半球形工件內(nèi)表面濺射鍍膜的膜厚均勻性研究

張世偉¹ 張文慧¹ 謝元華¹ 慈連鰲²

(1.東北大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院過程裝備與環(huán)境工程研究所；2.沈陽騰鰲真空技術(shù)有限公司)

　　摘要：在真空鍍膜生產(chǎn)實踐中，要求在球形工件內(nèi)表面鍍制薄膜的情況時有發(fā)生。如果采用CVD 方法或者是蒸發(fā)鍍膜方法，能夠很容易地制成膜厚均勻性極好的膜層。但在要求必須采用濺射鍍膜方法制備功能薄膜的情況下，由于濺射靶形狀的限制，要在球形內(nèi)表面獲得均勻膜層則具有較大的難度。

　　針對這一問題，本文提出了使用圓平面磁控濺射靶在球形工件內(nèi)表面鍍制薄膜的技術(shù)方案，設(shè)計了三種靶—基系統(tǒng)布置模式：對于半球形工件的直徑尺寸接近于正常濺射靶基距的小尺寸工件情況，采用圓平面靶相對于半球形內(nèi)表面的對中外部放置;對于更大尺寸工件情況，以及要求提供離子發(fā)射源布置空間的情況，采用圓平面靶相對于半球形內(nèi)表面的偏心外部放置;對于直徑遠(yuǎn)大于正常濺射靶基距的超大尺寸半球形工件，則采用圓平面靶相對于半球形內(nèi)表面的偏心傾斜內(nèi)部放置。

　　針對上述三種布置方案，本文分別建立了計算模型，將圓平面靶的濺射區(qū)域簡化為線形圓環(huán)跑道，在靶材表面余弦發(fā)射、空間直線飛行的基本假設(shè)下，推導(dǎo)得到了各自的半球形工件內(nèi)表面上的膜厚分布計算公式。基于大量計算數(shù)據(jù)的比較分析，得到了滿足不同膜厚分布均勻性要求的優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。優(yōu)化計算的結(jié)果可供相關(guān)工程技術(shù)人員在設(shè)計鍍膜設(shè)備結(jié)構(gòu)和評估鍍膜性能時參考借鑒。