Dispositivo de tratamiento de bombardeo de iones, y método para la limpieza de la superficie del material base usando el dispositivo de tratamiento.
Un aparato (1) de tratamiento de bombardeo de iones para limpiar una superficie de un material (W) base colocado en una cámara (2) de vacío irradiando iones de gas generados en la cámara (2) de vacío,
que comprende:
un electrodo (3) de emisión de electrones térmicos de tipo de calentamiento colocado en una superficie interior de la cámara (2) de vacío y formado por un filamento;
un ánodo (4) colocado en otra superficie interior de la cámara (2) de vacío, recibiendo el ánodo (4) un electrón térmico desde dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos;
una herramienta (11) 10 de retención de material base para retener el material (W) base de una manera tal que el material (W) base se coloca entre dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos y dicho ánodo (4);
una fuente (5) de alimentación de descarga para generar una descarga luminiscente tras la aplicación de una diferencia de potencial entre dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos y dicho ánodo (4);
una fuente (6) de alimentación de calentamiento para calentar dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos con el fin de emitir el electrón térmico; y
una fuente (12) de alimentación de polarización para aplicar potencial negativo con respecto a la cámara (12) de vacío al material (W) base, donde
dicha fuente (6) de alimentación de calentamiento no está conectada a la cámara (2) de vacío, y los iones de gas generados por dicha fuente (5) de alimentación de descarga, dicha fuente (6) de alimentación de calentamiento, y dicha fuente (12) de alimentación de polarización se irradian a la superficie del material (W) base,
caracterizado por
un transformador (13) de aislamiento para conectar dicha fuente (6) de alimentación de calentamiento a dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos en un estado de aislamiento eléctrico, donde una salida del lado negativo de dicha fuente (5) de alimentación de descarga está conectada a dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos a través de una bobina (15) secundaria de dicho transformador (13) de aislamiento, y
dicha fuente (5) de alimentación de descarga no está conectada a dicha fuente (6) de alimentación de calentamiento, y al mismo tiempo no está conectada a la cámara (2) de vacío.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2011/002691.
Solicitante: KABUSHIKI KAISHA KOBE SEIKO SHO.
Nacionalidad solicitante: Japón.
Dirección: 10-26 Wakinohama-cho 2-chome Chuo-ku Kobe-shi Hyogo 651-8585 JAPON.
Inventor/es: GOTO, NAOYUKI, NOMURA,HOMARE, ADACHI,SHIGETO, FUJIOKA,KOUMEI.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C23C14/02 QUIMICA; METALURGIA. › C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL. › C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; esmaltado o vidriado de metales C23D; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04). › C23C 14/00 Revestimiento por evaporación en vacío, pulverización catódica o implantación de iones del material que constituye el revestimiento. › Pretratamiento del material a revestir (C23C 14/04 tiene prioridad).
PDF original: ES-2527048_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Dispositivo de tratamiento de bombardeo de iones, y método para la limpieza de la superficie del material base usando el dispositivo de tratamiento
Campo técnico
La presente invención se refiere a un aparato de tratamiento de bombardeo de iones capaz de limpiar una superficie de un material base como un pre-tratamiento de una formación de película, y un método para la limpieza de la superficie del material base usando este aparato de tratamiento.
Antecedentes de la técnica
Convencionalmente, con el fin de mejorar la resistencia a la abrasión de una herramienta de corte y mejorar una característica de deslizamiento de una superficie de deslizamiento de una pieza mecánica, se forma una película dura (de, por ejemplo, TiN, TiAIN, CrN, o similar) sobre un material base (objeto de formación de película) mediante el método de deposición física de vapor (PVD). Un aparato usado para formar tal película dura incluye, por ejemplo, un aparato de deposición física de vapor tal como un aparato de revestimiento metálico de iones por arco y un aparato de pulverización.
En tal aparato de deposición física de vapor, con el fin de mejorar la adhesión de la película que debe formarse, se sabe que una superficie del material base se purifica (limpia) antes de formar la película. Este pre-tratamiento incluye una limpieza de calentamiento con bombardeo de electrones y un método para limpiar generando iones de gases inertes pesados, tales como los iones de argón con descarga de plasma e irradiando los iones de gas inerte desde este plasma al material base con el fin de calentar la superficie (método de tratamiento de bombardeo de iones).
Como una técnica para realizar el pre-tratamiento de la formación de la película descrito anteriormente, el documento 1 de patente describe un aparato para limpiar una superficie o calentar un material base antes de la formación de la película. En este aparato, una fuente de evaporación por arco que incluye un obturador, que puede abrirse y cerrarse con respecto al material base, y un ánodo independiente de esta fuente de evaporación por arco en una cámara. Un gas inerte tal como un gas de argón se introduce en la cámara, los iones de argón se generan usando una descarga de arco provocada entre la fuente de evaporación por arco, cuya superficie frontal está cubierta por el obturador y la cámara, y los iones de argón se irradian a la superficie del material base que tiene un potencial negativo aplicando un potencial entre el ánodo y el material base. De este modo, en el aparato divulgado en el documento 1 de patente, se limpia la superficie del material base.
El documento 2 de patente divulga una técnica de limpieza de una superficie de un material base formando una descarga de arco (fuente de suministro de plasma) en un espacio que oscila verticalmente sobre la altura de tratamiento del material base o no menos que esta altura de tratamiento en el lado circunferencial interior o en el lado circunferencial exterior del material base colocado alrededor de un eje centrado de manera vertical en una cámara de vacío, e irradiando unos iones de argón generados en la misma al material base al que se aplica la tensión de polarización negativa.
Sin embargo, en el aparato anterior del documento 1 de patente, se eleva la temperatura del obturador para cubrir la superficie frontal de la fuente de evaporación por arco, y se eleva también la temperatura del material base después de recibir el calor de radiación del mismo. Por lo tanto, este aparato divulgado en el documento 1 de patente no se aplica fácilmente a un material base que necesita un tratamiento a una temperatura baja tal como un material de temple. Dado que las gotitas de la fuente de evaporación por arco se unen al obturador, se necesita un mantenimiento frecuente. Además, puesto que la fuente de evaporación no puede estar completamente cubierta por el obturador, existe un temor de que algunas gotitas se unan al material base. Además, este aparato divulgado en el documento 1 de patente es la técnica que usa sustancialmente un blanco de titanio. Sin embargo, puesto que el aparato necesita un espacio demasiado grande para solo un mecanismo de limpieza mediante un tratamiento de bombardeo de iones, su coste es elevado.
Mientras tanto, el aparato divulgado en el documento 2 de patente es para cargar un gas en una cámara de electrodo negativo proporcionada por separado en una parte superior de la cámara de vacío con el fin de generar una diferencia de presión (gradiente de presión) entre la presión interna de la cámara de electrodo negativo y la presión interna de la cámara de vacío, y usando este gradiente de presión, inyectar rápidamente el gas en la cámara de electrodo negativo en la cámara de vacío desde una pequeña abertura, con el fin de generar plasma a lo largo del eje centrado verticalmente.
Sin embargo, esto es esencial para cargar el gas en la cámara de electrodo negativo a la presión predeterminada con el fin de generar el gradiente de presión. Existe una necesidad de ajustar rigurosamente un diámetro de la abertura pequeña con el fin de inyectar rápidamente el gas en la cámara de vacío. Ya que una parte periférica de la abertura pequeña formada de molibdeno caro o similar siempre está expuesta a un chorro de gas, la parte periférica
se desgasta de manera severa. Por lo tanto, se aumenta una carga económica. Con el fin de limpiar uniformemente la superficie del material base, es inevitable un aumento del tamaño del aparato, y se coloca una pluralidad de electrodos positivos, de manera que el sistema se complica. Por lo tanto, no es fácil de mantener constantemente una distancia entre la superficie del material base y el plasma (es decir, un efecto de limpieza).
Además, no solo existen los puntos desventajosos para la limpieza descritos anteriormente, sino también puntos no preferibles para un circuito en estos aparatos (el aparato descrito en el documento 1 de patente, en particular). Es decir, en el aparato descrito en el documento 1 de patente, todas las fuentes de alimentación están conectadas a través de la cámara de vacío. Por lo tanto, las fuentes de alimentación forman un bucle a través de la cámara. Cuando se forma tal bucle, el control de corriente se inestablllza en un caso en el que las GND (tierras) en realidad tienen diferente potencial entre sí o similar.
Además, en el aparato divulgado en el documento 3 de patente, se forma un plasma en el ambiente de una cámara de vacío entre un filamento emisor de electrones y un ánodo, calentando el filamento mediante una corriente derivada de una fuente de alimentación externa y aplicando una tensión constante entre el filamento y el ánodo proporcionada por otra fuente de alimentación externa. Las fuentes de alimentación externas están ambas conectadas a tierra.
El aparato divulgado en el documento 4 de patente está provisto de una cámara de vacío, un cátodo para emitir electrones térmicos, y un ánodo. Una fuente de alimentación de calentamiento calienta el cátodo, y una fuente de alimentación de descarga genera una descarga luminiscente tras la aplicación de una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo. La fuente de alimentación de calentamiento, la fuente de alimentación de descarga y la cámara de vacío están todas conectadas a tierra.
El aparato divulgado en el documento 5 de patente tiene las características definidas en el preámbulo de la reivindicación 1. En este aparato, el polo negativo de la fuente de alimentación de descarga está conectado para generar una descarga luminiscente a la fuente de alimentación de calentamiento para calentar el filamento, y el polo positivo de la fuente de alimentación de descarga y la cámara de vacío están ambos conectados a tierra.
Lista de citación
Documento de patente
Documento 1 de patente: US 5 294 322 A Documento 2 de patente: WO 97/34315 A1 Documento 3 de patente: US 3 661 747 A Documento 4 de patente: JP 26-22368 A Documento 5 de patente: JP 22-371351 A
Sumario de la invención
La presente invención es una invención tenida en consideración con la situación anterior, y un objeto de la misma es proporcionar un aparato de tratamiento de bombardeo de iones capaz de mejorar un efecto de limpieza de un material base y estabilizar el control de las fuentes de alimentación, y un método para la limpieza de una superficie del material base usando este aparato de tratamiento.
El objeto se consigue proporcionando un aparato de tratamiento de bombardeo de iones tal como se define en la reivindicación 1 y un método para limpiar tal como se define en la reivindicación 9.
En el aparato de tratamiento de bombardeo de iones y el método para limpiar... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un aparato (1) de tratamiento de bombardeo de iones para limpiar una superficie de un material (W) base colocado en una cámara (2) de vacío irradiando iones de gas generados en la cámara (2) de vacío, que comprende:
un electrodo (3) de emisión de electrones térmicos de tipo de calentamiento colocado en una superficie interior de la cámara (2) de vacío y formado por un filamento;
un ánodo (4) colocado en otra superficie interior de la cámara (2) de vacío, recibiendo el ánodo (4) un electrón térmico desde dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos;
una herramienta (11) de retención de material base para retener el material (W) base de una manera tal que el material (W) base se coloca entre dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos y dicho ánodo (4); una fuente (5) de alimentación de descarga para generar una descarga luminiscente tras la aplicación de una diferencia de potencial entre dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos y dicho ánodo (4); una fuente (6) de alimentación de calentamiento para calentar dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos con el fin de emitir el electrón térmico; y
una fuente (12) de alimentación de polarización para aplicar potencial negativo con respecto a la cámara (12) de vacío al material (W) base, donde
dicha fuente (6) de alimentación de calentamiento no está conectada a la cámara (2) de vacío, y
los Iones de gas generados por dicha fuente (5) de alimentación de descarga, dicha fuente (6) de alimentación
de calentamiento, y dicha fuente (12) de alimentación de polarización se irradian a la superficie del material (W)
base,
caracterizado por
un transformador (13) de aislamiento para conectar dicha fuente (6) de alimentación de calentamiento a dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos en un estado de aislamiento eléctrico, donde una salida del lado negativo de dicha fuente (5) de alimentación de descarga está conectada a dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos a través de una bobina (15) secundaria de dicho transformador (13) de aislamiento, y
dicha fuente (5) de alimentación de descarga no está conectada a dicha fuente (6) de alimentación de calentamiento, y al mismo tiempo no está conectada a la cámara (2) de vacío.
2. El aparato (1C; 1D) de tratamiento de bombardeo de iones de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos Incluye una pluralidad de filamentos.
3. El aparato (1C) de tratamiento de bombardeo de Iones de acuerdo con la reivindicación 2, donde dicha fuente (6) de alimentación de calentamiento es una fuente de alimentación de CC, y
la pluralidad de filamentos incluye dos filamentos cuyos electrodos positivos y negativos son verticalmente opuestos entre sí.
4. El aparato (1E) de tratamiento de bombardeo de Iones de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:
una primera parte (7) de generación de fuerza magnética colocada en la parte posterior o en el lateral de dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos, con el fin de formar una linea magnética desde dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos hacia el material (W) base.
5. El aparato (1E) de tratamiento de bombardeo de iones de acuerdo con la reivindicación 1 o 4, que comprende además:
una segunda parte (8) de generación de fuerza magnética colocada en la parte posterior o en el lateral de dicho ánodo (4), con el fin de formar una linea magnética desde dicho ánodo (4) hacia el material (W) base.
6. El aparato (1D) de tratamiento de bombardeo de iones de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:
un obturador (31) colocado en la cámara (2) de vacio, cubriendo el obturador (31) dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos.
7. El aparato (1A) de tratamiento de bombardeo de iones de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha fuente (12) de alimentación de polarización es una fuente de alimentación de pulsos.
8. El aparato (1A) de tratamiento de bombardeo de iones de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:
un circuito (16) de conmutación para permitir conectar de manera selectiva una salida del lado positivo de dicha fuente (5) de alimentación de descarga a una de dicho ánodo (4) o del material (W) base.
9. Un método para la limpieza de una superficie de un material (W) base antes de la formación de la película, que usa el aparato (1) de tratamiento de bombardeo de Iones de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende las etapas de:
aumentar una corriente de calentamiento que fluye a través de dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos y la presión del gas de una atmósfera de gas en la cámara (2) de vacio hasta que se inicie una descarga luminiscente entre dicho electrodo (3) de emisión de electrones térmicos y dicho ánodo (4); y disminuir la presión del gas a un valor con el que la descarga sea sostenlble y ajustar la corriente de calentamiento después de iniciarse la descarga luminiscente.
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