Лезо, лезо для гоління та спосіб його виготовлення, спосіб нанесення твердого вуглецевого покриття на лезо та блок для гоління

1 Способ изготовления бритвенных лезвий, в котором осаждают слой (60) аморфного алмаза на субстрат (50), содержащий следующие этапы (а) образование субстрата, (б) образование клинообразной заостренной кромки на субстрате, которая имеет внутренний угол менее тридцати градусов и радиус вершины (52) менее 1200 ангстрем, отличающийся тем, что способ содержит (в) осаждение слоя (60) аморфного алмаза на заостренной кромке, приложение начального высокого смещающего напряжения к субстрату (50) во время осаждения и затем приложение второго более низкого смещающего напряжения к субстрату во время смещения 2 Способ по п 1, отличающийся тем, что субстрат (50) шлифуется механическим образом, следуя за операцией хонингования для образования заостренной кромки 3 Способ по п 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит этап нанесения на покрытую аморфным алмазом режущую кромку плотно прилегающего полимерного покрытия (72), 4 Способ по п 1, отличающийся тем, что покрытие из аморфного алмаза на режущей кромке имеет толщину по меньшей мере в 400 ангстрем от заостренной вершины (52) субстрата (50) на протяжении 40 микрон от заостренной вершины (52) 5 Способ по п 1, отличающийся тем, что субстрат является металлом, а покрытие из аморф ного алмаза по меньшей мере в четыре раза тверже металлического субстрата 6 Способ по п 1, отличающийся тем, что слой аморфного алмаза осаждается методом, выбранным из группы, состоящей из отфильтрованного катодного дугового разряда, катодного дугового разряда, анодного дугового разряда, плазменного разложения углеводородных газов, осаждения распылением с постионизацией индуктивносвязанной высокой частотой, лазерной абляции, осаждение с использованием абсорбирующей волны лазера и осаждение пучком ионов 7 Способ по п 1, отличающийся тем, что слой аморфного алмаза осаждается в вакууме или в атмосфере аргона в разреженной камере, в которой установлена графитовая мишень, графитовая мишень возбуждается электрическим током, а дуговой разряд ударяет по мишени для осаждения слоя аморфного алмаза на заостренной кромке в момент подачи на субстрат смещающего напряжения постоянного тока или высокой частоты 8 Способ по п 1, отличающийся тем, что угол падения между пучком плазмы и фасеткой лезвия будет не менее 32 градусов 9 Способ по п 1, отличающийся тем, что содержит осаждение слоя аморфного алмаза на первую и вторую грани лезвия во время осуществления осаждения таким образом, что слой аморфного алмаза осаждают на первую и вторую грани лезвия при по существу равной средней скорости осаждения, и приложение начального высокого смещающего напряжения к субстрату (50) во время осаждения и затем, приложение второго более низкого смещающего напряжения к субстрату во время смещения 10 Способ по п 9, отличающийся тем, что материал аморфного алмаза осаждается катодным дуговым разрядом 11 Способ по п 9, отличающийся тем, что образуемое на клинообразной кромке покрытие из аморфного алмаза имеет толщину по меньшей мере в 400 ангстрем 12 Способ по п 11, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап нанесения на покрытую аморфным алмазом режущую кромку плотно прилегающего полимерного покрытия 13 Способ по п 12, отличающийся тем, что тол О (О ю 51619 щина покрытия из аморфного алмаза на режущей кромке равна примерно 2000 ангстрем 14 Бритвенное лезвие, включающее в себя субстрат с клинообразной кромкой, очерченной фасетками, которые имеют ширину, по меньшей мере около 0,1 миллиметра и внутренний угол менее 20 градусов, а также слой аморфного алмаза на клинообразной кромке, отличающееся тем, что указанный слой аморфного алмаза осаждают при помощи источника высокой энергии, причем указанный источник способен осадить частицы углерода, имеющие энергию в интервале от 10 до 200 электронвольт 15 Бритвенное лезвие по п 14, отличающееся тем, что слой аморфного алмазного материала состоит по меньшей мере из 40 процентов связующего на основе sp3 углерода и является прозрачным в зоне видимого света 16 Бритвенное лезвие по п 15, отличающееся тем, что слой аморфного алмаза имеет пространственное отношение больше чем 2 1 17 Бритвенное лезвие по п 16, отличающееся тем, что дополнительно содержит на слое аморфного алмазного материала плотно прилегающее полимерное покрытие 18 Бритвенное лезвие по п 17, отличающееся тем, что толщина покрытия из аморфного алмаза равна примерно 2000 ангстрем 19 Бритвенное лезвие, которое включает в себя субстрат с клинообразной кромкой и слоем аморфного алмазного материала на вершине и боковых поверхностях клинообразной кромки, причем толщина слоя аморфного материала равна по меньшей мере примерно 400 ангстрем от заостренной вершины субстрата на расстоянии сорока микрон от заостренной вершины и этот же материал определяет радиус вершины менее примерно 1000 ангстрем, отличающееся тем, что указанный слой аморфного алмаза осаждают при помощи источника высокой энергии, причем указанный источник способен осадить частицы углерода, имеющие энергию в интервале от 10 до 200 электронвольт 20 Бритвенное лезвие по п 19, отличающееся тем, что субстрат является сталью, что клинообразная кромка образована в результате выполнения последовательности механических шлифующих операций, а аморфный материал образован с помощью катодного дугового разряда 21 Бритвенное лезвие по п 20, отличающееся тем, что слой аморфного алмазного материала имеет как минимум 40 процентов связующего на основе sp3 углерода и дополнительно содержит на слое аморфного алмазного материала плотно прилегающее полимерное покрытие 22 Бритвенный блок, содержащий опорную конструкцию, имеющую расположенные с некоторым интервалом друг от друга соприкасающиеся с кожей поверхности, к опорной конструкции крепится конструкция самого бритвенного лезвия, причем конструкция бритвенного лезвия включает в себя субстрат с клинообразной кромкой и слой аморфного алмаза на клинообразной кромке, при этом клинообразная кромка с образованным на ней покрытием из аморфного алмаза располагается между соприкасающимися с кожей поверхностя ми, отличающееся тем, что указанный слой аморфного алмаза осажден при помощи источника высокой энергии, причем указанный источник способен осадить частицы углерода, имеющие энергию в интервале от 10 до 200 электронвольт 23 Бритвенный блок по п 22, отличающийся тем, что конструкция бритвенного лезвия включает в себя два субстрата, снабженные клинообразными кромками, и что клинообразные кромки располагаются параллельно относительно друг друга между соприкасающимися с кожей поверхностями 24 Бритвенный блок по п 23, отличающийся тем, что слой аморфного алмазного материала имеет более 40 процентов связующего на основе sp3 углерода, что каждое покрытие из аморфного алмаза имеет толщину примерно в 2000 ангстрем и что дополнительно содержит на каждом слое из аморфного алмазного материала плотно прилегающее полимерное покрытие 25 Способ нанесения твердого углеродного покрытия на лезвие, имеющее режущую кромку, ограниченную первой наклонной поверхностью и второй наклонной поверхностью, содержащий следующие этапы (а) приложение дугового разряда на испаряемую углеродную поверхность катода, посредством чего образуется поток плазмы превращенного в пар углерода, (б) ориентирование лезвия, подлежащего покрытию в пределах потока плазмы, при этом осаждение превращенного в пар углерода происходит на режущей кромке лезвия, отличающийся тем, что способ содержит этап представления лезвия относительно потока плазмы таким образом, чтобы осаждение испаренного углерода происходило на первой наклонной поверхности режущей кромки лезвия и на второй наклонной поверхности режущей кромки лезвия, при этом осаждение превращенного в пар углерода на первой и второй наклонных поверхностях режущей кромки происходит примерно с одинаковой средней скоростью осаждения 26 Способ по п 25, отличающийся тем, что лезвие удерживается в стопке, содержащей множество сложенных лезвий, при этом этапы ориентирования лезвия и представление лезвия выполняются одновременно с множеством сложенных таким образом лезвий 27 Способ по п 26, отличающийся тем, что (а) каждое из множества лезвий внутри стопки имеет вершину в точке соединения первой и второй наклонных поверхностей режущей кромки лезвия, а сами лезвия уложены стопкой так, чтобы вершины описывали плоскость, (б) поток плазмы является по существу направленным потоком, разлагаемым приблизительно как набор параллельных линий и (в) этап ориентирования лезвия дополнительно содержит этап расположения лезвия так, чтобы угол, определяемый линией, перпендикулярной к плоскости, и одной из набора приблизительно параллельных линий, находился в диапазоне от 20° до 90° для воздействия потока плазмы на одну из первой и второй наклонных поверхностей режущей кромки лезвия под упомянутым углом 5 51619 28 Способ по п 27, отличающийся тем, что этап тельно параллельных линии, и представления включает в себя этап воздействия (в) этап ориентирования лезвия дополнительно потока плазмы на каждую из первой и второй насодержит этап расположения лезвия таким обраклонных поверхностей режущей кромки лезвия зом, чтобы второй угол, образуемый линией, котопод упомянутым углом рая делит первый угол пополам, и одной из мно29 Способ по п 28, отличающийся тем, что этап жества приблизительно параллельных линий воздействия на каждую из первой и второй нанаходился в диапазоне от 20° до 90°, благодаря клонных поверхностей режущей кромки лезвия чему поток плазмы будет воздействовать на одну дополнительно включает этап передвижения из первой и второй наклонных поверхностей рестопки лезвий и потока плазмы относительно друг жущей кромки лезвия под упомянутым углом друга для осуществления последовательного воз37 Способ по п 36, отличающийся тем, что этап действия потока плазмы на каждую из первой и представления включает в себя этап воздействия второй наклонных поверхностей так, чтобы при потока плазмы на каждую из первой и второй напоследующем воздействии на каждой поверхноклонных поверхностей режущей кромки лезвия сти могло образовываться приращение слоя осапод упомянутым углом ждения 38 Способ по п 37, отличающийся тем, что этап воздействия на каждую, из первой и второй на30 Способ по п 29, отличающийся тем, что приклонных поверхностей режущей кромки лезвия ращение слоя осаждения находится в диапазоне включает в себя дополнительный этап перемещео о ния набора лезвий и потока плазмы относительно от 38 А до 500 А , а этап передвижения повтодруг друга, благодаря чему последовательное ряется до тех пор, пока на каждой из первой и воздействие потока плазмы на каждую из первой и второй наклонных поверхностях режущей кромки второй наклонных поверхностей осуществляется лезвия не будут осаждены два приращения слоя так, что в течение этого последовательного возосаждения действия на каждой из поверхностей образуется 31 Способ по п 28, отличающийся тем, что этап приращение слоя осаждения воздействия на каждую из первой и второй наклонных поверхностей режущей кромки лезвия 39 Способ по п 38, отличающийся тем, что придополнительно включает использование второго ращение слоя осаждения находится в диапазоне средства образования плазмы для образования о о второго потока плазмы превращенного в пар углеот 3 А до 500 А , а этап перемещения повторярода в связи с источником отфильтрованного кается до тех пор, пока на каждой из первой и втотодного дугового разряда для осуществления одрой наклонных поверхностей режущей кромки новременного воздействия на каждую из первой и лезвия не будет образовано по крайней мере два второй наклонных поверхностей потока плазмы приращения слоя осаждения под упомянутым углом, при одновременном обра40 Способ по п 37, отличающийся тем, что этап зовании слоя отложения на каждой из поверхновоздействия на каждую из первой и второй настей клонных поверхностей режущей кромки лезвия дополнительно включает использование второго 32 Способ по п 28, отличающийся тем, что досредства образования плазмы для образования полнительно содержит этап приложения первого второго потока плазмы превращенного в пар углесмещающего напряжения, а затем приложения рода в связи с источником отфильтрованного кавторого смещающего напряжения на лезвие при тодного дугового разряда, для осуществления осаждении превращенного в пар углерода на лезодновременного воздействия потока плазмы на вии каждую из первой и второй наклонных поверхно33 Способ по п 32, отличающийся тем, что перстей под упомянутым углом при одновременном вое смещающее напряжение находится в диапаобразовании слоя осаждения на каждой из позоне от 200 до 2000 вольт, а второе смещающее верхностей напряжение находится в диапазоне от 10 до 2000 вольт 41 Способ по п 37, отличающийся тем, что дополнительно содержит этапы приложения сме34 Способ по п 33, отличающийся тем, что перщающего напряжения, а затем приложение второвое смещающее напряжение подается в течение го смещающего напряжения на лезвие при максимально двух минут осаждении превращенного в пар углерода на лез35 Способ по п 25, отличающийся тем, что лезвии вие удерживается в пределах держателя, содержащего множество лезвий, а этапы ориентирова42 Способ по п 41, отличающийся тем, что перния лезвия и представления лезвия выполняются вое смещающее напряжение находится в диапапо отношению к лезвию в момент его нахождения зоне от 200 до 2000 вольт, а второе смещающее внутри держателя напряжение находится з диапазоне от 10 до 200 вольт 36 Способ по п 35, отличающийся тем, что 43 Способ по п 42, отличающейся тем, что пер(а) каждое из множества лезвий внутри держателя вое смещающее напряжение подается в течение имеет вершину в точке пересечения первой и втомаксимум двух минут рой наклонных поверхностей режущей кромки лезвия и включает первый угол, образуемый вер44 Лезвие, имеющее режущую кромку, огранишиной и первой и второй наклонными поверхноченную первой наклонной поверхностью и второй стями, наклонной поверхностью, причем режущая кромка имеет вершину в точке соединения первой и вто(б) поток плазмы является по существу направрой наклонных поверхностей и включает в себя ленным потоком, разлагаемым в набор приблизи 51619 8 угол, определяемый вершиной и первой и второй наклонными поверхностями, и режущая кромка включает в себя твердое углеродное покрытие, осажденное на первой и второй наклонных поверхностях, при этом покрытие охватывает и вершину, отличающееся тем, что указанный слой аморфного алмаза осаждают при помощи источника высокой энергии, причем указанный источник способен осадить частицы углерода, имеющие энергию в интервале от 10 до 200 электронвольт, а твердое углеродное покрытие имеет первую толщину, измеряемую вертикально по отношению к одной из первой и второй наклонных поверхностей, и это же покрытие имеет вторую толщину, измеряемую вдоль линии, которая делит угол пополам, отношение второй толщины к первой толщине будет равно по крайней мере 2 к 1, при этом твердое углеродное покрытие обладает твердостью по крайней мере в 40 гигапаскалей Настоящее изобретение относится к улучшенным бритвам и бритвенным лезвиям и к способам изготовления бритвенных лезвий или прочих подобных же режущих инструментов с острыми и долговечными режущими кромками, в частности, к образованию на лезвиях аморфного алмазного покрытия с использованием источника отфильтрованной плазмы катодной дуги Изобретение представляет особый интерес и пользу для образования очень твердого и жесткого покрытия с высоким пространственным отношением отдельных его компонентов на очень тонких режущих кромках бритвенных лезвий бомбардировки ионами из ионных источников, оси пучков ионов направлены на кромки бритвенных лезвий В патенте США № 5232568, выданном на имя Парента и др , описываются лезвия, в которых между субстратом и алмазоподобным покрытием расположен промежуточный слой, причем в данном случае промежуточный слой образован на субстрате, а алмазолодобное покрытие затем наносится на этот промежуточный слой Уже известные способы положительного решения упомянутых выше проблем не являются полностью эффективными, и все еще остается желательным просто использовать механические процессы хонингования с целью образования заостренного субстрата (а не использование пучков ионов, как это предложено Бачем и др) с последующим непосредственным осаждением аморфного алмазного покрытия на субстрате (без использования этапа образования промежуточного слоя) Поэтому является желательным иметь возможность начинать с тонкого субстрата лезвия, образованного посредством процесса механического хонингования, с последующим приданием жесткости и твердости субстрату посредством непосредственного образования на субстрате аморфного алмазного покрытия Бритвенное лезвие обычно изготовляют из пригодного для этого субстратного материала, например, из металла или керамики, а режущей кромке придается клинообразная конфигурация с конечной кромкой или вершиной, радиус которой будет меньше примерно 1000 ангстрем, причем клинообразные поверхности имеют внутренний угол менее 30° Поскольку сам процесс бритья является довольно жесткой операцией и кромка лезвия часто получает то или иное повреждение и с учетом желания повысить легкость и эффективность бритья, то для облегчения процесса бритья и/или для повышения твердости и/или стойкости против коррозии режущей кромки лезвия было предложено использовать один или более слоев дополнительного покрывающего поверхность лезвия материала Для использования в качестве покрытия были предложены некоторые материалы, в частности, полимерные материалы и некоторые металлы, а также материалы, включающие в себя алмазоподобный углеродный материал (АПУ) Каждый такой слой или слои дополнительного материала должны иметь адгезионную совместимость, чтобы на протяжении всего срока пользования бритвенным лезвием каждый слой прочно сцеплялся с субстратом, и является желательным, чтобы они способствовали улучшению таких характеристик, как эффективность бритья, повышение прочности и стойкости лезвий против коррозии и в то же время не оказывали никакого отрицательного влияния на геометриюи эффективность работы самой бреющей кромки В патенте США № 5032243, выданном на имя Бач и др , описываются субстратные материалы для лезвий, которые заостряются в результате За прототип предлагаемого изобретения принят способ изготовления бритвенных лезвий, в котором осаждают слой аморфного алмаза на субстрат, при котором образовывают субстрат, образовывают клинообразную заостренную кромку на субстрате, которая имеет внутренний угол менее тридцати градусов и радиус вершины менее 1200 ангстрем (Патент США № 5295305, МПК6 В26В 21/00, публ 22 03 1994 г) За прототип изобретения принято также бритвенное лезвие, включающее в себя субстрат с клинообразной кромкой, очерченной фасетками, которые имеют ширину по меньшей мере около 0,1 миллиметра и внутренний угол менее 20 градусов, а также слой аморфного алмаза на клинообразной кромке (Патент США № 5295305, МПК6 В26В 21 /00, публ 22 03 1994 г) Прототипом заявляемого изобретения есть также бритвенный блок, который содержит опорную конструкцию, имеющую расположенные с некоторым интервалом друг от друга соприкасающиеся с кожей поверхности, к опорной конструкции прикреплена конструкция самого 51619 бритвенного лезвия, причем конструкция бритвенного лезвия включает в себя субстрат с клинообразной кромкой и слой аморфного алмаза на клинообразной кромке, при этом клинообразная кромка с образованным на ней покрытием из аморфного алмаза расположена между соприкасающимися с кожей поверхностями (Патент США №5295305, МПК6 В26В 21/00, публ 22 03 1994 г) За прототип изобретения принят также способ нанесения твердого углеродного покрытия на лезвие, имеющее режущую кромку, ограниченную первой наклонной поверхностью и второй наклонной поверхностью, в котором прикладывают дуговой разряд на испаряемую углеродную поверхность катода, посредством чего образуют поток плазмы превращенного в пар углерода, ориентируют лезвия, подлежащие покрытию, в пределах потока плазмы, при этом осаждают превращенный в пар углерод на режущей кромке лезвия (Патент США № 5295305, МПК6 В26В 21/00, публ 22 03 1994 г) Недостатком известной технологии изготовления бритвенных лезвий, а также нанесения на них покрытия является то, что обе эти технологии не обеспечивают высоких потребительских характеристик лезвий, т к покрытие не отличается равномерностью, а в процессе его нанесения возможно образование макрочастиц материала мишени, прилипание которых на субстрат и дальнейшее их отделение приводит к образованию нежелательных впадин и неровностей на покрытии Недостатком бритвенных лезвий, как и бритвенного блока, есть их недолговечность, низкая прочность и гибкость лезвий Лезвия, кроме того, мало устойчивы к воздействию коррозии В основу изобретения поставлена задача повышения эффективности осуществления способа изготовления бритвенных лезвий путем осуществления процесса многоступенчатого смещения напряжения относительно субстрата, что обеспечивает ионное рассеивание материала покрытия, в ходе которого на первом этапе подачи высокого смещающего напряжения обеспечивается равномерное внедрение ионов покрытия и прочное их сцепление с поверхностью субстрата, а на втором этапе -оптимизация кристаллической структуры полученного покрытия, сопровождающаяся упрочнением структуры, и обуславливающая высокую твердость, гибкость и стойкость бритвенных лезвий В основу изобретения поставлена также задача улучшения потребительских и механических характеристик бритвенного лезвия путем нанесения на субстрат покрытия из аморфного алмаза с использованием усовершенствованного источника высокой энергии, подающего смещающее напряжение в диапазоне 10 - 200 электрон-вольт, что позволяет осуществить оптимизацию кристаллической структуры нанесенного на первом этапе покрытия, сопровождающуюся ее упрочнением, и обуславливающую высокую твердость, гибкость и стойкость бритвенных лезвий В основу изобретения поставлена также задача усовершенствование конструкции бритвенного блока путем составления его из бритвенных лез 10 вий, имеющих покрытие из аморфного алмаза, нанесенного с использованием источника высокой энергии, подающего смещающее напряжение в диапазоне 10 - 200 электрон-вольт, что позволяет осуществить оптимизацию кристаллической структуры нанесенного на первом этапе покрытия, сопровождающуюся ее упрочнением, и обуславливающую высокую твердость, гибкость и стойкость бритвенных лезвий В основу изобретения поставлена также задача повышения эффективности способа нанесения твердого углеродного покрытия на лезвие путем установления оптимального пространственного расположения лезвий относительно потока плазмы для двустороннего воздействия на их поверхности и оптимизации условий нанесения покрытия, что обеспечивает равную скорость осаждения покрытия на обоих сторонах лезвия, обуславливающую равномерность распределения наносимых частиц аморфного алмаза Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления бритвенных лезвий, в котором осаждают слой аморфного алмаза на субстрат, при котором образовывают субстрат, образовывают клинообразную заостренную кромку на субстрате, которая имеет внутренний угол менее тридцати градусов и радиус вершины менее 1200 ангстрем, согласно изобретения, осаждают слой аморфного алмаза на заостренную кромку, прикладывают начальное высокое смещающее напряжение к субстрату во время осаждения и затем прикладывают второе более низкое смещающее напряжение к субстрату во время смещения При этом субстрат шлифуют механическим образом, следуя за операцией хонингования для образования заостренной кромки, дополнительно наносят на покрытую аморфным алмазом режущую кромку плотно прилегающее полимерное покрытие, которое имеет толщину по меньшей мере в 400 ангстрем от заостренной вершины субстрата на протяжении 40 микрон от заостренной вершины В способе используют субстрат, который является металлом, и наносят покрытие из аморфного алмаза, которое по меньшей мере в четыре раза тверже металлического субстрата Слой аморфного алмаза осаждают методом, выбранным из группы, состоящей из отфильтрованного катодного дугового разряда, катодного дугового разряда, анодного дугового разряда, плазменного разложения углеводородных газов, осаждения распылением с постионизацией индуктивно связанной высокой частотой, лазерной абляции, осаждения с использованием абсорбирующей волны лазера и осаждения пучком ионов Слой аморфного алмаза может быть осажден в вакууме или в атмосфере аргона в разреженной камере, в которой установлена графитовая мишень, причем графитовую мишень возбуждают электрическим током, и используют дуговой разряд, который ударяет по мишени для осаждения слоя аморфного алмаза на заостренной кромке в момент подачи на субстрат смещающего напряжения постоянного тока или высокой частоты При осуществлении способа угол падения между пучком плазмы и фасеткой лезвия устанавливают не менее 32 градусов Кроме того, осаждают слой аморфного алмаза 12 11 51619 на первую и вторую грани лезвия во время осущебритвенного лезвия, причем конструкция бритвенствления осаждения таким образом, что слой ного лезвия включает в себя субстрат с клинообаморфного алмаза осаждают на первую и вторую разной кромкой и слой аморфного алмаза на клиграни лезвия при по существу равной средней нообразной кромке, при этом клинообразная скорости осаждения, прикладывают начальное кромка с образованным на ней покрытием из высокое смещающее напряжение к субстрату во аморфного алмаза расположена между соприкавремя осаждения, и затем прикладывают второе сающимися с кожей поверхностями, согласно изоболее низкое смещающее напряжение к субстрату бретения, указанный слой аморфного алмаза во время смещения, причем материал аморфного осажден при помощи источника высокой энергии, алмаза может быть осажден катодным дуговым причем указанный источник способен осадить разрядом На клинообразной кромке может быть частицы углерода, имеющие энергию в интервале образовано покрытие из аморфного алмаза, котоот 10 до 200 электрон-вольт В предлагаемом рое имеет толщину по меньшей мере в 400 ангстбритвенном блоке конструкция бритвенного лезрем, а дополнительно на покрытую аморфным вия включает в себя два субстрата, снабженные алмазом режущую кромку может быть нанесено клинообразными кромками, причем клинообразплотно прилегающее полимерное покрытие, толные кромки расположены параллельно относищина которого равна примерно 2000 ангстрем тельно друг друга между соприкасающимися с кожей поверхностями, а слой аморфного алмаза Поставленная задача достигается также за имеет более 40 процентов связующего на основе счет того, что в бритвенном лезвии, включающее sp3 углерода, каждое покрытие из аморфного алв себя субстрат с клинообразной кромкой, очермаза имеет толщину примерно в 2000 ангстрем и ченной фасетками, которые имеют ширину по дополнительно содержит на каждом слое из меньшей мере около 0,1 миллиметра и внутренаморфного алмаза плотно прилегающее полиний угол менее 20 градусов, а также слой аморфмерное покрытие ного алмазана клинообразной кромке, согласно изобретения, слой аморфного алмаза осажден Поставленная задача достигается также за при помощи источника высокой энергий, причем счет того, что в способе нанесения твердого углеуказанный источник способен осадить частицы родного покрытия на лезвие, имеющее режущую углерода, имеющие энергию в интервале от 10 до кромку, ограниченную первой наклонной поверх200 электрон-вольт При этом слой аморфного ностью и второй наклонной поверхностью, в котоалмазного материала состоит по меньшей мере из ром прикладывают дуговой разряд на испаряемую 40 процентов связующего на основе sp3 углерода, углеродную поверхность катода, посредством чего является прозрачным в зоне видимого света и образуют поток плазмы превращенного в пар угимеет пространственное отношение больше, чем лерода, ориентируют лезвия, подлежащие покры2 1 Бритвенное лезвие дополнительно содержит тию, в пределах потока плазмы, при этом осаждана слое аморфного алмаза плотно прилегающее ют превращенный в пар углерод на режущей полимерное покрытие, толщина которого равна кромке лезвия, согласно изобретения, представпримерно 2000 ангстрем ляют лезвия относительно потока плазмы таким образом, чтобы осаждение испаренного углерода В бритвенном лезвии, которое включает в сепроисходило на первой наклонной поверхности бя субстрат с клинообразной кромкой и слоем режущей кромки лезвия и на второй наклонной аморфного алмаза на вершине и боковых поверхповерхности режущей кромки лезвия, при этом ностях клинообразной кромки, причем толщина осаждение превращенного в пар углерода на перслоя аморфного алмаза равна по меньшей мере вой и второй наклонных поверхностях режущей примерно 400 ангстрем от заостренной вершины кромки производят примерно с одинаковой средсубстрата на расстоянии сорока микрон от заостней скоростью осаждения При осуществлении ренной вершины и этот же материал определяет способа лезвие удерживают в стопке, содержащей радиус вершины менее примерно 1000 ангстрем, множество сложенных лезвий, при этом этапы согласно изобретения, указанный слой аморфного ориентирования лезвия и представление лезвия алмаза осажден при помощи источника высокой выполняют одновременно со множеством сложенэнергии, причем указанный источник способен ных таким образом лезвий, а каждое из множества осадить частицы углерода, имеющие энергию в лезвий имеет вершину в точке соединения первой интервале от 10 до 200 электрон-вольт В этом и второй наклонных поверхностей режущей кромлезвии субстрат является сталью, клинообразная ки лезвия, а сами лезвия укладывают стопкой так, кромка образована в результате выполнения почтобы вершины описывали плоскость, используют следовательности механических шлифующих поток плазмы, который является по существу наопераций, а аморфный алмаз образован с помоправленным потоком, разлагаемым приблизищью катодного дугового разряда, причем слой тельно как набор параллельных линий, и на этапе аморфного алмаза имеет как минимум 40 проценориентирования лезвия располагают их так, чтобы тов связующего на основе sp3 углерода и дополугол, определяемый линией, перпендикулярной к нительно содержит на слое аморфного алмаза плоскости, и одной из набора приблизительно плотно прилегающее полимерное покрытие параллельных линий, находился в диапазоне от Поставленная задача достигается также тем, 20° до 90° для воздействия потока плазмы на одну что в бритвенном блоке, который содержит опориз первой и , второй наклонных поверхностей реную конструкцию, имеющую расположенные с нежущей кромки лезвия под упомянутым углом На которым интервалом друг от друга соприкасаюэтапе представления воздействуют потоком плазщиеся с кожей поверхности, к опорной мы на каждую из первой и второй наклонных поконструкции прикреплена конструкция самого 13 верхностеи режущей кромки лезвия под упомянутым углом, а на этапе воздействия на каждую из первой и второй наклонных поверхностей режущей кромки лезвия передвигают стопки лезвий и потока плазмы относительно друг друга для осуществления последовательного воздействия потока плазмы на каждую из первой и второй наклонных поверхностей так, чтобы при последующем воздействии на каждой поверхности могло образовываться приращение слоя осаждения Приращение слоя осаждения осуществляют в диапазоне от 38А до 500А, а этап передвижения повторяют до тех пор, пока на каждой из первой и второй наклонных поверхностях режущей кромки лезвия не будут осаждены два приращения слоя осаждения Кроме того, на этапе воздействия на каждую из первой и второй наклонных поверхностей режущей кромки лезвия используют второе средство образования плазмы для образования второго потока плазмы превращенного в пар углерода в связи с источником отфильтрованного катодного дугового разряда для осуществления одновременного воздействия на каждую из первой и второй наклонных поверхностей потока плазмы под упомянутым углом, при одновременном образовании слоя отложения на каждой из поверхностей При осуществлении этой технологии дополнительно прикладывают первое смещающее напряжение, а затем прикладывают второе смещающее напряжение на лезвие при осаждении превращенного в пар углерода на лезвии, причем первое смещающее напряжение находится в диапазоне от 200 до 2000 вольт, и второе смещающее напряжение находится в диапазоне от 10 до 2000 вольт, при этом первое смещающее напряжение прикладывают в течение максимально двух минут В заявляемом способе лезвие удерживают в пределах держателя, содержащего множество лезвий, а этапы ориентирования лезвия и представления лезвия выполняют по отношению к лезвию в момент его нахождения внутри держателя, причем каждое из множества лезвий имеет вершину в точке пересечения первой и второй наклонных поверхностей режущей кромки лезвия и включает первый угол, образуемый вершиной и первой и второй наклонными поверхностями, при этом используют поток плазмы, который является по существу направленным потоком, разлагаемым в набор приблизительно параллельных линий, и на этапе ориентирования лезвия располагают лезвия таким образом, чтобы второй угол, образуемый линией, которая делит первый угол пополам, и одной из множества приблизительно параллельных линий находился в диапазоне от 20° до 90°, благодаря чему поток плазмы будет воздействовать на одну из первой и второй наклонных поверхностей режущей кромки лезвия под упомянутым углом На этапе представления воздействуют потоком плазмы на каждую из первой и второй наклонных поверхностей режущей кромки лезвия под упомянутым углом, при этом перемещают набор лезвий и поток плазмы относительно друг друга, благодаря чему последовательное воздействие потока плазмы на каждую из первой и второй наклонных поверхностей осуществляется так, что в течение 51619 14 этого последовательного воздействия на каждой из поверхностей образуется приращение слоя осаждения В способе приращение слоя осаждения осуществляют в диапазоне от 3 А до 500 А, а этап перемещения повторяют до тех пор, пока на каждой из первой и второй наклонных поверхностей режущей кромки лезвия не будет образовано по крайней мере два приращения слоя осаждения На этапе воздействия на каждую из первой и второй наклонных поверхностей режущей кромки лезвия используют второе средство образования плазмы для образования второго потока плазмы превращенного в пар углерода в связи с источником отфильтрованного катодного дугового разряда, для осуществления одновременного воздействия потока плазмы на каждую из первой и второй наклонных поверхностей под упомянутым углом при одновременном образовании слоя осаждения на каждой из поверхностей Кроме того, дополнительно может быть приложено первое смещающее напряжение, а затем второе смещающее напряжение на лезвие при осаждении превращенного в пар углерода на лезвии, при этом первое смещающее напряжение может быть в диапазоне от 200 до 2000 вольт, а второе смещающее напряжение - в диапазоне от 10 до 200 вольт, причем первое смещающее напряжение может подаваться в течение максимум двух минут В данном изобретении режущие кромки бритвенных лезвий имеют улучшенные механические свойства за счет покрытия заостренной кромки субстрата аморфным алмазным материалом Эти материалы могут характеризоваться тем, что они включают в себя по меньшей мере 40% связующего на основе sp 3 углерода, минимальной твердостью в 45 гигапаскалей и минимальным модулем в 400 гигапаскалей Кроме того, эти материалы не поддаются коррозии в присутствии горячих водных растворов и соединений, которые обычно используются в процессе бритья Имеющие эти характеристики материалы будем называть в ходе нижеследующего описания настоящего изобретения аморфным алмазом В противоположность аморфному алмазу по этому изобретению, традиционные алмазоподобные углеродные покрытия (АПУ), образуемые такими традиционными способами, как распыление, не обладают упомянутой высокой твердостью В отличие от аморфного алмаза, который раскрывается в описании настоящего изобретения, твердость образованного с применением алмазоподобного углерода покрытия обычно не превышает 30 гигапаскалей Исключительно высокая твердость и жесткость образованного специальным осаждением аморфного алмаза покрытия может обеспечить необходимую прочность очень тонкой кромке бритвенного лезвия В патенте США № 4720918, выданном на имя Карри и др , описываются режущие кромки этого типа, они включены в настоящее описание в качестве примера и вовсе не ограничивают объем формулы изобретения Очень тонкая режущая кромка лезвия может гарантировать повышенный комфорт самого процесса бритья, но практически только в том случае, 16 15 51619 если сама кромка является достаточно прочной, настоящему изобретению чтобы выдержать процесс бритья Тонкая кромка, Фиг ЗА - перспективный вид блока канала и включая, но не ограничиваясь описанной в патенмагнитов по настоящему изобретению те США № 4720918, прочность которой повышаФиг4А - вертикальный разрез с торца блока лась за счет использования аморфного алмаза канала по настоящему изобретению размером от 400 до 2000 ангстрем, содержит Фиг5А- боковой вертикальный разрез блока окончательно отделанную кромку, которая будет канала по настоящему изобретению значительно тоньше кромок, которые используютФигбА- вид с торца с частичным вырывом, ся в настоящее время для бритья, в сочетании с иллюстрирующий линии магнитного поля и зеркадостаточно высокой прочностью, чтобы выдержило магнитного поля по настоящему изобретению в вать процесс бритья, причем это гарантируется связи с блоком канала и его магнитами необычной прочностью аморфного алмазного поВ следующем ниже описании изобретения букрытия дут детально проанализированы особенности и свойства различных предпочтительных вариантов Еще одно положительное свойство тонкой лезвия, субстрата и покрытия из аморфного алмакромки обусловлено большим пространственным за с последующим описанием способа образоваотношением, которое достигается с помощью спения желаемого покрытия цифического процесса осаждения с использованием катодной дуги, который используется в наПоказанный на Фиг 1 бритвенный блок 10 стоящем изобретении для образования аморфных включает в себя конструкцию для крепления к алмазных покрытий Термин "пространственное ручке бритвенного прибора, а платформа 12, ототношение" поясним со ссылкой на фигЗ чертеформованная из ударопрочного полистирола, жей, а более детально остановимся на нем ниже в включает в себя конструкцию, определяющую ходе детального описания предпочтительного контур передней поперечно удлиняющейся и вховарианта изобретения, однако уже на этом этапе дящей во взаимодействие с кожей поверхности будет достаточно сказать, что под этим отноше14 На платформе 12 установлены переднее лезнием имеется в виду отношение (а) к (Ь) на фиг 3, вие 16с заостренной кромкой 18 и заднее лезвие где (а) является первым расстоянием от кончика 20 с заостренной кромкой 22 Колпачок 24, отпокрытия до кончика субстрата, а (Ь) является формованный из ударопрочного полистирола, вторым расстоянием от поверхности покрытия до снабжен конструкцией, которая определяет контур кончика субстрата взаимодействующей с кожей поверхности 26, которая расположена позади кромки лезвия 22, а к Это пространственное отношение является элементу колпачка 24 крепится способствующий хорошим критерием влияния покрытия на геометбритью композиционный материал 28 рию нижележащей кромки лезвия субстрата - чем больше или выше пространственное отношение покрытия, тем "острее" будет покрытое лезвие по сравнению с лезвием, покрытым при более низком пространственном отношении В качестве дополнительного следствия экстраординарной прочности покрытий из аморфного алмаза по настоящему изобретению будет уверенность в том, что образование такого покрытия на бритвенном лезвии нормального поперечного сечения гарантирует более длинный срок работы самого лезвия Изобретение поясняется чертежами, на которых Фиг 1 - перспективный вид бритвенного прибора по настоящему изобретению Фиг 2 - перспективный вид другого варианта бритвенного прибора по настоящему изобретению ФигЗ - схематическое изображение одного из вариантов геометрии кромки бритвенного лезвия по изобретению Фиг 4 - схематическое изображение устройства для практической реализации сути изобретения Фиг1А - 6А - иллюстрации из одновременной рассматриваемой заявки на патент США № 08/233006, которая описывается в Приложении А При этом Фиг 1А - схематическое изображение отфильтрованного дугового разряда в вакууме по известному уровню техники с использованием круглого катода и цилиндрического канала для плазмы Фиг2А - схематическое изображение источника плазмы отфильтрованного дугового разряда по Показанный на Фиг 2 бритвенный блок 30 относится к типу, который детально -описан в патенте США № 4586255, выданном на имя Якобсона, и который включает в себя отформованный корпус 32 вместе с передней частью 34 и задней частью 36 В корпусе 32 упруго установлены предохранительный элемент 38, блок переднего лезвия 40 и блок заднего лезвия 42 Каждый из блоков лезвий 40 и 42 включает в себя элемент лезвия 44, снабженный заостренной кромкой 46 Способствующий бритью композиционный материал 48 фрикционно закреплен на выемке в задней части 36 На ФигЗ показан схематический вид кромочных зон лезвий 16, 20 и 44, здесь же хорошо проиллюстрировано пространственное отношение отдельных компонентов Лезвие включает в себя субстрат 50 из нержавеющей стали с клинообразной заостренной кромкой, образованной в результате выполнения ряда операций хонингования по образованию кромки с одновременным образованием вершины 52, радиус которой обычно будет меньше 500 ангстрем, вместе с фасетками 54 и 56, которые расходятся под углом примерно в 13° На вершине 52 и на фасетках 54 и 56 образуется слой аморфного алмаза 60 толщиной примерно 2000 ангстрем и с пространственным отношением (отношение на расстоянии (а) от вершины 70 аморфного алмаза до вершины 52 из нержавеющей стали и ширины (Ь) покрытия из аморфного алмаза 60 до вершины 52) примерно 3 1 На слой 60 аморфного алмаза нанесен плотно прилегающий теломерный слой 72, который имеет вполне достаточную толщину, но которая уже по 18 17 51619 еле первого бритья уменьшается до толщины моподачи постоянного тока 118 через переключанослоя тель 120 Для соединения стопки 88 лезвий через переключатель 122 с источником подачи постоянНа Фиг 4 схематически показано устройство ного тока 124 или через переключатель 126 с исдля обработки бритвенных лезвий показанного на точником подачи высокой частоты 128 используФигЗ типа Это устройство включает в себя сисется электромонтажная проводка тему осаждения с использованием отфильтрованной катодной дуги, например, система, которую Более детальная информация о предпочтивыпускает фирма "Вапор текнолоджиз оф Баултельном варианте устройства для отфильтровандер" из Колорадо, и которая снабжена камерой 80 ной катодной дуги и о принципах его работы прииз нержавеющей стали, соединенной через клаводится в уже упоминавшейся и одновременно пан 82 с системой вакуумного насоса (не показарассматриваемой заявке на патент США № на) В камере 80 установлена изолированная в 08/233006 на имя Велти электрическом плане и охлаждаемая водой платВращаемое зажимное приспособление 86 форма 84 субстрата, на которой установлено заобеспечивает надежную опору для стопки лезвий жимное приспособление 86 с возможностью его 88, причем кромки лезвий находятся на расстоявращения для удерживания стопки бритвенных нии 15 см от входа в канал фильтра Стопка лезлезвий 88 вий 88 вращается между позицией, где наклонная поверхность обращена в сторону канала источниЗаостренные кромки выравнены перпендикука катодной дуги 92, и идентичной позицией, где лярно относительно плоскости чертежа и обращепротивоположная наклонная поверхность обраны лицом вниз от зажимного приспособления 86 щена в сторону канала источника катодной дуги Прикрепленный к внешней стороне камеры 80 92 Упомянутое вращение на 180 градусов осущеэлектромотор 90 обеспечивает вращение стопки ствляется через каждые 10 секунд, обеспечивая бритвенных лезвий на 180° с заданными интерватем самым равномерное покрытие наклонных полами с целью поочередной обработки каждой верхностей кромки лезвия пучком ионов углерода из одиночного источника 92 катодной дуги, что и обеспечиПо одному из вариантов способа обработки вает равномерное осаждение на обеих наклонных стопка лезвий 88 (длина равна 2,5) закрепляется поверхностях лезвия на вращаемом зажимном приспособлении 86, после чего включается система водяного охлаждеВ камере 80 также установлено два источника ния зажимного приспособления и происходит ва92, 94 отфильтрованной катодной дуги, каждый из куумирование , камеры 80 Давление в камере 80 которых содержит графитовую мишень 96 (катод с регулируется до 50 миллиторр (6,65Па) с помочистотой в 99,99%), ударяющий механизм 98 и щью потока аргона Затем замыкаем переключафильтр или трубка 100 Функция фильтра 100 затель 122, чтобы обеспечить подачу напряжения в ключается в направлении потока ионов углерода 400 вольт постоянного тока на стопку лезвий с (плазма дугового разряда) от мишени (катода) 96 последующим образованием разряда плазмы пов сторону стопки 88 лезвий, для чего используютстоянного тока, в котором в течение 10 минут прося соленоидные электромагнитные поля, обраисходит очистка лезвий После завершения этапа зуемые электрическими обмотками 102 вдоль очистки происходит следующее (1) давление в всей длины фильтра и электромагнитом 104, ускамере регулируется до 0,1 миллиторра (0,013Па) тановленным под фильтром В качестве источника аргона, (2) происходит возбуждение током обмокатодной дуги можно использовать уже описанный ток возбуждения 102 относительно источника кавыше тип такого источника, а образование электодной дуги 92, (3) происходит замыкание перетромагнитных полей можно регулировать с таким ключателя 120 на графитовую мишень 96, (4) расчетом, чтобы оптимизировать эффективность напряжение источника подачи постоянного тока дуги относительно источников, причем все это уже 124 для лезвий регулируется до 1000 вольт подетально описано в одновременно рассматриваестоянного тока и (5) с помощью механизма 98 мой заявке на патент США № 08/233006, поданной происходит зажигание/срабатывание дуги на гра25 апреля 1994 г и принадлежащей Велти, дефитовой мишени 96 Сила тока дуги устанавливатальное описание упомянутой заявки приводится ется на уровне 100А Интенсивный поток плазмы в Приложении А Для мишени 96, канала источниионов углерода выходит из канала источника кака катодной дуги 92 и зажимного приспособления тодной дуги 92 и осаждается на стопке лезвий 88, (опоры) 86 для лезвий используются линии подачи которые каждые 10 секунд поворачиваются на охлаждающей воды 106, 108 и 110, соответствен180° но Канал источника катодной дуги направлен так, что образуется угол в 40 градусов между плоскостью 112, представленной вершинами лезвия, и центральной осью 114 выхода канала источника катодной дуги Такой угол выбран с расчетом, что он будет гарантировать образование полностью плотного покрытия Графитовая мишень 96 имеет приблизительно 30 сантиметров в длину и 2,5 сантиметра в ширину, причем мишень в электрическом плане изолирована от камеры 80, тогда как фильтр 100 расположен на потенциале земли Графитовая мишень 96 соединяется с источником По истечении двухминутной работы дуги источник подачи постоянного тока 124 устанавливается на 50 вольт, а процесс осаждения продолжается в общей сложности в течение 16 минут В результате на каждой фасетке образуется покрытие из аморфного алмаза толщиной примерно 1000 ангстрем Радиус вершины лезвия будет равен приблизительно 350 ангстрем, а пространственное отношение будет равно примерно 2,5 1 По другому варианту способа обработки происходит одновременное срабатывание двух источников катодной дуги, причем второй источник 20 19 51619 94 устанавливается напротив первого источника тодного дугового разряда 92, чтобы обе фасетки лезвия покрывались одноРежим процесса обработки и регулировки временно и примерно под одним и тем же углом Основными режимами процесса обработки являпадения В данном варианте стопка лезвий 88 не ются многоступенчатое смещение напряжения вращается, а скорее проходит через зону, где относительно субстрата, образование одинаковопроисходит выход плазмы из точки пересечения го среднего осаждения на обеих сторонах лезвия двух источников Все прочие аспекты последоваи особое внимание углу представления тельности обработки будут идентичны уже опиПервоначальное высокое смещающее напрясанным выше жение в диапазоне от 200 до 2000 вольт подается на субстрат в течение осаждения максимально на Теперь на покрытые слоем аморфного алмаза две минуты, чтобы образовать соответствующее кромки лезвий наносится покрытие -теломерный сцепление Затем для оптимизации структуры слой 72 из политетрафторэтиленового (ПТФЭ) твердого углеродного покрытия с использованием теломера Этот процесс включает в себя этап нааморфных алмазов и для образования желаемой гревания лезвий в нейтральной атмосфере аргона кристаллической структуры осуществляется втои этап образования на режущих кромках лезвий рая подача более низкого смещающего напряжеплотно прилегающего и уменьшающего трение ния в диапазоне 10 - 200 вольт Хотя в соответстполимерного покрытия из твердого ПТФЭ Теловии с изобретением является желательным по мерный слой 72 и слой аморфного алмаза 60 наменьшей мере две упомянутые стадии, однако дежно и прочно прилипают к корпусу лезвия (субможет также оказаться предпочтительным выполстрату) 50, образуют низкую силу режущего нение дополнительного дифференциального поустройства влажного шерстяного фетра (самый нижения смещающего напряжения, например, низкий из 5 первых срезов влажного шерстяного посредством добавления промежуточного этапа фетра (L5) образует усилие примерно в 0,45кг) и подачи смещающего напряжения в 500 вольт выдерживают многократные повторные применения усилий режущего инструмента шерстяного Осаждение аморфного алмаза осуществляетфетра, что указывает на то, что на слой аморфнося при одинаковой средней скорости (или одного алмаза 60 практически не оказывают никакого временно) на обеих сторонах лезвия За счет усотрицательного влияния жесткие условия проветановки по меньшей мере двух источников для дения испытания по разрезанию фетра, и что эти одновременного осаждения и/или циклического покрытия сохраняют свое прочное сцепление с изменения угла представления лезвия, установсубстратом 50 даже после его погружения в дисленного относительно источника осаждения, гатиллированную воду с температурой 80°С на 16 рантируется равномерное образование покрычасов вающего слоя или одинаковая скорость осаждения покрытия на обеих сторонах лезвия В Полученные таким образом лезвия 44 устасвете того факта, что каждое лезвие имеет режунавливали в блоках 30 показанного на Фиг 2 типа, щую кромку, ограниченную первой наклонной поони гарантируют отличные результаты бритья верхностью и второй наклонной поверхностью, Более детальное описание соответствующего доходящих до вершины в точке соединения наспособа изготовления и обработки поможет лучше клонных поверхностей, и что множество лезвий понять уже кратко упомянутые выше свойства и признаки самих лезвий, субстратов и покрытий из может располагаться в виде стопки лезвий, аморфного алмаза Прежде всего остановимся на представляющей плоскую поверхность, образодетальном описании предпочтительных источниванную вершинами, или ков катодной дуги Затем детально опишем разможет располагаться в виде карусели или каличные предпочтительные режимы самого проким-либо иным образом, то концепция образовацесса обработки ния слоистого покрытия включает в себя либо (1) использование по меньшей мере двух источников, Источник катодной дуги Осаждение покрытия чтобы гарантировать одинаковую скорость осажиз аморфного алмаза можно осуществлять с исдения на обеих сторонах режущей кромки, или (2) пользованием обычного источника отфильтрованиспользование движения комплекта лезвий (в виной плазмы катодного дугового разряда, наприде стопки или уложенных каруселью) относительмер, того, который описан в патенте США № но одиночного источника (циклическое чередова5279723, выданном на имя Фалабелла и др И тем ние представления лезвий относительно не менее, по предпочтительному варианту осажисточника, например, путем переворачивания дение покрытия осуществляется в соответствии с стопки или вращения карусельного устройства или уже упоминавшейся одновременно рассматрис помощью какого-либо другого последовательноваемой заявкой, описание которой прилагается к го представления), чтобы покрытие образовыванастоящей заявке в виде Приложения А Хотя лось на обеих сторонах режущей кромки каждого прямоугольный источник по Приложению А осолезвия с примерно одинаковой скоростью в течебенно пригоден для практической реализации сути ние всего периода работы источника настоящего изобретения, однако изобретение вовсе не ограничивается использованием только Другими словами, чтобы образовать покрытие такого источника Следует иметь в виду, что изотолщиной в 1000 ангстрем, следует иметь в виду, бретение предусматривает возможность испольчто предпочтительный способ по изобретению не зования неотфильтрованного или другого обычнопредусматривает осаждение всех 1000 ангстрем го источника, а также то, что настоящее на первой стороне с последующим осаждением изобретение вовсе не ограничивается использовсех 1000 ангстрем на второй стороне стопки лезванием только источников отфильтрованного кавий, а фактически он предусматривает, (1) одно 22 21 51619 временное осаждение покрытия на обеих стороаморфных алмазов ставит эти лезвия на порядок нах, или (2) циклическое чередование в диапазоне выше перед всеми остальными от 3 до 500 ангстрем на первой стороне, а затем ПРИЛОЖЕНИЕ А от 3 до 500 ангстрем на второй стороне, подобное ПРЯМОУГОЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ВАКУУМ чередование продолжается до тех пор, пока на ПЛАЗМА ДУГОВОГО РАЗРЯДА Изобретение отобеих сторонах режущей кромки каждого лезвия носится к испарению дугового разряда в вакууме, не будет образовано покрытие толщиной в 1000 а в более узком, смысле относится к испарению в ангстрем или какой-либо иной желаемой толщиотфильтрованном катодном дуговом разряде пряны Хотя все сказанное выше относится к предмоугольного планарного катода, установленного в почтительному варианту способа по изобретению, прямоугольном канале плазмы Этот прямоугольоднако изобретение вовсе не ограничивается ный источник можно удлинить в длину бесконечно, этим способом и допускает несбалансированное благодаря чему изобретение будет особенно поили неровное образование покрывающего слоя лезным для образования покрытия или для внедрения ионов в длинный или большой субстрат Следует иметь в виду, что определенный интерес имеет угол представления В режиме низкоНастоящее изобретение реализует преимуго давления (высокий вакуум) образуется исклющества отфильтрованного катодного дугового чительно направленный поток плазмы разряда (поток полностью ионизированного пара, ионизированного углерода Лезвия представлены устранение разбрызганных капель) в сочетании с под каким-то углом, измеренным от линии, перпреимуществами прямоугольного источника (равпендикулярной плоскости, образованной вершиномерное испарение из источника и равномерное нами сложенных стопкой лезвий (или измеренный осаждение на субстрате с использованием линейот линии, которая делит пополам угол, образуеного движения), чтобы в конечном итоге добиться мый вершиной и первой и второй наклонными равномерного образования покрытия или внедреповерхностями режущей кромки не уложенного ния на поверхность большого субстрата с министопкой лезвия), этот угол будет больше 20°, но мальным заг- 1 рязнением субстрата каплями меньше 90° Этот угол представления предназнарасплавленного исходного материала чен для направления потока плазмы точно напроПримерно в течение последних 10 лет испатив одной или другой стороны режущих кромок рение дугового разряда в вакууме нашло широкое лезвий практическое применение для осаждения различных металлов, сплавов и металлических соединеХорошо известно, что способ осаждения по ний с конечным образованием нужного покрытия изобретению может осуществляться как с испольна субстрате, подлежащем покрытию Дуговые зованием, так и без использования технологичеразряды в вакууме также широко используют в ского газа, например, аргона, чистка камеры мокачестве источников ионов в таких областях, как жет осуществляться с помощью тлеющего внедрение ионов, для образования ускорителей разряда высокой частоты или постоянного тока, пучка и в ракетном двигателе подача смещающего напряжения на субстрат может осуществляться за счет использования источСпособ испарения дугового разряда в вакууме ников постоянного тока или высокой частоты (это с целью образования покрытия или внедрения в смещающее напряжение можно использовать для субстрат включает в себя этап использования капридания вершине лезвия нужной формы) тодной мишени, содержащей материал, который предназначен для осаждения, и субстрата, на коСледует также иметь в виду, что настоящее тором I необходимо будет образовать покрытие изобретение допускает упрочнение тонких лезвий Мишень испаряется под воздействием дугового при одновременном сохранении присущей им остразряда плазмы низкого напряжения и высокой роты (те придание тонким лезвиям необходимой силы тока в вакуумной камере, из которой откачен прочности и жесткости без ухудшения степени воздух до образования здесь давления обычно остроты и режущих способностей вершины) Если менее 0,001 мбар (0,1 Па) Предназначенные для по известному способу обычные бритвенные лезпокрытия или для внедрения в них ионов субстравия можно покрывать слоем толщиной примерно в ты обычно размещаются в вакуумной камере так, 100 - 350 ангстрем, то способ по настоящему изочтобы они были обращены в сторону испаряемой бретению дает возможность образовывать покрыповерхности мишени и находились от нее на растие из аморфного алмаза толщиной максимально стоянии примерно 10 - 100 см Ток дугового раздо 3000 ангстрем (толщина образованного на поряда обычно находится в диапазоне между 25 и верхности лезвия слоя, измеренная от вершины), 1000 амперами, а напряжение колеблется между а на самой вершине толщина этого слоя может 15 и 50 вольтами достигать 5000 ангстрем Как уже отмечали выше, все это вполне достижимо при одновременном Дуговой плазменный разряд проводит элексохранении высокого пространственного отношетрический ток между катодом и анодом через ния плазму, образованную в результате испарения и Следует также иметь в виду, что предназначенные для обработки покрытием бритвенные лезвия по способу по этому изобретению обычно будут тоньше по сравнению с обычными бритвенными лезвиями и острее, способ по изобретению допускает пространственные отношения порядка 2 1 и даже выше, а в сочетании с образованием на этих лезвиях исключительно прочного покрытия из ионизации материала мишени с помощью дугового разряда Катод (отрицательный электрод) представляет собой изолированную в электрическом плане исходную структуру, которая, по меньшей мере частично, расходуется в течение осуществления этого процесса Расходуемая часть называется "мишенью" и довольно часто изготавливается в виде заменяемого элемента, 24 23 51619 который крепится к охлажденному нерасходуемоля, если учитывать электронный ток, образуемый му элементу, называемому телом катода Анод катодом Этот феномен обусловлен сложными (положительный элемент) может быть представдинамическими эффектами внутри струи дугового лен электроизолированной структурой внутри варазряда, о чем широко известно всем специаликуумной камеры или же может быть представлен стам в данной области самой вакуумной камерой, в процессе выполнения Нежелательным побочным эффектом испарезаданной процедуры он не расходуется ния материала мишени в активном пятне разряда является образование капель расплавленного Дуга загорается на испаряемой поверхности материала мишени, которые выливаются из микатодной мишени, для чего обычно используется шени под воздействием сил реакции, образуюсредство механического контакта, искра высокого щихся в результате расширения струи пара Эти напряжения или лазерное облучение Выходящий капельки обычно называют макрочастицами, а их дуговой плазменный разряд локализуется с высодиаметр колеблется от менее микрона до десяткой степенью точности в одном или более моков микрон Эти макрочастицы могут внедряться в бильных активных пятен дугового разряда на пообразуемое покрытие, если они попадают на субверхности катодной мишени, однако, на аноде он страт, на котором предполагается образовать пораспределяется по большой площади Исключикрытие, что в конечном итоге приводит к образотельно высокая плотность тока в активном пятне ванию нежелательных неровностей, или же эти дугового разряда на катоде, которая по некоторым макрочастицы могут прилипать к субстрату, а оценкам достигает 10 - 10ампер/см2, имеет своим позднее отделяться от него, что в конечном итоге конечным результатом образование локального также приводит к образованию нежелательных нагревания, испарения и ионизации исходного впадин на самом покрытии материала катода Каждое активное пятно дугового разряда выпускает струю плазмы в направлении, приблизительно перпендикулярном поверхности катодной мишени, образуя тем самым светящийся шлейф, простирающийся в зону между катодом и анодом Предназначенный для покрытия или образования в нем внедрений субстрат располагается между или около катода и анода За счет приложения напряжения пар катодного материала ускоряется по направлению к поверхности субстрата и конденсируется на или внедряется в поверхность субстрата В процессе испарения в вакуумную камеру можно вводить реактивные газы, конечным результатом чего будет образование соединений материала, включающих в себя материал мишени, реактивный газ и/или материал субстрата В случае понижения силы тока дугового разряда ниже примерно 70 - 100 ампер и в зависимости от материала мишени на поверхности исходного катодного материала образуется и существует только одиночное активное пятно дугового разряда При более высоких уровнях силы тока дугового разряда на поверхности мишени могут существовать многочисленные активные пятна дугового разряда, каждое из которых несет в себе равную долю суммарного тока дугового разряда При отсутствии воздействия магнитных полей пятно дугового разряда стремится к произвольному движению по поверхности мишени, оставляя на поверхности мишени микроскопические кратерообразные следы Воздействие магнитного поля с внешней стороны инициирует возникновение силы в струе дугового разряда в направлении, перпендикулярном как линиям поля, так и струе, и может оказывать доминирующее влияние на среднее крупномасштабное движение пятна дугового разряда, хотя мелкомасштабное движение дугового разряда остается полупроизвольным Направление движения активного пятна дугового разряда в магнитном поле будет противоположным или "обратным" относительно направления вектора J х В, чего можно было ожидать, исходя из уравнения Максвелла для вихря напряженности магнитного по Для уменьшения количества внедренных в покрытие на субстрате макрочастиц были предложены различные способы Все известные до сих пор способы уменьшения количества таких макрочастиц можно подразделить на две основные категории (1) первая категория предусматривает использование какой-то формы магнитного поля для регулирования и ускорения дугового разряда с целью уменьшения интенсивности образования макрочастиц и (2) вторая категория предусматривает использование фильтрующего устройства между источником катода и субстратом, чтобы направлять ионизированную долю выхода катода на субстрат, но блокировать расплавленные капельки Магнитные способы по первой категории обычно будут проще и легче для исполнения, чем фильтрующие способы, однако и в этом случае проблема образования макрочастиц полностью не устраняется Фильтрующие способы во второй категории обычно будут более эффективными в смысле удаления макрочастиц по сравнению с магнитными способами, однако для их реализации требуется довольно сложное оборудование и при этом значительно уменьшается производительность или отдача источника Использование фильтрующих способов неизбежно связано с установкой субстрата вне линии прямой видимости поверхности катодной мишени, чтобы испускаемые из мишени макрочастицы не попадали непосредственно на субстрат Между катодом и субстратом располагается под определенным углом фильтрующий канал, чтобы можно было подавать плазму непосредственно к субстрату Чтобы достигнуть субстрата, заряженная плазма из источника катода отклоняется электромагнитным образом внутрь фильтрующего канала на угол 45 - 180°, чтобы она могла пройти через изгиб в фильтрующем канале и удариться о субстрат Незаряженные макрочастицы не отклоняются электромагнитным образом, а продолжают свое движение, и в конечном итоге ударяются о 26 25 51619 стенки фильтрующего канала, так что в идеальрических катодов приводятся в патентах США ном случае макрочастицы просто не достигают №№ 4609564 и 4859489, выданных на имя Пинксубстрата Однако, на практике отскакивание макхасов, 5037522, выданном на имя Вергасона, и рочастиц от стенок фильтрующего канала и/или 5269898, выданном на имя Велти, во всех этих захват небольших частиц в плазме могут иметь патентах описывается способ использования удсвоим конечным результатом передачу какой-то линенного катода в форме цилиндра или стержня части макрочастиц через фильтрующий канал и их и способ использования собственного магнитного попадание на субстрат поля тока дугового разряда с целью принудительного перемещения дугового разряда по всей длиПредварительно отфильтрованные катодные не катода В патенте Велти описывается способ дуговые разряды были тесно связаны с использоуменьшения интенсивности образования макрованием круглой или цилиндрической геометрии частиц за счет использования дополнительного катода и фильтра, что обычно ограничивало их аксиального компонента магнитного поля для успотенциальное применение небольшими субстракорения и регулирования движения дугового разтами или субстратами специфической формы ряда Примеры уже известных способов и устройств для испарения дугового разряда приводятся в В патенте США № 4492845, выданном на имя ряде патентов США, в том числе и в патенте США Ключко и др , описывается устройство для испа№ 484582, выданном на имя Эдисона и в котором рения дугового разряда, которое использует кругописывается использование испарения дугового лый катод, и в котором испаряемая поверхность разряда под вакуумом с целью образования на катода является его внешней стенкой, обращенсубстрате нужного покрытия, в патенте США № ной в сторону цилиндрического анода большего 2972695, выданном на имя Врое, описывается диаметра и большей длины, чем у катода Предустройство для испарения дугового разряда под назначенные для покрытия субстраты располагавакуумом с использованием магнитной стабилиются внутри кольцевого катода, не обращенного в зации, в патентах США № 3625848 и № 3836451, сторону испаряемой поверхности, и покрываются которые выданы на имя Снепера, описывается ионизированным материалом, отраженным назад устройство для испарения дугового разряда со электромагнитным полем на анод Коаксиальное специфическими конфигурациями электрода, а магнитное поле используется для усиления отратакже использование магнитного поля для повыжения от анода Испускаемые с поверхности катошения скорости испарения и направления ионов да макрочастицы не отражаются электрическим на субстрат, в патентах США №№ 3783231 и образом анодом (хотя они могут отскакивать от 3793179, выданных на имя Саблев и др , описынего механическим образом) В результате происваются специфические конфигурации электродов ходит уменьшение интенсивности внедрения в и экранов, а также описывается способ использопокрытие самих макрочастиц вания магнитного поля, которое становится активВ выполненных Аксеновым/Аксеновым, Фаланым всякий раз, когда активное пятно дугового беллой и Сандерсом работах прослеживаются разряда покидает желаемую поверхность испареявные усилия на уменьшение количества макрония исходного материала катода частиц, внедренных в покрытие на субстрате, за счет использования какой-то формы фильтрующеПримеры катодных дуговых разрядов, ограниго устройства между источником катода и субченных пределами круглых или рейстрековых стратом, чтобы иметь возможность передавать траекторий движения на катоде, описаны и проилзаряженную ионизированную долю выхода катода люстрированы в патенте США № 4724058, выдани блокировать незаряженные макрочастицы ном на имя Моррисона, № 4673477, выданном на имя Рамалингама и др , № 4849088, выданном на В публикации Аксенова и др ("Транспортировимя Велтропа и др В каждом из упомянутых выше ка плазменных потоков в криволинейной системе патентов описывается устройство для испарения плазма-оптика", журнал "Физика плазмы", СССР, дугового разряда, использующее изогнутое маг4(4), 1978) описывается использование цилиндринитное поле в форме замкнутого туннеля в виде ческого канала для плазмы, содержащего изгиб в петли, которая ограничивает активное пятно дуго90°, с электромагнитными катушками для образового разряда замкнутой петлевой рейстрековой вания в канале соленоидного магнитного поля, и с траекторией в неподвижной или подвижной точке круглым катодом для испарения дугового разряда на поверхности катода Ограничение и ускорение на одном конце канала и с субстратом на другом дугового разряда магнитным полем будет уменьВыпускаемая катодом плазма отражается от стешать интенсивность образования макрочастиц в нок канала благодаря наличию здесь магнитных и результате дугового разряда Средства, необхоэлектрических полей и передается вдоль магнитдимые для образования такого магнитного поля, ного поля по каналу к субстрату, тогда как незаряхорошо известны всем специалистам в области женные макрочастицы не отражаются магнитными распыления с помощью планарного магнетрона и электрическими полями и улавливаются стенкаТакже хорошо известно, что средства образовами канала ния электромагнитного поля дугового разряда пеВ патенте США № 5279723, выданном на имя ремещаются либо механическим образом, как это Фалабелла и др , описывается устройство, по суиспользуется в патентах Рамалингама и др и ществу идентичное оригинальному фильтру АксеВелтропа и др , либо с помощью нескольких элекнова, и в котором используется цилиндрический тромагнитов, как это используется в патенте Морканал с изгибом в 45°, круглый или конусообразрисона ный катод и анод, причем некоторые компоненты этого устройства получили дальнейшее соверПримеры использования удлиненных цилинд 28 27 51619 шенствование, например, используется более тов на линейном конвейере или круглой карусели совершенная форма катода и улучшена конструкДальнейшее совершенствование прямоугольных ция направляющих перегородок, что помогло планарных распыляющих катодов магнетронного уменьшить передачу макрочастиц типа в 70-х годах привело к широкой коммерциализации самой идеи распыления для образования В патенте США № 4452686, выданном на имя покрытия на субстратах (см , например, патенты Аксенова и др , описывается прямой цилиндричеСША № 4865708 и 4892633, выданные на имя ский фильтрующий канал без изгиба, круглый каВелти, и в которых описываются распыляющие тод, расположенный на одном конце канала, элеккатоды магнетронного типа) тромагнитные катушки для образования в канале соленоидного магнитного поля, и с дополнительИсточники отфильтрованного катодного дугоным электродом, расположенным по центру канавого разряда имеют то преимущество, что в данла, который блокирует непосредственно наблюном случае будет полностью ионизирован поток дение за осаждением с катода на субстрат пара катодного материала, испускаемый из источВыходящая из катода плазма отклоняется магнитника, в противоположность не основанным на исными и электрическими полями у стенки канала и пользовании дугового разряда способам осаждеоколо центрального электрода и передается ния, например, испарением или распылением вдоль магнитного поля через канал и вокруг ценПолностью ионизированный поток пара из прямотрального электрода Незаряженные макрочастиугольного источника дает возможность осуществцы не отклоняются магнитными или электричелять более полное регулирование энергии атомов, скими полями и перехватываются или которые достигают субстрат с целью образования задерживаются центральным электродом на нем требуемого покрытия или внедрения в него соответствующих макрочастиц, а также будет поВ патенте США № 5282944, выданном на имя вышать реактивность пара в процессе образоваСандерса и др , описывается устройство, чем-то ния соединений с реактивными газами в системе напоминающее устройство по патенту США № или непосредственно с субстратом 4452686 на имя Аксенова, в котором используется прямой цилиндрический фильтрующий канал и Настоящее изобретение реализует все прецентральный экран, который исключает возможимущества отфильтрованного катодного дугового ность непосредственного достижения макрочасразряда (полностью ионизируется поток пара и тицами, испускаемыми под малыми углами от каисключается разбрызгивание капель) и преимутода, субстрата Электромагнитные катушки щества прямоугольного источника (равномерное образуют магнитное поле внутри канала, которое испарение из источника и равномерное осаждение около стенки канала будет по существу соленоина субстрате при использовании линейного двидальным В данном случае испаряемая поверхжения) в процессе образования покрытия или ность катода является внешней поверхностью внедрения частиц в длинный или большой субкороткого цилиндра, ориентированного коаксистрат Следовательно, целью настоящего изобреально с фильтрующим каналом, так что выходятения является создание на прямоугольном катощая из катода плазма направляется радиально на де вакуум-дугового разряда отфильтрованного внешнюю стенку фильтрующего канала и отклокатодного дугового разряда для выполнения заняется приблизительно на 90° упомянутым магдач, которые не могут выполнить уже известные нитным полем и электрическим полем на стенках устройства канала, а затем передается вдоль магнитного поНастоящее изобретение предусматривает ля к концу канала, где установлен субстрат Внутсоздание средства для образования и направлеренние электроды только усиливают отклонение ния пучка плазмы по всей прямоугольной площаплазмы в конце круглого фильтрующего канала ди с целью образования покрытия или осуществнапротив конца, где установлен субстрат ления ионного внедрения в субстрат Прямоугольный катод устанавливается в изогнуНи в одном из противопоставляемых матетом под углом канале прямоугольного сечения, риалов по устройству уже известного уровня техкоторый ограничивает распространение плазмы и ники не упоминается катод, имеющий испаряемую направляет ее поток в зону расположения субповерхность прямоугольной формы и используюстрата, одновременно улавливая расплавленные щий изменение полярности магнитного поля на капельки катодного материала, которые также обратную с целью регулирования движения дугообразуют дуговой разряд Часть канала плазмы, в вого разряда по поверхности катода, а также никоторой устанавливается катод, в данном описачего не говорится о фильтрующем канале, имеюнии называется входным плечом канала, а сам щем прямоугольное сечение Следовательно, субстрат устанавливается смежно выходному несмотря на достигнутый успех, все еще сущестплечу канала вует необходимость в получении и использовании более совершенного отфильтрованного катодного Внутри канала образуется магнитное поле, кодугового разряда Является предпочтительным, торое направляет плазму через канал, одновречтобы отфильтрованный катодный дуговой разряд менно вынуждая дуговой разряд перемещаться в включал в себя прямоугольный источник осаждеодном направлении ниже всей длины прямоугольния ного катода После достижения дуговым разрядом конца катода датчик выдает сигнал, по которому Прямоугольные источники осаждения являютполярность, по меньшей мере, какой-то части магся нежелательными для образования покрытия на нитного поля меняется на обратную, что вынужбольших субстратах, покрытия на листовом матедает дуговой разряд менять направление своего риале в форме рулона, и для образования покрыдвижения на обратное и перемещаться к противотия на непрерывных потоках небольших субстра 30 29 51619 положному концу катода Полярность магнитного поля, который будет параллельным поверхности поля изменяется всякий раз, когда дуговой разряд мишени, а, следовательно, и изменяется на обдостигает любого конца катода, следовательно, ратное и направление движения дугового разряда происходит сканирование дугового разряда впевдоль длины мишени Подобным же образом, о ред-назад по всей длине прямоугольного катода чем подробно описано в патенте США № 5269898, компонент магнитного поля, который заставляет Хотя полярность (направление) магнитного дуговой разряд выполнять функцию сканироваполя изменяется на обратную постоянно, однако, ния, можно образовывать посредством пропускаформа магнитного поля и ориентация поля отнония тока управления вдоль длины катода изменесительно канала остаются практически неизменния его направления на обратное на основе ными, а плазма будет передаваться по каналу при сигналов датчика или за счет переключения ввода любой полярности По предпочтительному варитока дугового разряда с одного конца катода на анту изобретения зона сходящихся линий магнитдругой (именно это описано в патенте США № ного поля около катода образует магнитное зер5037522, выданном на имя Вергасона) В известкало, которое отражает плазму по направлению к ном уровне техники нет и намека на предложение выходу из канала образовывать реверсируемое магнитное поле с Движение дугового разряда вдоль длины капомощью магнитного средства независимо от тотодной мишени обусловлено компонентом магков, проходящих через сам катод нитного поля около поверхности мишени, который будет параллелен плоскости поверхности мишени Прохождение плазмы через канал обуславлии перпендикулярен длинной оси прямоугольной вается главным образом компонентом магнитного мишени поля около стенок канала, который будет параллельным плоскости стенок и параллельным оси Для компонентов магнитного потока этой ориканала Диффузия электронов плазмы через магентации возможны две полярности (направления) нитное поле по направлению к стенкам канала Если поле имеет одну полярность, то дуговой образует компонент электрического поля, перпенразряд перемещается вдоль линии катода в надикулярный стенке канала, которая отражает поправлении, которое указано вектором движения ложительно заряженные ионы, что дает им возназад J х В, о чем уже упоминали выше Если поможность продолжить движение вдоль канала и ле имеет противоположную полярность, то дуговокруг изгиба в канале Незаряженные макрочасвой разряд движется вдоль длины катода в протитицы не отражаются, а задерживаются стенками воположном направлении канала или отражательными перегородками, коЗа счет изменения полярности магнитного поторые можно устанавливать перпендикулярно ля на обратную на основе сигналов от датчиков, стенке канала, и которые простираются на нерасположенных на концах катода, но при сохранебольшое расстояние внутрь канала, чтобы нии ориентации линий магнитного потока относиуменьшить интенсивность отскакивания макрочастельно поверхности мишени, можно будет периотиц от стенок канала Является предпочтительдически изменять направление движения дугового ным, чтобы полярность компонентов магнитного разряда вдоль длины катода на обратное, вынужполя внутри канала и около стенок канала менядая тем самым дуговой разряд сканировать впелась одновременно с полярностью компонента ред-назад всю длину прямоугольного катода поля около поверхности мишени, что вызывает вдоль относительно прямой линии сканирование дугового разряда, так что, несмотря Реверсируемое магнитное поле около испана изменение полярности на обратную, форма ряемой поверхности мишени, которое будет вымагнитного поля во всем канале остается неизнуждать дуговой разряд перемещаться вдоль менной Объем настоящего изобретения также длины мишени, можно образовать с помощью предусматривает изменение полярности поля на электромагнитных катушек, установленных с обратную только в зоне поверхности мишени при внешней стороны канала или внутри корпуса касохранении статического (не меняющего поляртода Известно, что для образования реверсируеность на обратную) магнитного поля в остальной мого поля можно использовать собственное магчасти канала с помощью электромагнитов или нитное поле тока дугового разряда, проходящего постоянных магнитов Изменения чистой формы через прямоугольный катод Например, соединемагнитного поля в этом последнем случае могут ние тока дугового разряда одновременно с обоиобусловить периодические изменения в передаче ми концами прямоугольного катода и изменение плазмы через канал в виде функции изменения доли общего тока, который течет к каждому концу поля около поверхности мишени на обратное катода, на основе сигналов от датчиков, установленных на концах катодов, дают возможность обПоскольку струя плазмы выходит из катода разовывать компонент магнитного поля в ориенглавным образом в направлении, перпендикуляртации, которая необходима для того, чтобы ном испаряемой поверхности, то она обладает заставить дуговой разряд перемещаться по всей тенденцией наиболее сильно ударять стенку кадлине катода, о чем подробно описано в патенте нала в зоне внешнего радиуса изгиба самого каСША № 5269898, выданном на имя Велти нала Чтобы повысить интенсивность передачи плазмы через канал, рекомендуется усилить наСразу же после изменения направления потопряженность магнитного поля именно в этой зоне ка большей части тока дугового разряда внутри Дополнительным фактором является то, что мапрямоугольного катода на обратное, что происхотериалы катодной мишени с различным атомным дит на основе поступающих от датчиков сигналов, весом и различными точками плавления испускапроисходит также изменение на обратную и поются из мишени с различными скоростями и кинелярности (направления) компонента магнитного 32 31 51619 тическими энергиями Поэтому для оптимизации источников вакуум - плазма дугового разряда Непередачи различных материалов является желаобходимость в наличии функции, которую предтельным изменение напряженности магнитного ставляет зеркальное поле, была проиллюстрирополя, особенно в зоне изгиба канала Именно пована, например, в патенте США № 5282944, этому предпочтительный вариант настоящего выданном на имя Сандерса и др , и в котором быизобретения предусматривает установку и исла четко указана необходимость в использовании пользование индивидуальной электромагнитной нескольких изолирующих колец, которые на Фиг 2 катушки в непосредственной близости от внешнеи 3 упомянутого выше патента обозначены ссыго радиуса изгиба канала, т е напротив испаряелочной позицией 21, и которые используются для мой поверхности мишени, причем является предпредотвращения потерь плазмы на стенках канапочтительным изменять силу тока катушки ла в зонах, в которых магнитное поле проходит независимо от силы тока в других катушках, обрачерез стенку канала По предпочтительному варизующих части магнитного поля в канале анту настоящего изобретения включение зоны магнитного зеркального поля на входном конце Следует также иметь в виду, что в уже известканала гарантирует образование предпочтительных цилиндрических каналах для плазмы (или в ного направления потока плазмы в сторону выпрямом проходе, который в соответствии с уже ходного конца канала при одновременном образоизвестным уровнем техники может легко превравании компонента магнитного поля щаться в прямоугольный канал), в которых для (параллельного поверхности мишени и перпендиобразования соленоидного магнитного поля в какулярного ее длинной оси), который заставляет нале используют одну или более электромагнитдуговой разряд опускаться вниз по длине мишени ных катушек, которые как бы окружают канал, обИзменение полярности магнитного зеркального разующие катушку (катушки) провода необходимо поля, а, следовательно, и параллельного поверхрасполагать значительно ближе друг к другу на ности мишени компонента магнитного поля обувнутреннем радиусе изгиба канала, чем на его славливает обязательное изменение направления внешнем радиусе Это будет гарантировать обрадвижения дугового разряда по поверхности мишезование магнитного поля внутри канала с большей ни на обратное без изменения формы или функнапряженностью по направлению к внутреннему ции зеркального поля радиусу канала, где провода расположены с меньшим интервалом, и с меньшей напряженностью по направлению к внешнему радиусу канала, где и происходит удар струи плазмы дугового разряда Известный уровень техники не учитывает именно этот аспект настоящего изобретения, в соответствии с которым напряженность магнитного поля внутри канала на внешнем радиусе изгиба можно усилить до такой степени, чтобы оно было равно или превышало напряженность поля на внутреннем радиусе, чтобы тем самым повысить интенсивность передачи плазмы по каналу Электрическое поле, перпендикулярное стенке канала, и которое по уже известному уровню техники и в соответствии с уже описанными выше аспектами настоящего изобретения отражает положительно заряженные ионы от стенки канала, образуется посредством диффузии электронов плазмы поперечно через магнитное поле, которое по существу будет параллельным стенкам канала Существует также возможность отражать ионы от стенки канала и вторым способом, а именно - посредством образования около стенки зоны, в которой линии магнитного потока сходятся по мере их приближения к стенке в примерно перпендикулярном направлении, образуя при этом зону, которая получила название магнитного зеркала Приближающиеся к стенке канала электроны плазмы отражаются или задерживаются при их вхождении в зону сходящихся линий потока, образуя при этом градиент плотности электронов с конечным образованием электрического поля, которое, как и стенка, отражает ионы плазмы Магнитные зеркала обычно используют для удерживания плазмы в лабораторных аппаратах и в других устройствах для плазмы В описании настоящего изобретения впервые упоминается полезность магнитного зеркального поля в области использования отфильтрованных Сочетание и наложение независимо переменных источников магнитного поля, которые образуют зону соленоидального магнитного поля на выходном конце канала плазмы, т е зону "буферного" поля около внешнего радиуса изгиба канала, а также зону магнитного зеркального поля на входном конце канала около катода, обеспечивает достаточную возможность последующего регулирования с целью гарантирования оптимальных условий для передачи плазмы по каналу для широкого разнообразия исходных материалов для мишени Однако, следует иметь в виду, что далеко не все из упомянутых выше элементов являются обязательными и необходимыми в описываемом варианте настоящего изобретения, и что упомянутые элементы необязательно должны быть независимо переменными, причем это, в первую очередь, относится к случаю с источником, который уже оптимизирован для работы с какимто одним конкретным материалом мишени Например, в зависимости от используемого способа изменения полярности зоны магнитного поля около поверхности мишени на обратную может оказаться вполне достаточным использование только одного соленоидального электромагнита, окружающего весь канал Настоящее изобретение отличается от известного уровня техники тем, что оно предусматривает использование катода прямоугольной формы и канала для плазмы, а также по способу регулирования движения дугового разряда по катоду и по форме и регулированию магнитного поля в самом канале для плазмы В частности, описанные выше форма магнитного поля и способы регулирования дают возможность создать компактный и эффективный источник плазмы с прямоугольным выходным отверстием, длину которого можно выбрать по 34 33 51619 желанию, что собственно и гарантирует все претодная мишень 136 соединена с отрицательным имущества отфильтрованного катодного дугового выходом источника питания дугового разряда 148, разряда в сочетании с преимуществами прямоа канал для плазмы 146 (который также выполняугольного источника осаждения ет функцию анода) соединен с положительным выходом источника питания дугового разряда Для Предложенный способ изменения полярности образования дугового разряда между катодной поля на обратную для регулирования дугового мишенью 136 и анодом 146 предусмотрено устразряда на поверхности катода дает возможность ройство зажигания дуги 150 Катодная мишень 136 использовать значительно меньшую ширину катои испаряемая поверхность 140 могут также окруда по сравнению с той, которая возможна в случае жаться изоляторами 152 (см Фиг4А) Внутренний использования рейстрекового магнитного поля по электрод 154 устанавливается внутри канала для уже известному уровню техники плазмы 146 как и датчик 156 Именно поэтому появляется возможность использовать значительно более узкий и короткий Канал для плазмы 146 имеет прямоугольную канал для плазмы, что, в свою очередь, дает возформу и идентичные катодной мишени 136 разможность создать компактную конструкцию, котомеры Канал для плазмы включает в себя изгиб по рую значительно легче интегрировать в вакуумоси вдоль центральной линии канала для плазмы ную систему, чем объемные фильтры по В описываемом варианте изобретения на одной известному уровню техники, особенно в системы, из стенок канала показана точка изгиба 158 с эксодержащие несколько источников плазмы Более вивалентным внутренним радиусом (изгиб приузкий катод и сканированный дуговой разряд такмерно в 90°), однако, для практической реализаже способствуют образованию более равномерции сути настоящего изобретения вполне ной эрозии мишени вдоль ее длины и более высопригоден угол внутреннего радиуса в диапазоне кий коэффициент использования материала примерно от 15° до 120° Ссылочная позиция 160 мишени, чем это возможно в случае с пленарными означает изгиб с эквивалентным внешним радиукатодами рейстрекового типа сом Канал для плазмы 146 имеет входное плечо 144 и выходное плечо 162 на любой стороне от Преимущества настоящего изобретения дают точки изгиба 158 внутреннего радиуса Катодная возможность удлинять источник до бесконечности, мишень 136 устанавливается на изолированном создавая тем самым оптимальные условия для держателе 142 на или около конца входного плеосаждения отфильтрованного дугового разряда ча, так что испаряемая поверхность 140 катодной или внедрения в тех практических ситуациях, комишени обращена в сторону канала для плазмы торые предусматривают обязательное использоВ зоне на или около конца выходного плеча 162 вание прямоугольных или удлиненных источников можно расположить один или более предназнапара ченных для покрытия субстратов 164 Настоящее изобретение предусматривает создание средства образования и направления Около канала для плазмы 146 расположено пучка плазмы по прямоугольной площади с целью множество электромагнитов Электромагнит 166 образования покрытия или внедрения ионов в соединен с источником питания катушки 168 и субстрат расположен около входного плеча 144 канала для плазмы Электромагнит 170 соединен с источниНа Фиг1А показан уже известный катод 130, ком питания катушки 168 и расположен около соединенный с фильтром 132, который может вывнешнего радиуса изгиба 160 в канале для плазделять макрочастицы из потока ионов, образуемомы 146 Электромагнит 172 представлен соленоиго катодным дуговым разрядом Катод 130 имеет дом, соединенным с источником питания катушки усеченную форму с круглой передней поверхно168, он как бы обертывает часть выходного плеча стью и скошенными на конус боковыми сторонами 162 канала для плазмы Перспективный вид Фильтр 132 содержит два соленоида (торец в тоФиг ЗА иллюстрирует расположение электромагрец), установленных под углом в 45° относительно нитов 166, 170, 172 относительно канала для друг друга с целью недопущения визирной линии плазмы 146, причем электромагнит 166 располоот активного пятна дугового разряда на катоде до жен около входного плеча, электромагнит 170 субстрата 134, на котором необходимо образовать расположен около внешнего радиуса изгиба 160 и покрытие, не образуя при этом траекторию потока электромагнит 172 свернут спиралью вокруг выионов и электронов, фильтр также содержит сеходного плеча 162 При изучении Фиг4А можно рию отражательных перегородок для улавливания заметить, что электромагнит 166 включает в себя макрочастиц катушку 174, обернутую вокруг центральной стойСхематическое изображение одного предпочки 176 из магнитопроницаемого материала, с тортительного варианта настоящего изобретения, цевыми пластинками 178, прикрепленными к кажпоказанного на Фиг2А, дает возможность понять, дому концу центральной стойки Точно так же и что этот вариант включает в себя катодную миэлектромагнит 170 включает в себя катушку 180, шень 136 на корпусе 138 катодной мишени Каобернутую вокруг второй центральной стойки 182 тодная мишень 136 имеет испаряемую поверхиз магнитопроницаемого материала, с торцевыми ность 140 по существу прямоугольной формы По пластинками 184, прикрепленными к каждому конпредпочтительному варианту катодная мишень цу центральной стойки В показанном на Фиг4А 136 представлена углеродом, однако, она может варианте изобретения торцевые пластинки 184 состоять из любого другого приемлемого испаэлектромагнита 170 изготовлены из магнитопроряемого материала Корпус 138 катодной мишени ницаемого материала, тогда как торцевые плаустановлен на держателе 142 и расположен на стинки 178 электромагнита 166 изготовлены из входном плече 144 канала для плазмы 146 Ка 36 35 51619 непроницаемого материала, чтобы можно было анализа магнитных свойств конечного элемента В придать магнитному полю желаемую форму показанном на этом чертеже случае электромагниты 172 и 166 имеют по 600 ампер-витков, тогда Еще раз обратимся к Фиг2А, где можно викак электромагнит 170 имеет 200 ампер-витков В деть, что трубопровод 186 подает воду к катодной данном случае напряженность поля в центре вымишени 136 Может также оказаться предпочтиходного плеча 162 канала равна примерно 50 гаутельным обеспечить охлаждение водой и канал сам На упомянутом чертеже можно также видеть, для плазмы 146 и внутренний электрод 154, одначто плотность потока (напряженность поля) на ко на упомянутом чертеже средства для осуществнешнем радиусе изгиба 160 в канале приблизивления такого охлаждения не показаны На субтельно равна плотности потока на внутреннем страт 164 можно подавать смещающее точке изгиба 158 За счет регулирования количенапряжение, а сам субстрат в процессе образоваства витков в катушке 180 электромагнита 170 ния на нем покрытия можно вращать и/или паралрегулирования силы тока, проходящего через калельно перемещать По предпочтительному варитушку (те регулирование ампер-витков), можно анту изобретения канал для плазмы 146 и будет отрегулировать плотность потока на внешсубстрат 164 заключены в камеру (не показана), в нем радиусе изгиба 160 независимо от плотности которой образован вакуум По другому предпочтипотока в любой другой точке канала тельному варианту изобретения в условиях вакуума находятся канал для плазмы 146 и держаДатчики 190 и 192 (см Фиг5А) могут считытель 142 катода канала, тогда как внешняя вать активные пятна дугового разряда и посылать сторона канала находится в условиях атмосферсоответствующий сигнал всякий раз, когда активного давления ное пятно дугового разряда достигает либо левого, либо правого конца катодной мишени 136 ДатТеперь перейдем к показанным на Фиг 4А и 5А чики 190, 192, например, могут содержать поперечным сечениям, на которых используются электроизолированные провода, простирающиеся те же ссылочные позиции, что и на других чертепо каналу для плазмы 146, а также провода, котожах, на этих чертежах показаны некоторые дополрые соединены с анодом через сопротивление (не нительные детали устройства по изобретению показано), скажем, в ЮООом, что дает возможСледует иметь в виду, что изгиб в канале для ность образовывать электрическое напряжение плазмы 146 выполняет также функцию устранения всякий раз, когда дуговой разряд достигает провизирной линии между катодом и субстратом 164 вод С другой стороны, датчики 190, 192 могут (на Фиг 4А и 5А субстрат не показан, однако ясно, содержать чувствительный к свету диод, который что он должен располагаться на или около конца фиксирует оптическое излучение от струи дугововыходного плеча 162 канала) Является предпочго разряда, или детектор магнитного поля, кототительным снабжать внутренние стенки выходнорый считывает магнитное поле дугового разряда го плеча 162, входного плеча 144 и изгиба канала Источник питания катушки 200 (см фиг2А) снабдля плазмы 146 расположенными с некоторым жен переключателем, который может реверсироинтервалом друг от друга отражательными перевать направление потока тока через магниты, этот городками 188, которые будут по существу перисточник питания соединен с помощью обычных пендикулярны внутренним стенкам и по существу средств (не показаны) с датчиками 190, 192, чтобы параллельны друг другу осуществлять изменение магнитного поля на обНа Фиг4А можно видеть, что электроизолироратное Изменение магнитного поля на обратное ванный внутренний электрод 154 можно устанавможет происходить одновременно во всех магниливать внутри канала для плазмы 146 Он может тах, и оно будет изменять направление линий быть плавающим в электрическом смысле относимагнитного потока на обратное без одновременнотельно анода или же он может положительно го значительного изменения формы линий магсмещаться относительно этого же анода На нитного потока или их ориентации относительно Фиг5А можно видеть, что около каждого конца канала для плазмы С другой стороны, манипуляиспаряемой поверхности катодной мишени 136 ции с изменением ориентации на обратную можно установлено по одному датчику - датчик 190 около осуществлять только с одним или двумя электролевого конца и датчик 192 около правого конца магнитами 166 и 170 Электромагниты 166 170 и 172 образуют магнитное поле, представленное линиями магнитного В предпочтительной конфигурации системы потока, которые хорошо показаны на ФигбА Липо изобретению (отдельно не показано) магниты нии 194 магнитного потока ориентированы по намогут получать необходимое электропитание неправлению, которое будет по существу паралзависимым образом через более, чем один источлельно оси канала для плазмы 146 внутри ник питания катушки 200 Использование более, выходного плеча 162 Линии 196 магнитного поточем одного источника питания катушки дает возка ориентированы по направлению, которое будет можность изменять силу тока магнитов независипо существу параллельным испаряемой поверхмым друг от друга образом с целью регулировки, ности 140 катодной мишени 136 внутри зоны также независимым образом, напряженности магвходного плеча 144 около катода Линии магнитнитного поля в различных частях канала для ного потока сходятся в зоне 198 внутри входного плазмы 146 В то же время предусмотрено исплеча 144, образуя около испаряемой поверхнопользование индивидуальных источников питания сти 140 катодной мишени 136 магнитное зеркало катушек, каждый из которых снабжен системой регулирования, чтобы все они могли одновременПоказанное на ФигбА представление линий но изменять направление тока на обратное после 194 магнитного потока было преобразовано с исполучения соответствующего сигнала от датчиков пользованием серийно выпускаемой программы 38 37 51619 190, 192 верх поверхности прямоугольной катодной Из сказанного выше можно сделать вывод, мишени 136, но и также сканирование впередчто система по изобретению будет работать сленазад по существу по всей траектории движения дующим образом от конца до конца Устройство зажигания дуги 150 обеспечивает Внутренние стенки канала для плазмы 146 образование дугового разряда между катодной облицованы отражательными перегородками 188 мишенью 136 и каналом для плазмы 146, который Макрочастицы фильтруются изгибом в канале, а в данном случае выполняет функцию анода Дугоотражательные перегородки выполняют функцию вой разряд возникает в активном пятне дуги на улавливания этих макрочастиц испаряемой поверхности катода и образует плазУстройство по изобретению включает в себя му, содержащую ионизированный пар катодного длинный и узкий прямоугольный источник и отноматериала Канал для плазмы 146 направляет сительно компактный канал прямоугольного сечеобразуемую дуговым разрядом плазму от катода к ния, размеры которого идентичны размерам иссубстрату 164, на котором предстоит образовать точника Благодаря этому появляется покрытие и/или внедрить в него ионы, и который возможность образовать компактный канал Нарасполагается в или около выходного плеча 162 пример, хорошие результаты были получены при канала Канал для плазмы 146 имеет прямоугольиспользовании катодной мишени примерно 30см ное сечение и идентичные катодной мишени 136 длины на 2,5см ширины или при соотношении меразмеры, а также изгиб примерно в 15 - 180° по жду длиной и шириной примерно 12 1 Поскольку оси центральной линии канала (в описанном и прямоугольный катод по изобретению можно удпроиллюстрированном выше варианте внутренний линять до бесконечности, то вполне реально ожирадиус точки изгиба 158 равен 90°), причем входдать, что можно будет добиться и более высоких ное плечо 144 и выходное плечо 162 отделены от соотношений визирной линии друг друга именно этим изгибом Следует иметь в виду, что настоящее изобреКатодная мишень 136 расположена на или около тение предлагает способ образования и направконца входного плеча 144 вместе со своей испаления пучка плазмы по прямоугольной поверхноряемой поверхностью, обращенной в сторону касти с целью образования покрытия или для нала для плазмы, а субстрат 164 расположен в осуществления внедрения ионов на субстрате зоне на или около конца выходного плеча 162 Выше уже упоминали о том, что все преимущества настоящего изобретения реализуются Электромагниты 166 170 и 172 образуют внутблагодаря (а) прямоугольной форме исходного ри канала для плазмы 146 и поверх испаряемой материала катода, (б) прямоугольному поперечповерхности катодной мишени 136 магнитное поному сечению канала для плазмы, (в) регулировале, которое в данном случае представлено линию движения дугового разряда по катоду посредниями магнитного потока Линии магнитного потоством изменения полярности магнитного поля на ка ориентированы в направлении, которое по обратную, чтобы заставить дуговой разряд сканисуществу будет параллельным оси канала для ровать в общем-то в линейном направлении впеплазмы 146 внутри выходного плеча 162 Линии ред-назад по всей длине прямоугольного источнимагнитного потока ориентированы по существу ка и (г) форме и регулированию магнитного поля в параллельно испаряемой поверхности катодной канале для плазмы мишени 136 в пределах зоны входного плеча 144 на или около катода Линии магнитного потока В частности, форма магнитного поля и регутакже сходятся в зоне внутри входного плеча 144 лирование дугового разряда в прямоугольном канала для плазмы 146, образуя магнитное зеркаисточнике по настоящему изобретению делают ло, которое будет смежно и параллельно прямовозможным создать компактный и эффективный угольной катодной мишени 136 Линии магнитного источник плазмы с прямоугольным выпускным потока направляют ионизированный пар через отверстием, длина которого выбирается по желаизгиб в канал для плазмы и вынуждают активное нию, и тем самым получить все преимущества пятно дуги совершать по существу линейное двиотфильтрованного катодного дугового разряда в жение вдоль всей длины испаряемой поверхности комбинации с преимуществами прямоугольного 140 катодной мишени 136 Магнитное зеркало источника осаждения Способ реверсирования ориентировано в направлении, которое будет отполя для регулирования дугового разряда дает ражать плазму в сторону выходного плеча 162 возможность использовать источник катода значиканала для плазмы 146 тельно меньшего размера по сравнению с тем, который возможен в случае использования рейстДатчики 190 и 192 считывают активное пятно рекового магнитного поля по уже известному дуги и выдают сигнал всякий раз, когда активное уровню техники пятно дуги достигает любого конца испаряемой поверхности Сигнал от датчиков обеспечивает срабатывание системы регулирования, которая реверсирует ток в источнике питания катушки 200, а, следовательно, и изменяет направление линий магнитного потока на обратное без какого-либо существенного изменения формы линий магнитного потока или их ориентации по отношению к каналу для плазмы 146 Следовательно, возбуждение активного пятна дуги обеспечивает сканирование не только в линейном направлении по Следовательно, имеется возможность создать фильтрующий канал для плазмы значительно более узким и коротким, а, значит, и более компактным, что облегчает его интеграцию в вакуумной системе по сравнению с громоздкими фильтрами по уже известному уровню техники Более узкий катод и узкий дуговой разряд линейного сканирования гарантируют более равномерную эрозию мишени вдоль ее длины и более высокий коэффициент использования исходного материала, 51619 39 чем это возможно в случае использования планарных реистрековых катодов Преимущества настоящего изобретения дают возможность удлинять источник до бесконечности, обеспечивая тем самым все преимущества осаж 40 дения с помощью отфильтрованного дугового разряда или внедрения в тех практических ситуациях, которые предусматривают обязательное использование прямоугольных или удлиненных источников пара .24 Ю Фиг. 1 Фиг. 1А 56, 16 4 34' Фиг. 2 12 6 12 7 С200 42 51619 41 146 160 '166 Фиг. 3 Фиг. ЗА 125 AZQ 12 7 10 5 '176 Фиг. 4 Фиг. 4А 51619 43 146 170 166 tj 174 176 166 Фиг. 6А Фиг. SA ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71