JPS5941509B2 - 強付着性の特に硬質炭素層を大きな面積に蒸着するための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイオン化ガス及び／又は蒸気による基体への強
付着性の特に硬質の炭素層を大きな面積に蒸着するため
の装置に関するものである。

このような層の応用は非常に多岐にわたる。これは、改
良された面硬度を有する工具から高い耐損傷性のプラス
チック材に及ぶ。従来、直流電圧放電及び低電圧アーク
放電によるイオン化ガス及び／スは蒸気の発生が周知で
ある。

直流電圧放電ではイオン化ガス及び／又は蒸気の発生は
、追加手段なしで真空室で単に比較的高ノ い圧力によ
り実現可能である。

したがつて、プラズマから分離された層における妨害と
なるガス混入のような欠点を甘受せねばならなかつた。
熱陰極を電子放射体として使用することにより好ましい
範囲へ下げられる。ワ このために多数の変形例が周知
となつている。

そして多くは、熱陰極は開１コを通して個有の処理室と
結合した小さな分離した室で作動される。小さな室では
しばしばより高い圧力が維持され、放電は熱陰極及び処
理室に在る陽極間で行われ、この際、放電の強化及び集
束のために磁界が発生される（ドイツ特許公報２２４６
９８３及び１７６５６２５）。これは技術的に大きな費
用を要し、別の手段なしでは単に小さな表面だけが均等
に処理され得るだけである。さらに放電源の幾何学形状
は例えば陰極飛散では目標表面の又はプラズマ処理では
基体表面の最良の処理が可能であるように形成されてい
るのも周知である。

これは例えば直流電圧放電源に対しては充分うまくゆき
、この場合陰極、陽極及びその間に在る捕捉面は互に同
心状にそして対称円筒状に配置されている。比較的低圧
における熱陰極による低圧アーク放電の場合、処理室に
配置されているが、小さな面の処理を可能にする装置が
ある。これらの装置では電極が互に縦軸に配置され、し
たがつて電子もしくは装置に生じるイオンの出口面は、
吸引電極開口の大きさにより決定される。最終的な効果
としてこの大きさは均一に処理可能な面を決定する。産
業上の目的のためにこの装置を拡大するには限度があり
、また完全な均一性も得られない。特に炭素被膜形成の
ためには、さらに複雑なイオン照射源が周知であり、（
例えば、Ａｉｓｅｎｂｅｒｇ，トＣｈａｂＯｔ；Ｊ．．
ＡＰＰＩ．Ｐｈｙｓ．４２（１９７１）２９５３）、こ
の場合著しい装置及び技術上の費用が、被覆すべき僅か
な面とつり合わず、産業上利用されないＯ本発明の目的
は、高度の耐摩耗性及び耐腐触性を得るために剥離しな
い特に固い炭素層で大きな面積の基体を被覆することに
在る。

本発明は、イオン化ガス及び／又は蒸気により大きな面
積の基体へ、特に硬質の炭素被覆を可能にする装置を提
供することを課題にしている。

反射電極の相互の間隔並びに陽極の熱陰極への間隔は、
動作ガスの平均自由行路にほぼ等しくなるように設定さ
れることが好ましい。反射電極の相互間隔が平均自由行
路に等しいことにより、放射電子が陽極へ到達する前に
反射電極で多重反射される。同様なことが、室で自由に
拡散したガス粒子が高透明の陽極を通つて放電室へ達し
、そこで反射電極へ衝突しここで電子と同様に反射され
る。このような作用に際して陽極及び熱陰極間の間隔も
平均自由行路にほぼ等しくすることが効果的であること
が確認されている。熱陰極の長さは少くとも基体の軸方
向寸法に等しいと好都合である。

反射電極の電位は熱陰極の電位に等しいか或はほぼ等し
い。構造的に反射電極は、熱陰極の軸に直角である薄板
として形成する。基体の縁部領域でも均一な膜厚を保証
するために、外側の反射電極はこれが基体を反射電極の
間隔の少くともｈだけ越えるように配置される。この本
発明による装置により、熱陰極から放射される電子が反
射電極間においてこれにより形成された放電室へ良好に
反射されそして低圧でも安定したプラズマが達成される
。部分的に反射電極における多重反射後陽極へ加速され
る放射電子は、特に陽極の近辺でガスもしくは蒸気粒子
をイオン化し、したがつて動作空間に拡散性のプラズマ
が拡がる。

プラズマに存するイオンは、焼きもどし可能で熱陰極に
対して負電位の基体もしくは基体保持器へ引込まれそし
て基体の表面へ作用する。イオン作用を特徴付ける基体
電流密度は、全表面に対して極めて一定に設定される。
動作及び動作媒体に応じて異るこれらのイオン、例えば
ベンゼン動作媒体から成る炭素イオンは、基体表面へ粘
着性の硬質層例えば炭素層を形成する。全装置の動作態
様は次の通りである。

動作空間は周知の真空発生器により排気され、周知の配
合弁により粘着性の硬質層の発生に必要なガスもしくは
蒸気が導入され、所望の動作圧が、場合によつては真空
発生器の吸引パワーの閉塞後に設定される。

電流通過により熱陰極は電子の放射に必要な温度に加熱
される。絶縁性の基体の場合ＨＦ電圧が好ましい。

プラズマ活性もしくは化学過程並びにデポジツト過程用
の装置に使用する場合、通常基体電圧は不要となり、基
体はアーヌされたイオン室壁へ結合し得る。真空容器は
ガラス並びに金属から製造され得、この場合アーヌ電位
を有し、アース電位及び熱陰極間には選択した他の電位
に相当した大きさの抵抗が接続される。

特に絶縁された基体では、基体の直前に負電位の網状電
極を加速電極として配置する。感熱性の基体、例えばプ
ラヌチツク材では熱陰極及び陽極間に直線状の熱放射を
回避させる周知の放射遮へい板を配置すると有利である
。

本発明による装置の幾何学的な構造形成は、内側の熱陰
極と共に面平行並びに同心的に行われる。

必要な場合、例えばより大きな円筒状の基体では、中心
の基体を陽極及び熱陰極により反射電極と共に取囲む逆
の場合も可能である。面平行装置はゲート貫流装置に結
合させると有意義である。

中心の熱陰極に対する同心配置は実施例に示す。本発明
を４つの実施例を基に詳述する。

第１図は本発明による装置の配置された容器を示す。

真空発生及び反応ガスもしくは蒸気の供給は、フランジ
端子を通して行われ、詳しくは示していない。個有の動
作空間は、１で示すイオン化室である。これは基体装置
（基体及び基体保持体）４により外部へ対して円筒状に
制限される。中心にイオン化装置が配置されている。こ
れは熱陰極５より成り、基体装置４に対してらせん状に
軸方向へ同じ長さで保持棒の回りに配置されている。同
じ保持棒には本発明による例えば円盤状の反射電極２も
配置されている。外側の反射電極２は、基体装置４の軸
長を越えて反射電極２間の寸法の５だけ軸方向に突出し
ている。反射電極２間の間隔は、所謂平均自由行路にほ
ぼ相当し、５×１σ２Ｐａの動作圧及び炭素イオンを供
給するための動作媒体ベンゼンについて約５０ｍｍであ
る。この反射電極相互間の距離を平均自由行路より大き
く設定すると、放電が点弧され得ない点までイオン化度
が低下する。これを回避するために熱陰極をより高く加
熱したり、又は陽極電圧を高くすると、種々の好ましく
ない問題が付随してくる。逆により小さく設定すると、
ホロ一陰極グロー放電が生じ、これによりプラズマが不
均質になり、イオン流が場所的に異つてくる。この寸法
は熱陰極５及び同心状に配置された高透明の陽極６間の
放射状の間隔に対しても同じである。個々の反射電極２
及び陽極６間の空間は、個有の放電室３を形成し、その
中でプラズマが形成されそして動作媒体がイオン化され
る。構造的に熱陰極５は、高溶融性の材料例えば０．６
ｍ７！？及び３５０ｍ７１Ｌの線長のタンタルから成る
。

反射電極２は厚さ１ｍ７！Ｌの鋼薄板より成り、陽極６
は線径１關の格子状に配置された鋼線より成る。必要な
電圧は例えば容器皿を介して周知の方法で供給される。

例えば硬質炭素層が基体ヘデポジツトされる場合、容器
には例えば１・１０−１Ｐａのベンゼン雰囲気が発生さ
れる。

熱陰極５には３０Ｖの電圧及び３５Ａの電流が供給され
る。これにより熱陰極５は良好な電子放射に必要な温度
になる。陽極６は熱陰極５に対して１００Ｖの電圧が加
えられ、２Ａの陽極電流が流れる。

基体装置４はアースに対して−６００Ｖの負電圧に在る
。このような装置によりイオン化室１及び全容器では拡
散性のプラズマが形成される。基体装置４の負電位によ
りイオンがプラズマから基体装置４へ吸引される。イオ
ン流密度は、基体装置４を６００Ｖの負電圧にすると約
０．１５ｍＡ（７！ｌ′２である。このイオン流は摩耗
を減少させるために硬質炭素層を例えば刃物用鋼へ強付
着性の蒸着を行うのに十分である。

必要な場合、その装置により動作媒体の導入の前に稀ガ
ス類の雰囲気を発生させそして稀ガス類イオンで例えば
−２ＫＶの電圧を印加して基体を照射することによりこ
れを浄化することも可能である。

２つの過程で始めて、動作媒体から雰囲気を発生させた
後に層を形成するイオンが基体へデポジツトされる。

この変形方法は、就中高度の付着強度に役立つ。第２図
は基本的には第１図と同じ装置を示す。

しかし、基本装置４の直前に加速電極８が配置されてい
る点で異る。これはアースに対して負電圧に在り、例え
ばプラスチツク材から成る非導電性の基体を特に良好に
被層するのを可能にする。第３図は、円盤状の基体９が
固定され得る多数の基体保持体４が棒状に回転可能に設
けられた第３の実施例を示す。第４図は感熱性の基体の
被層に特に適した装置の平面図である。

熱陰極５及び陽極６間の第１図による装置内へ適当に放
射薄板７を配置することにより、陰極から基本保持体４
へ現わる熱放射が減少され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は円筒状の基体装置を有する本発明の装置の断面
図、第２図は加速電極を有する第１図による装置、第３
図は遊星状の基体装置を有する本発明による装置及び第
４図は熱放射薄板を有する第１図による装置。 １：イオン化室、２：反射電極、３：放電室、：基体装
置、５：熱陰極、６：陽極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イオン化ガス及び／又は蒸気により強付着性の特に
   硬質炭素層を大きな面積に蒸着するための装置において
   、熱陰極５が基体に対向して配置され、これらの熱陰極
   及び基体間に高透明の陽極６が配置され、熱陰極５には
   、反射電極２が配設されていることを特徴とする蒸発装
   置。 ２ 反射電極２の相互の間隔並びに陽極６の熱陰極５へ
   の間隔が動作ガスの平均自由行路にほぼ等しい特許請求
   の範囲第１項記載の蒸気装置。 ３ 熱電極の長さが少くとも基体の縦方向寸法に等しい
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の蒸着装置。 ４ 反射電極２が陰極電位に在る特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の蒸着装置。 ５ 反射電極２が熱陰極５の軸に直角に配置されている
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の蒸着装置。 ６ 外側の反射電極２が基体を反射電極２の間隔の少く
   とも１／３だけ突き出ている特許請求の範囲第１項又は
   第２項、又は第４項に記載の蒸着装置。 ７ 陽極６及び基体が熱陰極５に対して同心状に配置さ
   れている特許請求の範囲第１項又は第２項記載の蒸着装
   置。 ８ 基体の直前に加速電極８が配置されている特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の蒸着装置。 ９ 熱陰極５及び陽極６間に放射薄板７が配置されてい
   る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の蒸着装置。