半球形工件內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.東北大學機械工程與自動化學院過程裝備與環境工程研究所；2.沈陽騰鰲真空技術有限公司)

　　摘要：在真空鍍膜生產實踐中，要求在球形工件內表面鍍制薄膜的情況時有發生。如果采用CVD 方法或者是蒸發鍍膜方法，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表面鍍制薄膜的技術方案，設計了三種靶—基系統布置模式：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射源布置空間的情況，采用圓平面靶相對于半球形內表面的偏心外部放置;對于直徑遠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表面的偏心傾斜內部放置。

　　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域簡化為線形圓環跑道，在靶材表面余弦發射、空間直線飛行的基本假設下，推導得到了各自的半球形工件內表面上的膜厚分布計算公式。基于大量計算數據的比較分析，得到了滿足不同膜厚分布均勻性要求的優化結構參數。優化計算的結果可供相關工程技術人員在設計鍍膜設備結構和評估鍍膜性能時參考借鑒。