直于所述阴极靶(2)与阳极(4)连线的侧面发出带电粒子。

10.根据权利要求1所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，还包括偏压施加部件(7)，用于产生偏压电流，以促使等离子体(8)加速向所述工件(9)表面运动。

11.根据权利要求10所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，所述偏压施加部件(7)包括：

第二蓄能器(72)，所述第二蓄能器(72)的负极和正极分别与所述支撑架(5)和接地的所述真空室(1)连接；和

偏压电源(71)，具有第三输出端，用于输出可调直流电压且用于对所述第二蓄能器(72)充电。

12.根据权利要求11所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，所述偏压电源(71)与所述弧电源(61)电连接，以使所述偏压电源(71)同步获取所述第一输出端输出脉冲电压的频率和所述第二输出端输出的电压；

其中，所述偏压施加部件(7)用于根据所述第一输出端输出脉冲电压的频率和所述第二输出端输出的电压控制向所述第二蓄能器(72)的充电时间。

13.根据权利要求1所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，所述引弧器(3)包括：阳极件(31)、阴极件(32)和陶瓷环(33)，所述陶瓷环(33)沿轴向连接在所述阳极件(31)与所述阴极件(32)之间，所述陶瓷环(33)上涂覆导电材料(331)；

其中，所述阴极件(32)与所述第一输出端的负极相连，所述阳极件(31)与所述第一输出端的正极相连。

14.根据权利要求1所述电弧离子镀膜装置，其特征在于，所述支撑架(5)具有第二中心线(52)，且绕所述第二中心线(52)可转动地设置，所述支撑架(5)沿所述第二中心线(52)间隔设置多个子支架(51)，且每个所述子支架(51)上沿周向设有多个工件放置位(53)；其中，所述阴极靶(2)具有第一中心线(21)，所述第二中心线(52)平行于所述第一中心线(21)。

15.一种基于权利要求1～14任一所述电弧离子镀膜装置的镀膜方法，其特征在于，包括：

开启所述弧电源(61)；

通过所述第一输出端输出脉冲电压为所述引弧器(3)供电，以使所述引弧器(3)供电后产生带电粒子；

通过所述第二输出端输出可调直流电压对所述第一蓄能器(62)充电，以使所述第一蓄能器(62)通过放电在所述阴极靶(2)的侧面和所述阳极(4)之间产生电弧，从而对所述工件(9)镀膜。

16.根据权利要求15所述的镀膜方法，其特征在于，所述电弧离子镀膜装置还包括偏压施加部件(7)，包括：第二蓄能器(72)，其负极和正极分别与所述支撑架(5)和接地的所述真空室(1)连接；和偏压电源(71)，具有第三输出端，用于输出可调直流电压且用于对所述第二蓄能器(72)充电；所述镀膜方法还包括：

开启所述偏压电源(71)，以输出可调直流电压对所述第二蓄能器(72)充电；

通过所述第二蓄能器(72)放电产生偏压电流，在所述阴极靶(2)和所述阳极(4)之间产生电弧对所述工件(9)镀膜用于产生偏压电流，以促使等离子体(8)加速向所述工件(9)表面运动。

17.根据权利要求16所述的镀膜方法，其特征在于，还包括：

使所述偏压电源(71)与所述弧电源(61)电连接，以使所述偏压电源(71)同步获取所述第一输出端输出脉冲电压的频率和所述第二输出端输出的电压；

根据所述第一输出端输出脉冲电压的频率和所述第二输出端输出的电压控制所述偏压电源(71)向所述第二蓄能器(72)充电的时间。

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