一种非平衡磁控溅射镀钽装置的制作方法

1.本实用新型涉及电镀领域，特别涉及一种非平衡磁控溅射镀钽装置。


背景技术：

2.植介入医疗器械产品需要良好的生物相容性和机械强度，目前钽金属是医疗领域公认的生物相容性最好的金属材料，且力学强度较高，纯钽制备的医疗器械重量大，因此多孔结构的医疗器械产品成为骨科植介入器械重要的产品结构。美国捷迈医疗公司采用化学气相沉积的方法在多孔支架表面沉积钽金属，进行了技术垄断，但是化学气相沉积工艺复杂，成本高且会产生环境污染。针对此国内出现了3d打印多孔纯钛金属、钛合金、钴铬合金的多孔医疗器械产品，但是钛合金、钴铬合金的生物相容性相比钽金属生物相容性有一定差距，且强度较低，尤其是具有支撑作用的骨植入医疗器械可能产生磨损穿产生金属颗粒引发炎症，甚至有致癌作用。
3.在产品或工件表面镀金属是一种常用的表面改性技术，可以通过镀金属达到表面抗氧化、装饰、强化的目的。产品表面镀金属的技术除了电化学沉积之外，还有物理沉积技术，电化学沉积存在环境污染，工艺复杂等缺点，物理沉积技术常用的有等离子喷涂、磁控溅射、热蒸镀技术等，等离子喷涂和热蒸镀能源消耗大，磁控溅射是成本低、工艺简单、溅射温度低、易于控制的物理沉积技术。但现有的磁控溅射装置一般只能再平面上进行镀膜，对于复杂多腔的工件无法进行镀膜，本实用新型将设计出一种非平衡磁控溅射镀钽装置，可以实现对复杂结构的植介入医疗器械表面镀钽，改善其生物相容性和耐磨性能。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种非平衡磁控溅射镀钽装置，其目的是为了解决现有技术中不能针对多孔工件、不规则工件进行均匀镀钽的问题。
5.为了达到上述目的，本实用新型的实施例提供了一种非平衡磁控溅射镀钽装置，包括：
6.箱体，所述箱体设置有用于镀膜的腔体，所述腔体内设置有筒形的负极接线板，所述负极接线板连接有带pwm控制器的溅射电源，所述负极接线板靠近圆心的一侧设置有筒形的钽金属靶材，所述负极接线板与钽金属靶材之间设置有第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体与所述第二永磁体的数量相等且总数量不少于4个，均匀分布于钽金属靶材和负极接线板之间，且相邻第一永磁体和第二永磁体的极性相反；所述腔体内还设置有与氩气相连的氩气注入口以及用于抽真空的真空抽气口；
7.基台，设置于所述腔体内，所述基台上设置有用于安装待加工材料的支撑架,所述支撑架可在腔体内水平转动。
8.优选的，所述负极接线板和所述钽金属靶材的纵向截面为优弧，所述支撑架由所述钽金属靶材的优弧形成的弦处伸入钽金属靶材包围的空间内。
9.优选的，所述非平衡磁控溅射镀钽装置还包括气压计，所述气压计检测用以检测
腔体内的压强。
10.优选的，所述基台上设置有电机，所述电机的输出端与所述支撑架连接以驱动支撑架转动。
11.优选的，所述电机连接有电机电源。
12.优选的，所述非平衡磁控溅射镀钽装置还包括氩气泵，所述氩气泵连通有氩气管，所述氩气管与所述氩气注入口连通，所述氩气管上设置有氩气阀门和氩气流量计，所述氩气流量计相较于氩气阀门更靠近氩气注入口。
13.优选的，所述非平衡磁控溅射镀钽装置还包括真空泵机，所述真空泵机连通有真空管，所述真空管与所述真空抽气口连通，所述真空管上设置有真空阀门。
14.优选的，所述箱体还包括金属的箱门，所述箱门铰接于所述箱体上，所述箱门上设置有观察窗，所述箱门上设置有锁紧箱门和箱体的锁紧开关。
15.本实用新型的上述方案有如下的有益效果：
16.本技术采用永磁体实现了待加工材料的全覆盖，磁场强度外部高于中部，有利于待加工材料表面的沉积，使得钽金属靶材环绕的区域内离子浓度和离子密度增加，采用本技术的技术方案，可以获得的钽金属薄膜结构致密，适用于多孔或不规则的金属的待加工材料紧密结合，可以实现无死角镀钽，增强待加工工件的力学强度和耐磨性。
附图说明
17.图1是本实用新型的工作原理示意图；
18.图2是箱门示意图。
19.【附图标记说明】
20.1-腔体、2-负极接线板、3-pwm控制器、4-溅射电源、5-钽金属靶材、6-第一永磁体、7-第二永磁体、8-基台、9-支撑架、10-气压计、11-电机、12-电机电源、13-氩气泵、14-氩气阀门、15-氩气流量计、16-真空泵机、17-真空阀门、18-箱门、19-观察窗、20-锁紧开关。
具体实施方式
21.为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
22.如图1-2所示，本实用新型的实施例提供了一种非平衡磁控溅射镀钽装置，包括箱体和箱门18，其中箱门18和箱体均由金属材料制成，箱门18铰接在箱体上，在箱门18上设置有观察窗19以及锁紧开关20，其中观察窗19用于观察箱体内部的工作状态，锁紧开关20用于锁紧箱门18和箱体。
23.进一步的，箱体内设置有腔体1，该腔体1为镀膜的工作区。具体的腔体1内设置有筒形的负极接线板2，在负极接线板2上电连接有溅射电源4，溅射电源4与负极接线板2之间还电连接有pwm控制器3。在负极接线板2的内壁方向还设置有钽金属靶材5，钽金属靶材5同样的为筒形。钽金属靶材5与负极接线板2优选的同轴设置。在负极接线板2和钽金属靶材5之间还设置有第一永磁体6和第二永磁体7，第一永磁体6和第二永磁体7的数量相等，总量不少于4个，第一永磁体6和第二永磁体7均匀设置，且相邻的第一永磁体6和第二永磁体7极性相反。在本实施例中，第一永磁体6和第二永磁体7均设置有3个。优选的，负极接线板2和
钽金属靶材5的纵向截面为优弧，在钽金属靶材5的优弧形成的弦处设置有支撑架9，支撑架9可以在钽金属靶材5包围的空间内转动。
24.更进一步的，在箱体上还设置有氩气注入口和真空抽气口，其中氩气注入口连通有氩气管，所述氩气管与氩气泵13连通。氩气管上设置值有氩气阀门14和氩气流量计15，其中氩气流量计15相对于氩气阀门14靠近氩气注入口。真空抽气口连通有真空管，真空管连通有真空泵机16，真空管上设置有真空阀门17。
25.为了使得支撑架9更好的转动，在箱体内还设置有基台8，该基台8设置在腔体1内，基台8上设置前述的支撑架9。在基台8上还设置有电机11，电机11的输出端与支撑架9连接进而驱动支撑架9水平转动。电机11连接有电机电源12。电机11的转速可调，进而保证支撑架9的转动速度可调节。
26.优选的，为了更好的了解腔体1内的压力，本技术还包括气压计10，气压计10的检测端设置在腔体1内，显示端设置在箱体外。
27.本技术工作过程为：
28.打开箱门18，将待镀钽的工件固定在支撑架9上，将待镀钽的工件连接导线并接地，关闭箱门18，锁死锁紧开关20。打开真空泵机16，并观察气压计10的度数，当真空泵机16将腔体1的压强抽至1*10-4
时，关闭真空泵机16和真空阀门17，打开氩气泵13以及氩气阀门14，使腔体1内充满氩气，直至腔体1内的压强为0.1-3pa时，关闭氩气泵13和氩气阀门14。
29.进一步的，打开前述的电机电源12，电机11带动支撑架9在腔体1内水平的匀速转动，打开溅射电源4，此时负极接线板2带负电，由于待镀钽的工件接地，待镀钽的工件与负极接线板2存在电势差，形成辉光放电。腔体1内存在的氩气被电离为氩离子，腔体1内的氩离子在电场和正交磁场的洛伦兹力的作用下，加速螺旋运动撞向钽金属靶材5的内表面。由于钽金属靶材5为圆筒状，钽金属靶材5上的钽原子被轰击从各个方向飞向待镀钽的工件，随着工件的水平旋转，工件的表面均匀的覆盖有钽金属膜。钽金属膜的厚度在100nm-10um。钽金属膜的厚度可以通过电压和镀膜时间控制。
30.使用本技术时，不但可以对表面均匀的工件进行镀钽，还可以针对不规则形状和/或多孔的工件进行镀膜，第一永磁体6和第二永磁体7实现了磁感线对工件的全覆盖，磁场强度外部高于中部，利于工件机体的沉积，使钽金属靶材5包围的区域内离子浓度和离子浓度增加，本技术镀钽的厚度为100nm-20μm之间，不会导致多孔结构的孔隙堵塞，不影响多孔结构性能。该装置镀钽工艺简单，薄膜厚度可控，镀钽温度和能耗低，可以实现对各种复杂结构或个性化工件的镀钽，提高植介入医疗器械产品的耐磨强度和生物相容性。
31.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。