一种用于物理气相沉积设备的靶材供料装置

技术领域

本发明属于真空沉积技术领域，具体涉及一种用于物理气相沉积设备的靶材供料装置。

背景技术

热障涂层是航空发动机热端部件热防护的关键技术，电子束物理气相沉积方法是目前高性能热障涂层制备领域最为常用的制备方法。随着对发动机涡轮叶片涂覆热障涂层的生产效率需求的不断提升，用于熔化蒸发涂层原料靶材的电子枪的功率也持续增加。目前，常用的靶材电子枪的功率已经达到100-300kW，靶材的消耗量达到100-200kg/h。涂层的蒸发与沉积工艺都是在真空设备中进行，国内外热障涂层生产单位使用的电子束物理气相沉积设备在换装新靶材前，需要将整个靶材室甚至是沉积室破真空，难以满足高生产效率下靶材的供给需求。因此，靶材填装的便捷性和效率就成为制约物理气相沉积设备整机生产效率的因素之一。

另外，在靶材熔化蒸发过程中产生的碎屑或靶渣，也会影响到整个热障涂层制程的连续性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提出一种在填充新靶材时无需将沉积腔室破真空，可实现涂层的不停机连续沉积的解决方案，核心点是，一方面在靶材递送装置中设置有多个靶材筒，通过顶升装置依次将多支靶材递送至蒸发坩埚以供应涂层沉积所用原材料；另一方面搭配使用靶材填装气闸腔体在保持沉积腔真空度的情况下为空靶材筒补充新靶材的解决方案。针对碎屑或靶渣的问题，本发明装置中配有靶材废料槽，配合靶材废料推杆可将靶渣清理出递送工作区域。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案为一种用于物理气相沉积设备的靶材供料装置，包括真空沉积腔体、水冷坩埚、一个以上装有靶材的靶材筒、靶材托板、靶材顶升杆、靶材废料清理装置、靶材填装装置，其中水冷坩埚、靶材筒和靶材托板均位于真空沉积腔体中，靶材的熔化蒸发以及涂层的沉积均发生在真空沉积腔体中，水冷坩埚以固定连接方式设置于真空沉积腔体的腔体中心区域内，所述靶材筒依次排列，并可沿靶材托板做受控往复运动，靶材托板用于承托靶材，靶材顶升杆可在真空沉积腔体的底部上下穿行且和真空沉积腔体的底部形成真空密封，靶材托板在水冷坩埚的埚口正下方位置开有孔，便于靶材顶升杆的上下运动，所述靶材废料清理装置位于水冷坩埚的正下方，负责将靶材余量以及靶材碎屑清理出沉积工作的区域，所述靶材填装装置位于真空沉积腔体的下方，用于在真空沉积腔体免破真空的情况下给空靶材筒填装新靶材。

作为优选，上述靶材筒之间设置筒间连接机构，通过筒间连接机构使得靶材筒相连成为一个整体。

作为优选，上述筒间连接机构在垂直方向上位于靶材筒的中间位置。

靶材废料清理装置，包含靶材废料清理推杆和靶材废料槽，靶材废料槽设置在靶材托板之上，位于水冷坩埚的正下方，靶材废料清理推杆的前端和靶材废料槽的形状相匹配。

所述靶材填装装置，包含靶材填装气闸腔体、插板阀门、填装顶杆，靶材填装气闸腔体和真空沉积腔体之间有插板阀门隔开，填装顶杆可在靶材填装气闸腔体上下穿行，靶材托板在填装顶杆的正上方位置开有靶材填装孔。

为提高本发明装置的适应现场的能力，上述靶材托板可以是直列、环形、圆周或其他常见曲线形状。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1，本发明可以为电子束物理气相设备制备热障涂层作业提供不间断的靶材供料，有助于实现工业生产时沉积室免破真空的连续制程。

2，靶渣清理机构可防止机械机构被靶渣堵塞。

3，靶材筒的排列方式可根据实际需求设计成直列或是环形或是圆周分布。

附图说明

图1为本发明用于物理气相沉积设备的靶材供料装置在供应靶材时的结构示意图；

图2为所述装置填装新靶材时的结构示意图；

图3为靶材托板是环形形状时的结构示意图。

图中，附图标记的含义：1-真空沉积腔体；2-靶材；3-水冷坩埚；4-靶材筒；5-筒间连接机构；6-靶材托板；7-靶材顶升杆；8-靶材废料清理推杆；9-靶材废料槽； 10-靶材填装气闸腔体；11-填装顶杆；12-插板阀门；13-靶材填装孔。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。

如图1、2所示，本发明用于物理气相沉积设备的靶材供料装置的结构包括真空沉积腔体1、水冷坩埚3、靶材筒4、筒间连接机构5、靶材托板6、靶材顶升杆7、靶材废料清理推杆8、靶材废料槽9、靶材填装气闸腔体10、填装顶杆11、插板阀门12。

水冷坩埚3、靶材筒4、筒间连接机构5、靶材托板6均位于真空沉积腔体1中，靶材2的熔化蒸发以及涂层的沉积均发生在真空沉积腔体1中。水冷坩埚3以固定连接方式设置于真空沉积腔体1的腔体区域内。涂层原材料靶材2一般位于靶材筒4中，两个以上的靶材筒4依次排列，并可沿靶材托板6的长度方向往复运动。多个靶材筒4通过筒间连接机构5相连，成为一个整体。靶材托板6用于承托靶材2。靶材顶升杆7可在真空沉积腔体1的底部上下穿行且和真空沉积腔体1的底部形成真空密封。靶材废料槽9设置在靶材托板6之上，位于水冷坩埚3的正下方，靶材废料清理推杆8的前端和靶材废料槽9的形状相匹配。靶材托板在水冷坩埚3的埚口正下方位置开有孔，便于靶材顶升杆的上下运动。

靶材填装气闸腔体10是一个相对独立的腔室，用于给空靶材筒填装新靶材。靶材填装气闸腔体10和真空沉积腔体1之间有插板阀门12隔开。填装顶杆11可在靶材填装气闸腔体上下穿行，以便于将新靶材从靶材填装气闸腔体的顶部送入真空沉积腔体中，为此目的，靶材托板在填装顶杆的正上方位置开有靶材填装孔13。

靶材供料装置工作时，真空沉积腔体内部长时间维持在真空状态，当靶材筒4中需要填装新靶材2时，靶材填装气闸腔体内部先恢复为大气压力，并将新靶材放置在填装顶杆上，随后将靶材填装气闸腔体抽至和真空沉积腔体相同的真空压力后，再打开插板阀门12并将新靶材顶送至空靶材筒中。

本发明的靶材供料装置可以为电子束物理气相设备制备热障涂层不间断提供靶材供料，以实现沉积腔体免破真空的不间断制程，其中靶材连续供料的运行方式为：真空沉积腔体内部为真空环境，当一个靶材筒移动到水冷坩埚3正下方时，靶材顶升杆将该靶材筒中的靶材以设定升率顶升至水冷坩埚3中，该靶材便在电子束的轰击下熔化蒸发。当该靶材即将消耗完时，顶升杆下降至初始位置，靶材废料清理推杆运行，并将靶材余量以及靶材废料槽中的靶材碎屑清理出沉积工作区域。然后，靶材筒整体移动，并将下一个靶材筒移动到水冷坩埚3正下方，靶材顶升杆便可将第二筒靶材顶升至水冷坩埚3中用于熔化蒸发。以此类推，实现连续供料。

上述过程中，真空沉积腔体不破真空的新靶材填装的运行方式为：真空沉积腔体1内部为真空环境，而靶材填装气闸腔体10为大气压力环境，整体移动靶材筒4，并使一个空靶材筒正好位于靶材填装孔13的正上方，此时打开靶材填装气闸腔体10，将待填装的靶材放置在填装顶杆11上，关闭腔门，将靶材填装气闸腔体10抽至与真空沉积腔体1相同的真空压力后，打开插板阀门12，通过填装顶杆11将靶材向上顶升填装至空靶材筒中。然后将另一空靶材筒移动至填装孔的正上方，退回填装顶杆，关闭插板阀门，并将靶材填装气闸腔体破真空至大气压力环境。对后续的多个空靶材筒，重复以上述方式完成新靶材的填装。

如图3所示，根据不同的实际需求，靶材托板6的形状也不仅限于直线型，也可以设置为环形或其他形状，多个靶材筒4通过筒间连接机构5相连成为一个整体沿环形靶材托板6做整体移动。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应该视为落入本发明的保护范围。