离子溅射镀膜机工件架系统设计论文

1真空磁控离子溅射镀膜机的特点

真空磁控离子溅射镀膜机的运用范围十分广泛，能够运用于道具或者模具的表面强化中，还能够运用与叶片、气门灯等机械零件的表面强化中。另外，在医学工业中，或者在彩色膜钢板生产中，甚至在手表、餐具等日常用品中，均可以使用真空磁控离子溅射镀膜机完成工件镀膜。由于真空磁控离子溅射镀膜机具有耐腐蚀的特点，还被运用到我国的航空航天事业中。

2真空磁控离子溅射镀膜机工件架系统设计

2.1工件架系统设计的主要参数

工件架系统设计的主要参数为：半球形样品的直径80mm；半球壳型样品的直径80mm；真空室加热温度为200±2℃；工件升降行程设置为50mm；工件平移距离设置为500mm；工件自转速度设置为30r/min。

2.2工件升降组件的设计

工件升降部分采用螺旋传动机构，目的是为了让升降台进行升降，进而实行换位。螺旋传动机构使用意图是把旋转运动转换成直线运动，或者把直线运动转换成旋转运动，螺旋传动是通过利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动的。本文将工件架系统设计的升降丝杠螺母副需要承受的重量设为6kg，上文中将螺母的有效行程是50mm，其中螺母副需要承受较大的压力。

2.3工件自转部件传动装置的设计

在真空电机的选择上，由上文可知自转部件的转速为30r/min，符合这个要求的主要是德国产的真空电机，由于自转部件的传动方式以齿轮啮合传动为主，自转主动齿轮旋转需要通过真空电机来实现，只有自转主动齿轮旋转才能带动从动齿轮自转，进而达到工件自转的目的。

2.4齿轮传动设计与方式

在真空环境下，齿轮传动主要运用的材料为304不锈钢，其具有很强的耐热性和耐腐蚀性，且具备良好的机械性能，不存在热处理硬化现象。由于磁控离子溅射镀膜机是通用机械的一种，因此在齿轮的精度选择上选择8级精度，主动齿轮的齿数为25，从动齿轮的齿数为105。在齿轮方面，选择二硫化钼为主要的材料，二硫化钼适用于各种高温、高压和高负荷的机械工作，其不易溶于水，且具有抗磁性、分散性等特点。

2.5工件平移组件设计

工件平移部分使用丝杠螺母传动机构实现工件架平移，从而对工件进行二次镀膜，在平移中螺纹副所要承受的力是上部工件架重量的总和，总和数值为13.4kg，移动的距离是500mm。工件平移组件设计主要以梯形螺纹为基本齿形，外螺纹的直径设置为20mm，中径18mm，内径17mm。值得注意的是，若平移组件和升降组件的导轨都使用丝杠螺母传动机构，则在一定程度上会发生因两个传动机构的传动误差，进而引发机械事故。因此，为了提高系统的安全性，建议其中一个导轨组件选用丝杠螺母传动机构，另一个则使用光轴，以避免事故的发生。另外，平移螺母在移动时会带动工件架移动，因此需要在工架与平移螺母之间设置一个过渡板，让平移变得更加稳定。

2.6负偏压设计

因为样品架是与地面绝缘的，所以可以通过对样品施加负偏压的方式让其离化率增强，从而降低电荷积累造成的异常放电，避免靶材表面中毒，并最终提升膜的质量。偏压电源使用直流叠加脉冲电源，波形主要为方形或矩形，直流叠加脉冲电源的电压、频率以及占比均可调，其总功率为5KW。脉冲电压最大为1kV，电流最大为1A。直流电源电压最大为200V，电流5A，占比可调为10~80%，脉冲功率40~60KHz可调。

3结束语

综上所述，使用真空磁控离子溅射镀膜机完成的镀膜具有众多优点，并且，在小型工件镀膜中，与现有的磁控离子溅射镀膜机相比，本文提出的真空磁控离子溅射镀膜机不仅能实现对小规模生产工件的二次镀膜，还能在一定程度上降低小规模生产所需的镀膜成本。本文通过对真空磁控离子溅射镀膜机工件架系统设计主要参数，对工件升降组件、工件自转部件传动装置、齿轮传动与方式、工件平移组件、负偏压等方面进行设计，使得真空磁控离子溅射镀膜机能对小型工件镀两种膜，值得被广泛运用。

作者：吕子啸 单位：太原理工大学 山西太重兴业投资发展有限公司