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(dòng)化學(xué)院過程裝備與環(huán)境工程研究所；2.沈陽(yáng)騰鰲真空技術(shù)有限公司)

　　摘要：在真空鍍膜生產(chǎn)實(shí)踐中，要求在球形工件內(nèi)表面鍍制薄膜的情況時(shí)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(duì)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(jì)了三種靶—基系統(tǒng)布置模式：對(duì)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(duì)于半球形內(nèi)表面的對(duì)中外部放置;對(duì)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(duì)于半球形內(nèi)表面的偏心外部放置;對(duì)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(duì)于半球形內(nèi)表面的偏心傾斜內(nèi)部放置。

　　針對(duì)上述三種布置方案，本文分別建立了計(jì)算模型，將圓平面靶的濺射區(qū)域簡(jiǎn)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(jì)算公式�；�于大量計(jì)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(jì)算的結(jié)果可供相關(guān)工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)鍍膜設(shè)備結(jié)構(gòu)和評(píng)估鍍膜性能時(shí)參考借鑒。