一种真空腔体碳膜清洁方法

技术领域

本发明涉及电弧镀膜设备清洁技术领域，更具体地涉及一种真空腔体碳膜清洁方法。

背景技术

类金刚石涂层中四面体非晶碳(ta-C)膜具有极高的sp3键含量，具有极高的硬度和优异的减摩抗磨性能,极高的热导率和优良的抗热冲击性能，极高的电阻率和良好的掺杂性能。一般采用弯管磁过滤电弧技术沉积ta-C涂层，但长期使用会在磁过滤弯管或者腔体内壁上形成很厚的碳膜层，从而积攒大量灰尘，吸附气体。该厚膜堆积在弯管或者腔体内壁，影响设备电阻和沉积电场；同时，真空过程中吸附气体释放缓慢，设备抽气速度时间变长；另外，灰尘颗粒不能清除干净，沉积过程中会产生漂浮，沉积到产品表面，影响品质。因此，需定期对内壁上的碳膜进行清洁处理，以保证弯管内电场运行正常和保障涂层质量。

当前，腔体内壁碳膜层常用的清洁方式有：(1)物理打磨，如取出弯管喷砂，管内刷磨，锉刀敲打等；但常规物理打磨手段无法很好地去除膜层；通过物理喷砂工艺则需要拆卸管壁或内衬，时间长，效率低；(2)化学退镀，化学退镀需要使用化学试剂且存在环保风险，而且随着膜厚越厚，处理时间越长，效率低，成本高。

此外，中国专利CN213316660U公开一种薄膜沉积反应腔腔体清洁装置，使用时电机带动主轴旋转时，主轴带动第一刮板和第二刮板旋转，带动毛刷头旋转，完成对腔体内壁的细致清洁过程，但由于碳膜涂层较硬，比较难去除，且该工艺不适合弯管内壁碳膜的清洁。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种真空腔体碳膜清洁方法，能高效环保去除管道内壁碳膜，尤其适用弯管。

为了实现上述目的，本发明公开了一种真空腔体碳膜清洁方法，适应于等离子镀膜装置中管道内壁碳膜的去除，所述等离子镀膜装置包括靶材、管道、磁场控制系统、引弧机构和直流弧电源，所述管道呈中空结构，所述磁场控制系统设置在所述管道外侧，包括步骤：

(1)将所述直流弧电源的正极与所述管道电连接，所述直流弧电源的负极与所述靶材电连接，

(2)利用所述直流弧电源和所述引弧机构在所述靶材表面起弧，在所述管道内产生等离子体；

(3)采用所述磁场控制系统控制等离子体轰击管道内壁，以去除管道内壁的碳膜。

与现有技术相比，本发明的真空腔体碳膜清洁方法，所述直流弧电源的正极与所述弯管电连接，所述直流弧电源的负极与所述靶材电连接，借助引弧机构和直流弧电源的作用在管道内产生大量等离子体，然后再利用磁场控制系统控制等离子体轰击管道内壁，烧蚀管壁上的碳膜，以去除管道内壁的碳膜，露出管壁，提高管壁导电性和清洁，进而改善等离子镀膜装置进行沉积时的涂层品质。该方法效率高、环保、便捷、成本低。

优选地，所述磁场控制系统包括设置在所述管道外侧的磁力线圈，通过调节所述磁力线圈通入的电流大小，改变磁力线分布情况，使得等离子体轰击管道内壁的不同位置，轰击一定时间。

优选地，轰击时间为30s-300s。

优选地，所述管道呈弯管结构，包括依次相连通的一级管、二级管和三级管，所述一级管和所述三级管呈直管，所述二级管呈弧形结构，所述直流弧电源的正极与所述一级管电连接，一级管与二级管之间及二级管与三级管之间设有绝缘结构。

优选地，所述磁力线圈包括稳弧线圈、聚焦线圈、引导线圈和发散线圈，所述稳弧线圈、所述聚焦线圈设置在所述一级管的外侧，所述引导线圈设置在所述二级管的外侧，所述发散线圈设置在所述三级管的外侧。

优选地，所述稳弧线圈的电流为2-8A，所述聚焦线圈的电流为1-12A，所述引导线圈的电流为4-7A和所述发散线圈的电流为10-20A。

优选地，所述稳弧线圈的匝数为150-250扎，所述聚焦线圈的匝数为120-200扎，所述引导线圈的匝数为3000-5000扎，所述发散线圈的匝数为1800-2500扎。

优选地，还包括在步骤(2)前进行以下工艺：在所述管道内通入反应气体，所述反应气体选自Ar、N

优选地，所述磁力线圈的控制方法包括：

(1)使稳弧线圈、聚焦线圈、引导线圈和发散线圈通电，控制所述稳弧线圈的电流为2-8A，所述聚焦线圈的电流为1-5A，所述引导线圈的电流为4-7A，所述发散线圈的电流为10-20A，运行时间大于30s；

(2)聚焦线圈的电流、引导线圈的电流和发散线圈的电流均调至0A，运行时间为30s-300s；

(3)聚焦线圈的电流调至3-6A，运行时间为30s-300s；

(4)聚焦线圈的电流调至6-12A，运行时间为30s-300s；

(5)引导线圈的电流调至4-7A，运行时间为60s-300s；

(6)引导线圈的电流调至0A，发散线圈的电流调至10-20A，运行时间为120s-300s。

优选地，所述直流弧电源的电流设置大于或等于为70A。

本发明的有益效果有：

(1)本发明的真空腔体碳膜清洁方法，采用等离子体轰击，清洁深度更大，碳膜脱落到基材，去除效果显著；

(2)本发明的真空腔体碳膜清洁方法，通过稳弧线圈、聚焦线圈、引导线圈和发散线圈组合，实现离子束从一级管到三级管的独立清洗和连续性清洗，适用弯管；

(3)本发明的真空腔体碳膜清洁方法，无需拆装设备，原位清洗，节省人工和成本；

(4)本发明的真空腔体碳膜清洁方法，在管道内真空作业，避免大量粉尘，高效环保。

附图说明

图1是本发明等离子镀膜装置的结构示意图。

图2展示管道内壁经本发明的真空腔体碳膜清洁方法实施例1处理后，碳膜已经从管道内壁掉入管道中的效果图。

图3展示管道内壁经本发明的真空腔体碳膜清洁方法实施例2处理后，碳膜已经从管道内壁掉入管道中的效果图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式详予说明。

本发明提供一种真空腔体碳膜清洁方法，适应于等离子镀膜装置100中管道20内壁碳膜的去除，利用该方法能够高效环保去除管道20内壁的碳膜，露出管壁，提高管壁导电性和清洁效果，进而改善等离子镀膜装置100进行沉积时的涂层品质。

请参考图1，展示本发明的等离子镀膜装置100，包括靶材10、管道20、磁场控制系统(图未示)、引弧机构40和直流弧电源50，管道20呈中空结构，磁场控制系统设置在管道20外侧，直流弧电源50的正极与管道20电连接，直流弧电源50的负极与靶材10电连接。可以理解的是，靶材10可为但不限于石墨靶材，管道20可以是直管也可以是弯管，靶材10和引弧机构40位于管道20的一端，磁场控制系统设置在管道20外侧，具体可根据管道20的结构来设置磁场控制系统。

在本发明的清洁方法中，利用直流弧电源50和引弧机构40在靶材10表面起弧，在管道20内产生等离子体，然后采用磁场控制系统控制等离子体轰击管道20内壁，以去除管道20内壁的碳膜。在该技术方案中，直流弧电源50的正极与管道20电连接，直流弧电源50的负极与靶材10电连接，当引弧机构40的引弧针接触靶材10起弧，在直流弧电源50的持续输出下进行弧斑运动，在管道20内产生大量等离子体，再利用磁场控制系统控制等离子体轰击管道20内壁，烧蚀管壁上的碳膜，以去除管道20内壁的碳膜，露出管壁，提高管壁导电性和清洁效果，进而改善等离子镀膜装置100进行沉积时的涂层品质。该方法效率高且彻底、环保、便捷、成本低。

进一步，磁场控制系统包括设置在管道20外侧的磁力线圈，通过调节磁力线圈通入的电流大小，改变磁力线分布情况，使得等离子体轰击管道20内壁不同位置，轰击一定时间。更进一步，直流弧电源50的电流设置至少为70A，比如可为但不限于70A、72A、74A、76A、78A、80A，通过大电流提高等离子体的轰击速度及力度，加大轰击深度，提高清洁质量。

在较优的实施例中，请参考图1，管道20呈弯管结构，包括依次相连通的一级管21、二级管23和三级管25，一级管21和三级管25呈直管，二级管23位于一级管21和三级管25之间且呈弧形结构，即一级管21、二级管23和三级管25形成弯管，直流弧电源50的正极与一级管21电连接，一级管21与二级管23之间及二级管23与三级管25之间设有绝缘结构。进一步，磁力线圈分别布置在一级管21、二级管23和三级管25的外侧。在一个较优的实施例中，磁力线圈包括稳弧线圈31、聚焦线圈33、引导线圈35和发散线圈37，在一级管21的外侧分别设置稳弧线圈31、聚焦线圈33，稳弧线圈31靠近靶材10设置，聚焦线圈33远离靶材10设置，稳弧线圈31用于控制靶材10烧蚀的稳定，聚焦线圈33根据电流控制驱动电子束朝一级管21内壁运动，二级管23的外侧设置引导线圈35，以引导电子螺旋向前，吸引正离子向前运动，三级管25的外侧设置发散线圈37，电磁场磁力线两端向外发散、偏转，电子顺着磁力线方向螺旋发散，吸引正离子螺旋发散向前。

在上述技术方案中，启动稳弧线圈31、聚焦线圈33、引导线圈35和发散线圈37，设定一定的电流，使得磁力线形成一个稳定、适合的磁场，然后通过直流弧电源50和引弧机构40在靶材10表面起弧，在管道20内产生等离子体；通过调节磁力线圈通入的电流大小，改变磁力线分布情况，使得等离子体轰击管道20内壁的不同位置，轰击一定时间。也就是说，在稳弧线圈31、聚焦线圈33、引导线圈35和发散线圈37的作用下，等离子体沿着大致预定的轨迹向管道20内壁轰击和烧蚀。其中，磁力线圈可以同时开启，也可以单独开启，但为保证靶材10后期生产的正常使用，避免弧源烧熔，稳弧线圈31一直保持开启。粒子束轰击时间数秒到几分钟，但不宜过长，一般碳膜在轰击点燃后能够形成若干秒的自持，大量碳灰喷出，优选，轰击时间为30s-300s。在较优的实施例中，在管道20内通入适当的反应气体使得气压稳定在一定范围，具有稳弧作用，反应气体可为但不限于Ar，N

在较优的实施例中，稳弧线圈31的电流为2-8A，聚焦线圈33的电流为1-12A，引导线圈35的电流为4-7A和发散线圈37的电流为10-20A。更进一步，稳弧线圈31、聚焦线圈33、引导线圈35和发散线圈37的匝数分别为150-250扎、120-200扎、3000-5000扎、1800-2500扎；

在较优的实施例中，磁力线圈的控制方法包括：

(1)使稳弧线圈31、聚焦线圈33、引导线圈35和发散线圈37通电，控制稳弧线圈31的电流为2-8A，聚焦线圈33的电流为1-5A，引导线圈35的电流为4-7A和发散线圈37的电流为10-20A，运行时间大于30s，其目的能够使得靶材10烧蚀处于趋于稳定状态；

(2)聚焦线圈33的电流、引导线圈35的电流、发散线圈37的电流均调至0A，运行时间为30s-300s，此时控制稳弧线圈31的电流为2-8A，在该过程中，粒子束轰击一级管21内壁；

(3)聚焦线圈的电流调至3-6A，运行时间为30s-300s，此时稳弧线圈31的电流为2-8A，聚焦线圈33的电流为3-6A，引导线圈35的电流和发散线圈37的电流均为0A，在该过程中，粒子束轰击二级管23内壁；

(4)聚焦线圈的电流调至6-12A，运行时间为30s-300s，此时稳弧线圈31的电流为2-8A，聚焦线圈33的电流为6-12A，引导线圈35的电流和发散线圈37的电流均为0A，在该过程中，粒子束继续轰击二级管23内壁；

(5)引导线圈的电流调至4-7A，运行时间为60s-300s，此时稳弧线圈31的电流为2-8A，聚焦线圈33的电流为6-12A，引导线圈35的电流为4-7A，发散线圈37的电流为0A，在该过程中，粒子束继续轰击二级管23内壁；

(6)引导线圈的电流调至0A，发散线圈的电流调至10-20A，运行时间为120s-300s，此时稳弧线圈31的电流为2-8A，聚焦线圈33的电流为6-12A，引导线圈35的电流为0A，发散线圈37的电流为10-20A，在该过程中，粒子束继续轰击三级管25内壁。

以下通过几个具体实施例进一步说明本发明的真空腔体碳膜清洁方法，但不限于此。

实施例1

一种真空腔体碳膜清洁方法，包括步骤：

(1)对管道20进行抽真空和冷却；

(2)在管道20内通入35sccm的氩气，使得真空气压稳定在0.4-0.5Pa；

(3)利用引弧机构40的引弧针接触靶材10起弧，然后在直流弧电源50的持续输出下弧斑运动，电流设定70A，在一级管21内产生大量等离子体，

(4)通过调节磁力线圈通入的电流大小，改变磁力线分布情况，使得等离子体沿着大致预定的轨道轰击管道20内壁的不同位置，轰击一定时间，具体参数如表1所示，磁力线圈的控制方法包括：

(4.1)使稳弧线圈31、聚焦线圈33、引导线圈35和发散线圈37通电，控制稳弧线圈31的电流为3A，聚焦线圈33的电流为1A，引导线圈35的电流为4A，发散线圈37的电流为12A，运行时间为180s，使得靶材10烧蚀处于趋于稳定状态；

(4.2)聚焦线圈33的电流、引导线圈35的电流和发散线圈37的电流均调至0A，运行时间为60s，此时控制稳弧线圈31的电流为3A，粒子束大致沿①轨迹轰击一级管21内壁；

(4.3)聚焦线圈33的电流调至4A，运行时间为60s，此时稳弧线圈31的电流为3A，引导线圈35的电流和发散线圈37的电流均为0A，粒子束大致沿②轨迹轰击二级管23内壁；

(4.4)聚焦线圈33的电流调至8A，运行时间为60s，此时稳弧线圈31的电流为3A，引导线圈35的电流和发散线圈37的电流均为0A，粒子束大致沿③轨迹轰击二级管23内壁；

(4.5)引导线圈35的电流调至6A，运行时间为60s，此时稳弧线圈31的电流为3A，聚焦线圈33的电流为8A，发散线圈37的电流为0A，粒子束大致沿④轨迹轰击二级管23内壁；

(4.6)引导线圈35的电流调至0A，发散线圈37的电流调至12A，运行时间为120s，此时稳弧线圈31的电流为3A，聚焦线圈33的电流为8A，粒子束大致沿⑤轨迹轰击三级管25内壁。

(5)在完成一级管21、二级管23和三级管25清洗后，真空放气，打开腔门，再利用吸尘器，将轰击落下的浮灰、膜块和颗粒清理干净。

请参见图2，展示管道20内壁经本实施例真空腔体碳膜清洁方法处理后，碳膜已经从管道20内壁掉入管道20中的效果图，从图2可知，管道20中含有大量的轰击落下的浮灰、膜块和颗粒。

分别测量清洁前后管道20内多个位置的电阻，由4.0-7.0MΩ(未清洁)变为5.0-10.0Ω(清洁后)，表明管壁导电性大幅提高，也就是说采用本发明的真空腔体碳膜清洁方法去除管道20内壁碳膜效果显著。

表1实施例1磁力线圈的设置参数

实施例2

一种真空腔体碳膜清洁方法，包括步骤：

(1)对管道20进行抽真空和冷却；

(2)在管道20内通入60sccm的氩气，使得真空气压稳定在0.22-0.26Pa；

(3)利用引弧机构40的引弧针接触靶材10起弧，然后在直流弧电源50的持续输出下弧斑运动，电流设定72A，在一级管21内产生大量等离子体，

(4)通过调节磁力线圈通入的电流大小，改变磁力线分布情况，使得等离子体沿着大致预定的轨道轰击管道20内壁的不同位置，轰击一定时间，具体参数如表2所示，磁力线圈的控制方法包括：

(4.1)使稳弧线圈31、聚焦线圈33、引导线圈35和发散线圈37通电，控制稳弧线圈31的电流为4A，聚焦线圈33的电流为2A，引导线圈35的电流为4A，发散线圈37的电流为10A，运行时间为60s，使得靶材10烧蚀处于趋于稳定状态；

(4.2)聚焦线圈33的电流，引导线圈35的电流和发散线圈37的电流均调至0A，运行时间为60s，此时稳弧线圈31的电流为4A，粒子束大致沿①轨迹轰击一级管21内壁；

(4.3)聚焦线圈33的电流调至3A，并使其电流在90s内从3A升至6A，在该过程中，稳弧线圈31的电流为4A，引导线圈35的电流和发散线圈37的电流均为0A，粒子束大致沿②轨迹轰击二级管23内壁；

(4.4)聚焦线圈33的电流调至7A，并使其电流在60s内从7A升至10A，在该过程中，稳弧线圈31的电为4A，引导线圈35的电流和发散线圈37的电流均为0A，粒子束大致沿③轨迹轰击二级管23内壁；

(4.5)引导线圈35的电流调至4A，并使其电流在90s内从4A升至6A，在该过程中，稳弧线圈31的电流为4A，聚焦线圈33的电流为10A，发散线圈37的电流为0A，粒子束大致沿④轨迹轰击二级管23内壁；

(4.6)引导线圈35的电流调至0A，发散线圈37的电流调至10A，并使发散线圈37的电流在120s内从10A升至20A，此时稳弧线圈31的电流为4A，聚焦线圈33的电流为10A，粒子束大致沿⑤轨迹轰击三级管25内壁。

(5)在完成一级管21、二级管23和三级管25清洗后，真空放气，打开腔门，再利用吸尘器，将清理下的浮灰、膜块和颗粒清理干净。

请参见图3，展示管道20内壁经本实施例真空腔体碳膜清洁方法处理后，碳膜已经从管道20内壁掉入管道20中的效果图，从图3可知，管道20中含有大量的轰击落下的浮灰、膜块和颗粒。

分别测量清洁前后管道20内多个位置的电阻，由0.5-3.0MΩ(未清洁)变为0.5-2.0Ω(清洁后)，表明管壁导电性大幅提高，也就是说采用本发明的真空腔体碳膜清洁方法去除管道20内壁碳膜效果显著。

表2实施例2磁力线圈的设置参数

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。