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电弧蒸发源和多弧离子镀膜机的特点是什么-广东振华真空镀膜设备

真空电弧离子镀起初是由美国Vac-Tec和Multi-Arc两大公司共同研发而来的,并且在1981年实现了工业化生产。电弧离子镀的原理是在冷阴极真空弧光放电的理论的基础上研究出来的。而多弧离子镀膜机的核心技术是它的电弧蒸发源,多弧离子镀膜机的蒸发源是一种比较特殊的冷阴极电弧放电的自蒸发、自电离式的一种固体型蒸发源。

相较于传统的蒸发源,多弧离子镀膜机的电弧蒸发源的特点明显:

  1. 镀膜膜层致密度高,膜层寿命长、强度高;
  2. 作为固体型的电弧蒸发源,可改变其形状、大小及位置;
  3. 运行真空范围大;
  4. 更高的离子能量;
  5. 可达60%-80%的高离化率;
  6. 高沉积速率,如TiN,可做到100nm/s~1000nm/s的高沉积速率。

多弧离子镀膜机的电弧蒸发源原理是通过一个冷阴极自持电弧放电,是一种场致发射。蒸发源的典型的基本配置为:受镀基材与阴极相接,阳极接真空室,待真空室抽到到高些的真空状态、触发电极启动器接触打开,形成一个稳定的电弧放电于阳极和阴极之间,而在阴极的表面覆盖有很多快速移动的阴极斑,斑直径在1μm到两微米之间,还有直径约10μm的光斑,有每秒移动几十米的速度,电流之间密度为10 ⁵ A/cm²-10 ⁷ A/cm²,极间电压也降低到20V-40V之间。于阴极斑的前面是一些等离子体,电子飞速移至阳极,离子是处于一种相对静止在镀膜空间中,阴极斑前方的正离子集合成正空间电荷,于阴极表面附近形成10 ⁵ v/cm〜10 ⁶ v/cm的高强度电场,用以克服在阴极的势垒,以强电子发射来维持放电,但一些离子因为被阴极轰击而导致了阴极斑的局部快速蒸发、离化,从而使阴极斑变为微点的蒸发源。在阴极靶的范围内,由于绝缘屏蔽和磁场的作用而使这些微点蒸发源在该范围内做无规则运动,也就形成了均匀的大面积蒸发源。

所谓多弧离子镀膜机就是用多个电弧蒸发源为核心的一种离子镀膜设备,通常又叫多弧镀膜、弧镀、电弧镀膜等。相较于其他镀膜工艺,它具备的特点有:

  1. 机械整体简单、设备生产效率高、工作周期短、适合大批量的工业化生产。
  2. 较大的镀膜空间。 电弧蒸发源为固态,可灵活放置,所以工件在装卡更换时更加简单,无需附加加热器使用。
  3. 工艺范围广。适合在较高真空或较低环境温度(200ºC)下做反应镀、离子镀。
  4. 具备优异的膜性能。工件的轰击加热、清洁和沉积交由离化金属等离子体轰击完成,实现“一弧三用”,且膜层结构致密性高,膜层与镀件牢固结合。

目前多弧离子镀膜机最突出的经典应用就是于刀具上镀氮化钛超硬镀层。可以镀制TiC、TiN等超硬膜,铜、银、铝、铬、钇等高低温耐腐蚀膜,或是不锈钢、黄铜、镍铬等装饰、保护膜层以及WC类金刚石等特硬膜。多弧离子镀膜机的电弧蒸发源适用范围较广,既可反离子镀,又可蒸镀金属结构材料、合金材料。且由于离子镀具备沉积速度快、镀料适用广、镀层附着粘合性良好、膜致密性高等特点,现在其应用日益广泛,在未来是可能逐渐取代湿式电镀的存在。目前,在电子、化工、轻工、机械、国防、采矿、冶金等诸多行业领域均有涉及。