多弧离子镀膜设备中直线型磁过滤装置的研究和应用

多弧离子镀膜技术已经得到了广泛的应用，但在其制备的膜层中存在大颗粒的问题始终是限制其进一步发展的最大困难。迄今为止，过滤电弧法是唯一可以彻底消除大颗粒的有效方法。直线型过滤装置以其简洁的构造和良好的使用效果而具有了光明的应用前景。本文首先从大颗粒的产生机理出发，在讨论电子和离子在直线型过滤装置中的运动过程的基础上阐述了对直线型过滤装置过滤大颗粒的理论解释。理论分析表明，直线型过滤装置可心对电弧阴极产生的大颗粒起到过滤作用，其理论机理较为复杂，本文认为可能在于靶面处平行磁场加速并细化弧斑，加重阴极中毒程度从而改变其耐温程度，反射回流电子和离子增强了大颗粒受到的碰撞以及几何因素等效应的综合作用。产生上述作用的关键因素在于磁场的纵向梯度变化，即形成瓶颈形磁场，这一点为直线型过滤装置的设计提供基础。通过对设计的两种直线型过滤装置进行实际应用，对所镀薄膜的性能进行检测，并与普通电弧阴极所镀薄膜比较，我们得出以下结论：采用I型过滤装置后，虽薄膜厚度略有降低，但薄膜表面粗糙明显下降，显微硬度增加，表面形貌明显改善，耐腐蚀能力明显提高，综合性能总体上有了显著改善。采用II型过滤装置后，薄膜厚度有所增加，表面粗糙度有所下降，表面形貌有一定改善，耐腐蚀能力略有提高，显微硬度却变化不大，综合性能也有了一定改善。蒙特卡模拟的结果表明，瓶颈形磁场对进入其中的电子和离子有聚束作用，并可以反射大角度发射的带电粒子，提高过滤装置通道内前部和中轴线附近的粒子密度。这与相关的理论分析和实验现象是相吻合的。