一种用于电推进装置薄膜制备的磁路增强型磁控溅射系统
本发明涉及一种用于电推力器的表面薄膜制备系统，且具体地涉及一种电推进装置薄膜制备的磁路增强型磁控溅射系统。
背景技术：
1、空间电推进技术作为一种先进的推进技术，在航天器的姿态控制、轨道转移、南北位保持、重定位等方面有着广泛的应用。随着微小卫星的逐渐发展，空间电推进技术因其高比冲的优势已逐渐成为空间小推力推进装置的首选方案；真空电弧推力器因其具有体积小、比冲高、功耗低、寿命长、结构紧凑、污染小的性能优势使得其具有巨大的应用价值。
2、磁控溅射真空镀膜是一种常用的镀膜技术，主要部件是磁控溅射离子源和基体。基体和靶材正对，基体接地，靶接负电压，即基体相对于靶材为正电位，所以电场方向由基体指向靶。用于产生磁场的永磁体设置在靶材背面，磁力线从永磁体的n极指向s极，并与阴极靶面构成封闭空间。靶材和磁场由冷却水冷却。当真空室抽真空到压强低于1e-1pa时，向真空室充入ar气至0.1～1pa，然后在阴阳两极施加电压，电压通常为300～700v，气体发生辉光放电，形成氩等离子体。氩离子在电场力作用下向阴极靶材移动，穿过阴极暗区时得到加速，轰击靶材，溅射出靶材原子和二次电子。
3、目前，在磁控溅射镀膜技术应用领域中，使用最广泛的是平面磁控溅射阴极。传统的磁控溅射镀膜技术磁场是固定的，无法实现对电推进装置零件在同一环境下不同高度方向上的不同膜厚的要求。此外，由于需要对电推进装置零件表面膜层处理要求较高，因此只能通过反复开关设备来满足制备需求，膜层制备失败风险高，良品率低且靶材利用率低。
技术实现思路
1、本发明是为了解决电推进装置表面功能薄膜制备的问题，提供一种电推进装置薄膜制备的磁路增强型磁控溅射离子系统。
2、本发明技术方案如下：
3、一种电推进装置薄膜制备的磁路增强型磁控溅射离子系统，包括：真空电机、联轴器、基材转台、挡板、气体分配器、进气管、屏蔽筒、靶材压环、靶材、靶材台、磁环、导磁回路、冷却底座、调节螺栓a、绝缘底座、水冷头a、水冷管a、固定平垫、固定弹垫、电气螺栓、水冷管b、水冷头b、调节螺栓b、密封圈、外磁线圈、内磁线圈。
4、其特征在于，所述真空电机选用无刷真空电机。
5、其特征在于，所述联轴器、基材转台、挡板、气体分配器、进气管、屏蔽筒、调节螺栓a、调节螺栓b所用材质为不锈钢。
6、其特征在于，所述靶材压环、靶材台、冷却底座所用材质为紫铜。
7、其特征在于，所述靶材为导体。
8、其特征在于，所述绝缘底座所用材质为氧化铝陶瓷或氮化硼陶瓷。
9、其特征在于，所述水冷头a、水冷管a、水冷头b、水冷管b材质为聚四氟乙烯。
10、其特征在于，所述密封圈为全氟醚o型密封圈。
11、其特征在于，所述电气螺栓、固定平垫、固定弹垫材质为紫铜。
12、其特征在于，所述内磁线圈及外磁线圈为聚酰胺包层耐高温导线。
13、其特征在于，磁环为钐钴耐高温磁体，剩磁强度范围为0.8～1.6t。
14、其特征在于，所述导磁回路所用材质可以为电工纯铁，其相对磁导率范围为1800～2600。
15、其特征在于，所述气体分配器可通过增材制造方法获得，内部有均匀化气流的内流道。
16、其特征在于，所述进气管使用的气体为氩气或氙气，进气流量范围为0.1～23.5sccm。
17、其特征在于，工作环境真空度约为0.01-1.5pa。
18、其特征在于，流经水冷管a、水冷头a、水冷头b和水冷管b的冷却水流量范围约为0.1～200l/min。
19、其特征在于，内磁线圈与外磁线圈的电流比约为1:2.1～1:3.7，内磁线圈与外磁线圈匝数比约为1:1.6～1:4.2。
20、本发明的有益效果：
21、(1)本发明提出通过磁路增强磁控溅射，通过线圈精密调节磁场强度，解决电推进装置零件中对不同高度、不同厚度膜层制备的问题。
22、(2)本发明提出通过磁路增强磁控溅射，通过线圈精密调节磁场结构，解决电推进装置零件表面薄膜制备贵金属薄膜过程中存在的良品率低和靶材利用效率低的问题。
技术特征：
1.一种电推进装置薄膜制备的磁路增强型磁控溅射离子系统，包括：真空电机(1)、联轴器(2)、基材转台(3)、挡板(4)、气体分配器(5)、进气管(6)、屏蔽筒(7)、靶材压环(8)、靶材(9)、靶材台(10)、磁环(11)、导磁回路(12)、冷却底座(13)、调节螺栓a(14)、绝缘底座(15)、水冷头a(16)、水冷管a(17)、固定平垫(18)、固定弹垫(19)、电气螺栓(20)、水冷管b(21)、水冷头b(22)、调节螺栓b(23)、密封圈(24)、外磁线圈(25)、内磁线圈(26)；
2.如权利要求1所述的联轴器、基材转台、挡板、气体分配器、进气管、屏蔽筒、调节螺栓a、调节螺栓b所用材质为不锈钢。
3.如权利要求1所述靶材压环、靶材台、冷却底座所用材质为紫铜。
4.如权利要求1所述绝缘底座所用材质为氧化铝陶瓷或氮化硼陶瓷。
5.如权利要求1所述水冷头a、水冷管a、水冷头b、水冷管b材质为聚四氟乙烯。
6.如权利要求1所述内磁线圈及外磁线圈为聚酰胺包层耐高温导线。
7.如权利要求1所述磁环为钐钴耐高温磁体，剩磁强度范围为0.8～1.6t。导磁回路所用材质可以为电工纯铁，其相对磁导率范围为1800～2600。
8.如权利要求1所述工作环境真空度约为0.01-1.5pa。
9.如权利要求1所述流经水冷管a、水冷头a、水冷头b和水冷管b的冷却水流量范围约为5～200l/min。
10.如权利要求1所述内磁线圈与外磁线圈的电流比约为1:2.1～1:3.7，内磁线圈与外磁线圈匝数比约为1:1.6～1:4.2。
技术总结
本发明涉及电推进技术领域，且具体地涉及一种电推进装置薄膜制备的磁路增强型磁控溅射系统。包括：真空电机、联轴器、基材转台、挡板、气体分配器、进气管、屏蔽筒、靶材压环、靶材、靶材台、磁环、导磁回路、冷却底座、调节螺栓A、绝缘底座、水冷头A、水冷管A、固定平垫、固定弹垫、电气螺栓、水冷管B、水冷头B、调节螺栓B、密封圈、外磁线圈、内磁线圈。本发明提出通过磁路增强磁控溅射，通过线圈精密调节磁场强度，解决电推进装置零件中对不同高度、不同厚度膜层制备的问题。同时通过线圈精密调节磁场结构，解决电推进装置零件表面薄膜制备贵金属薄膜过程中存在的良品率低和靶材利用效率低的问题。
技术研发人员：汤海滨,齐佳运,任军学,王一白,张尊
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23