技术摘要：
本发明公开了一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置，在电子束物理气相沉积制备涂层的过程中，通过升降组件带动水冷坩埚内的靶材按照一定速度自动上升，通过旋转组件带动水冷坩埚内的靶材按照一定速度自动旋转，并结合电子束束流在靶材上扫描方法的优化，  全部
背景技术：
电子束物理气相沉积(electron  beam  physical  vapour  deposition,EB-PVD)技 术是在真空环境下利用高能量密度的电子束加热靶材，使其蒸发成气相，并在基板上凝结 沉积成涂层的技术。在EB-PVD设备中，电子束的束流束斑大小和束斑位置由计算机控制，有 利于精确控制涂层的厚度和均匀性。制备过程中坩埚通常采用水冷，将靶材放置在水冷坩 埚中，可避免高温下被蒸发材料与坩埚发生化学反应而影响涂层纯度。 采用EB-PVD制备涂层的主要过程为：电子枪产生高能束流，电子束通过磁场或电 场聚焦在靶材上使靶材熔化蒸发，蒸气通过稀薄气氛被输送到基板，然后在基板表面沉积 成涂层。在制备过程中，EB-PVD设备利用计算机控制电子束流在靶材表面的扫描策略，如图 6所示，电子束束流首先聚焦在靶材中心扫描t时间，然后向外移动d距离并以靶材中心为圆 心进行圆周运动扫描t时间，完成圆周运动后再向外移动d距离然后不断重复上述操作，最 终形成同心圆扫描轨迹。随着电子束束流由圆心向外移动，所扫描的圆环半径不断变大，而 电子束束流在每个圆环上的扫描时间不变，这样会造成靶材消耗可控性差，需要采用人工 调控的方式不断移动电子束扫描束流在靶面的移动，人工工作量较大，同时也会导致靶材 熔化蒸发的稳定性差，影响涂层质量和厚度的精确控制。 公开号为[US6589351B1]的专利中，通过优化电子束扫描策略并结合激光监测的 方式可以实现电子束物理气相沉积过程中陶瓷靶材的自动稳定蒸发，但该装置的硬件结构 复杂，对电子束流的操控性和稳定性要求较高，不利于实现推广应用。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装 置，用以提高电子束物理气相沉积涂层制备过程的工艺稳定性，获得稳定的沉积速率，提高 涂层质量。 因此，本发明提供了一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置，包 括：升降组件(1)、旋转组件(2)和水冷组件(3)；其中， 所述升降组件(1)，用于控制靶材的上升速度，包括升降电机(4)、升降主动齿轮 (5)、升降从动齿轮(6)、第一螺杆(7)、第二螺杆(8)、升降滑块(9)、升降杆(10)及升降架 (11)；其中，所述升降电机(4)与所述升降主动齿轮(5)连接，用于控制所述升降主动齿轮 (5)转动；所述升降主动齿轮(5)与所述升降从动齿轮(6)外啮合，用于带动所述升降从动齿 轮(6)转动；所述升降架(11)位于所述升降从动齿轮(6)的上方，且位于所述第一螺杆(7)和 所述第二螺杆(8)的下方，所述升降从动齿轮(6)用于通过所述升降架(11)带动所述第一螺 杆(7)和所述第二螺杆(8)转动；所述第一螺杆(7)和所述第二螺杆(8)分别贯穿所述升降滑 4 CN 111607762 A 说　明　书 2/7 页 块(9)且与所述升降滑块(9)螺纹配合，用于使所述升降滑块(9)上下移动；所述升降滑块 (9)位于所述升降杆(10)的下方且与所述升降杆(10)连接，用于带动所述升降杆(10)上下 移动； 所述旋转组件(2)，用于控制靶材在蒸发过程中按照预设速度进行旋转，包括磁流 体密封器(12)、水冷坩埚(13)、旋转主动齿轮(14)、旋转从动齿轮(15)、旋转电机(16)及转 接口法兰(17)；其中，所述旋转电机(16)与所述旋转主动齿轮(14)连接，用于控制所述旋转 主动齿轮(14)转动；所述旋转主动齿轮(14)与所述旋转从动齿轮(15)外啮合，用于带动所 述旋转从动齿轮(15)转动；所述磁流体密封器(12)位于所述旋转从动齿轮(15)的上方且与 所述旋转从动齿轮(15)键连，所述水冷坩埚(13)位于所述磁流体密封器(12)的上方且与所 述磁流体密封器(12)固定连接；所述旋转从动齿轮(15)位于所述升降组件(1)的上方，通过 转接口法兰(17)与所述升降组件(1)连接，用于带动所述升降组件(1)、所述磁流体密封器 (12)及所述水冷坩埚(13)一起转动； 所述升降杆(10)依次贯穿所述转接口法兰(17)、所述旋转从动齿轮(15)和所述磁 流体密封器(12)，所述升降杆(10)的顶部与所述水冷坩埚(13)内靶材的底部接触，用于使 靶材在蒸发过程中上升；其中，所述升降杆(10)的长度不小于所述靶材的厚度； 所述水冷组件(3)，用于对所述升降杆(10)、所述磁流体密封器(12)和所述水冷坩 埚(13)进行冷却，包括水电滑环(18)和导水管(19)；其中，所述水电滑环(18)包括转动端 (20)和静止端(21)上下两部分，所述转动端(20)通过金属板(22)与所述升降架(11)固定连 接，所述转动端(20)随所述升降组件(1)中的升降架(11)一起转动； 所述水电滑环(18)的静止端(21)设有第一进水口(23)和第一出水口(24)，所述水 电滑环(18)的转动端(20)设有第二进水口(25)和第二出水口(26)；所述第二进水口(25)与 所述第一出水口(24)连通，所述第二出水口(26)与所述第一进水口(23)连通； 所述升降杆(10)的表面设有第三进水口(27)和第三出水口(28)，内部设有将所述 第三进水口(27)和所述第三出水口(28)连通的第一水流通道； 所述磁流体密封器(12)和所述水冷坩埚(13)均为中空的圆筒结构；所述磁流体密 封器(12)的表面设有第四进水口(29)和第四出水口(30)，顶部圆周设有多组第五进水口 (31)和第五出水口(32)，内部设有将所述第四进水口(29)和所有第五出水口(32)连通的第 二水流通道以及将所述第四出水口(30)和所有第五进水口(31)连通的第三水流通道；所述 水冷坩埚(13)的底部圆周设有与各所述第五出水口(32)一一对应连通的多个第六进水口 (33)以及与各所述第五进水口(31)一一对应连通的多个第六出水口(34)，内部设有将各所 述第六进水口(33)和各所述第六出水口(34)连通的第四水流通道； 所述升降杆(10)表面的第三进水口(27)通过所述导水管(19)与所述转动端(20) 表面的第二出水口(26)连通，所述升降杆(10)表面的第三出水口(28)通过所述导水管(19) 与所述磁流体密封器(12)表面的第四进水口(29)连通，所述磁流体密封器(12)表面的第四 出水口(30)通过导水管(19)与所述转动端(20)表面的第二进水口(25)连通；所述导水管 (19)随所述升降杆(10)、所述转动端(20)和所述磁流体密封器(12)一起转动。 在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述实现电子束物理气相沉积自动蒸 发陶瓷靶材的装置中，所述升降架(11)内设有外啮合的第一齿轮和第二齿轮； 所述第一螺杆(7)延伸至所述升降架(11)内与所述第一齿轮键连，且与所述升降 5 CN 111607762 A 说　明　书 3/7 页 从动齿轮(6)键连； 所述第二螺杆(8)延伸至所述升降架(11)内与所述第二齿轮键连。 在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述实现电子束物理气相沉积自动蒸 发陶瓷靶材的装置中，所述水冷坩埚(13)通过螺栓与所述磁流体密封器(12)固定连接。 在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述实现电子束物理气相沉积自动蒸 发陶瓷靶材的装置中，所述水冷坩埚(13)的内径与所述磁流体密封器(12)的内径一致。 本发明还提供了一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置的电子 束束斑扫描方法，包括如下步骤： S1：电子束束流在靶材中心进行扫描； S2：电子束束流向外移动d距离，以靶材中心为圆心进行扫描，扫描轨迹为圆弧； 多次重复步骤S2，直至电子束束流到达靶材圆周位置；其中，各次扫描的圆弧的圆 心角相同。 本发明提供的上述实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置，在电子束 物理气相沉积制备涂层的过程中，通过升降组件带动水冷坩埚内的靶材按照一定速度自动 上升，通过旋转组件带动水冷坩埚内的靶材按照一定速度自动旋转，并结合电子束束流在 靶材上扫描方法的优化，实现电子束物理气相沉积过程中靶材的自动、均匀、稳定蒸发，从 而提高电子束物理气相沉积涂层制备过程的工艺稳定性，获得厚度重复性好、成分均匀稳 定的高质量涂层。 附图说明 图1为本发明提供的一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置的结 构示意图； 图2为磁流体密封器顶部进水口与出水口位置示意图； 图3为水冷坩埚底部进水口与出水口位置示意图； 图4为本发明提供的一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置的电 子束束斑扫描方法的流程图； 图5为本发明提供的一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置的电 子束束斑扫描方法的扫描路径示意图； 图6为现有的电子束束斑扫描方法的扫描路径示意图； 图7为采用本发明提供的一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置 经过不同时间制备的涂层厚度对比示意图； 图8为采用本发明提供的一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装置 经过1h时间制备的涂层微观形貌示意图； 图9为采用现有的固定坩埚喷涂后的靶材表面的照片； 图10为采用本发明提供的一种实现电子束物理气相沉积自动蒸发陶瓷靶材的装 置喷涂后的靶材表面的照片。 附图标记：1：升降组件，2：旋转组件，3：水冷组件，4：升降电机，5：升降主动齿轮， 6：升降从动齿轮，7：第一螺杆，8：第二螺杆，9：升降滑块，10：升降杆，11：升降架，12：磁流体 密封器，13：水冷坩埚，14：旋转主动齿轮，15：旋转从动齿轮，16：旋转电机，17：转接口法兰， 6 CN 111607762 A 说　明　书 4/7 页 18：水电滑环，19：导水管，20：转动端，21：静止端，22：金属板；23：第一进水口，24：第一出水 口，25：第二进水口，26：第二出水口，27：第三进水口，28：第三出水口，29：第四进水口，30： 第四出水口，31：第五进水口，32：第五出水口，33：第六进水口，34：第六出水口。