隨著科技進(jìn)步，涂層鍍膜技術(shù)的發(fā)展形勢(shì)也是如火如荼，蒸蒸日上，不斷在技術(shù)方面推陳出新。多年以來(lái)，物理氣相沉積技術(shù)（PVD）和化學(xué)氣相沉積技術(shù)（CVD）是涂層工藝的兩大基礎(chǔ)支柱，但是科研人員在此基礎(chǔ)上發(fā)展、細(xì)化了新的涂層技術(shù)，其中多弧離子鍍就是一種新型涂層工藝。該涂層技術(shù)是利用陰極電弧放電，在固體的陰極靶材上直接蒸發(fā)金屬，蒸發(fā)物是從陰極弧光輝，點(diǎn)放出的陰極物質(zhì)的離子，從而在基材表面沉積成為薄膜。其中，陰極電弧放電的穩(wěn)定性影響著多弧離子鍍制備涂層的質(zhì)量好壞，因此，實(shí)現(xiàn)陰極電弧放電穩(wěn)定性非常重要。下面，小編為大家分析一下哪些因素影響陰極電弧放電穩(wěn)定性吧。

　　一、磁場(chǎng)對(duì)多弧靶電弧放電穩(wěn)定性的影響

　　多弧離子鍍?cè)O(shè)備靶源的真空電弧放電是以場(chǎng)致發(fā)射為主，熱電子發(fā)射為輔。場(chǎng)致發(fā)射所需的強(qiáng)電場(chǎng)是靠靶面前的空間電荷產(chǎn)生的。這種真空電弧放電具有相當(dāng)高的離化率，一般離化率為60%-90%，在真空室內(nèi)特別是靶面附近基本上是完全的等離子體。由于磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)具有很大的影響，從而真空電弧受磁場(chǎng)的控制。

　　在無(wú)外加磁場(chǎng)情況下，陰極弧斑為堆團(tuán)狀，且在靶面上無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這時(shí)電弧燃燒極不穩(wěn)定，時(shí)常滅弧，靶面刻蝕極為粗糙。

　　當(dāng)靶面處加一相對(duì)于靶面軸對(duì)稱(chēng)的磁場(chǎng)時(shí)，堆團(tuán)狀弧斑消失，弧斑在靶面上繞靶軸心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成幾條微細(xì)的弧環(huán)。這種情況下的放電穩(wěn)定性較好，在陰極靶面上，弧斑位置受磁場(chǎng)控制，靶面處電弧燃燒比較穩(wěn)定的地方也就是磁場(chǎng)至強(qiáng)的地方。

　　這是因?yàn)榇艌?chǎng)既有軸向分量，又有徑向分量，靶面附近的帶電粒子般其初速度方向與靶面垂直，在磁場(chǎng)徑向分量的作用下及粒子間的相互碰撞，使帶電粒子產(chǎn)生徑向和周向運(yùn)動(dòng)，這樣增加了帶電粒子在空間的運(yùn)動(dòng)路程，使其有更多的碰撞、電離機(jī)會(huì)，同時(shí)也改變了空間電荷在靶面前的分布，使其按磁場(chǎng)分布而分布。另一方面，弧電流的周向分量與磁場(chǎng)的徑向分量作用形成穩(wěn)弧力，結(jié)果使堆積靶面前的空間電荷更加接近靶面，形成強(qiáng)大電場(chǎng)，維持電弧的正常燃燒。

　　磁場(chǎng)設(shè)置是否合理，直接影響到多弧靶工作的特性。不僅如此，磁場(chǎng)還可提高陰極與陽(yáng)極間的電勢(shì)，使從陰極靶源釋放出的原子數(shù)目和粒子束通量密度增加，從而導(dǎo)致靶源沉積率增加，同時(shí)磁場(chǎng)還能改善靶源產(chǎn)生的離子束的方向。

　　二、陰極表面污染對(duì)電弧放電穩(wěn)定性的影響

　　在相同的放電條件下(如相同的工作氣氛，相同的真空度，相同的引弧電壓等)，表面很清潔的陰極(如已經(jīng)過(guò)燃燒后的陰極)引弧時(shí)比較困難，而表面有污染的陰極(如表面涂有污物的陰極)引弧卻很容易。之所以會(huì)如此，是因?yàn)橐话阄畚锉旧砗卸喾N成分，某些元素很容易發(fā)射電子，另一方面受污染的陰極表面其電子的逸出功降低也比較容易產(chǎn)生電子發(fā)射。

　　多弧設(shè)備的陰極靶源(特別是新靶)其表面通常含有初始污染(如吸附氧等)，由于氧可發(fā)射大量的電子，初始電弧更容易發(fā)生在有污染的地方，直到表面污染被蒸發(fā)完畢才開(kāi)始正常的靶材蒸發(fā)。所以在靶源的裝配過(guò)程中，應(yīng)保證在清潔的狀態(tài)下進(jìn)行，盡量使靶表面特別是非蒸發(fā)表面(如側(cè)面、陰極座、屏蔽件等)不受污染，防止在非蒸發(fā)面放弧，提高靶源工作的穩(wěn)定性和可靠性。另外陰極表面上大量的小孔也會(huì)引起對(duì)電弧燃燒穩(wěn)定性的嚴(yán)重干擾。

工模具涂層設(shè)備

　　三、靶源幾何尺寸及幾何形狀對(duì)電弧穩(wěn)定性的影響

　　電弧放電弧斑不僅受磁場(chǎng)的限制，也受到靶源邊界的限制。陰極靶面面積越大，可供弧斑移動(dòng)的區(qū)域就越大，越益于電弧的穩(wěn)定燃燒。

　　在磁場(chǎng)設(shè)置等條件相同的情況下，靶源蒸發(fā)表面為平面時(shí)不容易維持電弧的穩(wěn)定燃燒，而將靶面加工成凹面時(shí)電弧燃燒比較穩(wěn)定。原因在于當(dāng)靶面為凹面時(shí)，由于靶面外沿凸出，阻止了帶電粒子移出靶面外，同時(shí)離子轟擊靶面外沿凸出部分，產(chǎn)生二次電子發(fā)射，有助于電弧的穩(wěn)定燃燒。

　　四、陰極靶面表面溫度對(duì)電弧燃燒穩(wěn)定性的影響

　　多孤離子鍍?cè)O(shè)備靶源的陰極電弧放電燃燒的穩(wěn)定性依賴(lài)于陰極蒸發(fā)表面的溫度，陰極表面溫度的降低會(huì)帶來(lái)電弧燃燒很高的穩(wěn)定性。同時(shí)陰極蒸發(fā)表面溫度的降低也會(huì)使金屬蒸氣中的大的濺射物和大的粒子數(shù)降低。

　　在多弧靶源的設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意給陰極靶以充分的冷卻，在采用直接水冷，間接水冷時(shí)，陰極座等相鄰部件應(yīng)選用導(dǎo)熱性能良好的材料(如銅、鋁等)。

　　五、電弧電流太小及真空度高低對(duì)電弧燃燒穩(wěn)定性的影響

　　多弧靶源的真空電弧放電其電弧電流是由靶面上的陰極弧斑提供的，對(duì)某-材質(zhì)的陰極靶來(lái)說(shuō)，陰極斑點(diǎn)上所能承受的電流值是一定的，陰極斑點(diǎn)數(shù)與電弧電流值成正比。隨著電弧電流的增加，陰極斑點(diǎn)的數(shù)目也增加，且相互獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)。假定因某種原因造成某個(gè)弧斑熄滅，但其余的弧斑仍然正常燃燒并很快分裂恢復(fù)原來(lái)的電流值和弧斑數(shù)目，使電弧得以穩(wěn)定燃燒。所阻電弧電流越大，電弧斑點(diǎn)數(shù)就越多，滅弧的可能性就越小。

　　電弧放電時(shí)，真空室內(nèi)的真空度越低越益于電弧放電的穩(wěn)定燃燒。隨著真空度的降低，真空室內(nèi)氣體分子密度增加，從而有更多的氣體和金屬蒸氣被電離，容易維持電弧放電的正常燃燒。在相同的工作條件下，在靶面附近通入工作氣體時(shí)電弧燃燒的穩(wěn)定性比不在靶面附近通氣時(shí)要好。

　　以上就是哪些因素影響陰極電弧放電穩(wěn)定性的相關(guān)內(nèi)容介紹。通過(guò)上述內(nèi)容可知，上文中提到的因素在不同程度上影響著多弧離子鍍陰極電弧放電的穩(wěn)定性，在采用多弧離子鍍?cè)O(shè)備制備涂層時(shí)，要嚴(yán)格把控上述因素，盡可能提高電弧放電的穩(wěn)定性，從而提高所制備的涂層質(zhì)量。