Вакуумно-дуговое устройство

 

; ВАКУУМНО-ДУГОВОЕ УСТРОЙСТВО содержащее анод в виде трубы, соле-; ноид, расположенный снаружи айода, Ляйг -,катод, рабочий торец которого размещен у торца анода, подложкодержатель, расположенный у противоположного торца анода, и поджигающий электрод, установленный вблизи боковой поверхности катода, отличающее с я тем, что с целью повышения коэффициента использования плазмообразующего материала катода и стабильности работы устройства, соленоид выполнен выступающим за торец анода, у которого размещен катод, на длин , не менее чем вдвое превышающую расстояние от рабочего торца катода до поджигающего электрода, при этом Т :оличеЬтво витков на единицу длины соленоида в части, которая выступает g за торец анода, не менее чем в два (П раза больше, чем в части, охватывающей анод. . / О) 00 mv fy/fff

„„SU„„1040631

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5П Н 05 Н 1/26

« «с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЯ

ЮмЭ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 2933851/18-25 (22) 24.06.80 (46) .07. 09 . 83. Бюл. В 33 (72) И.И.Аксенов., В.Г.Брень, В.Г.Падалка, Л.П.Саблев, P.É.Ñòóíàê и В.М.Хороших (53) 621.793.12(088.8): (56) 1. Патент США Р 3 836 451, кл. 204-298, опубл. 17.09.74.

2. Аксенов И.И. и др.

Фокусировка потока металлической плазмы, генерируемого стационарно электродуговым ускорителем.

В сб. Источники и ускорители плаз мы, вып. 3, Харьков, 1978.,с. 21 (прототип). (54)(57) 7ВАКУУМНО-ДУГОВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее анод в виде трубы, соле-: ноид расположенный снаружи анода, катод, рабочий торец которого размещен у торца анода, подложкодержатель, расположенный у противоположного торца анода, и поджигающий электрод, установленный вблизи боковой поверхс ности катода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения коэффициента использования плазмообразующего материала катода и стабильности работы устройства, соленоид выполнен выступающим за торец анода, у которого размещен катод, на длину, не менее чем вдвое превышающую расстсяние от рабочего торца катода до поджигающего электрода, при этом количество витков на единицу длйны соленоида в части, которая выступает Е

С2 за торец анода, не менее чем в два раза больше, чем в части, охватывающей анод.

С::

1040631

Изобретение относится к плазменным устройствам, используемым для очистки, травления, декорирования поверхностей, распыления геттера и т.п.

Йзвестны вакуумно- дуговые плазмен-,5 ные устройства, содержащие анод, катод, поджигающее устройство и магнитную систему стабилизации разряда(1);

Однако такие устройства генерируют широкий расходящийся йоток плазмы и коэффициент использования рабочего вещества у них невелик.

Наиболее близким к предлагаемому является вакуумно-дуговое устройство, содержащее анод в ввиидде е ттррууббыы, соле-,f5 ноид, расположенные снаружи анода, катод, рабочий торец которого размещен у торца анода, подложкодержатель, расположенный у противоположного торца< и поджигающий электрод, установ 0 ленный вблизи . боковой поверхности i катода (2 ).

Недостатком известного устройства является то, что часть ионного компонента плазменного потока отражается от электромагнитного. барьера, i возникающего во время работы устройства вследстие искривления магнитных силовых линий на .торце соленоида (а следовательно, и анода), и не попадает на обрабатываемую поверхность изделия закрепленного на подложко- держателе. Кроме того, запуск его ненадежен и горение дуги неустойчиво, что рбъясняется следующими приЧинами.. Если поджигающий электрод размещен у боковой поверхности катода с целью ослабления разрушающего воздействия на него дугового разряда, то при -этом нарушается стабильность процесса поджига, так как катодное 4р пятно, возбуждаемое на боковой поверхности катода, отбрасывается магнитым полем соленоида в сторону, противоположную рабочему торцу.

Цель изобретения - Повышение коэф- 45 фициента использования плазмообразующего вещества катода и стабильности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в вакуумно-дуговом устройстве, содержащеМ анод в виде трубы, солено ид, расположенный снаружи анода, катод, рабочий торец которого размещен у торца анода, подложкодержатель, расположенный у противоположного тор-55 ца анода, и поджигающий электрод, установленный:вблизи боковой поверхности катода, соленоид выполнен выступающим за торец анода, у которого размещен катод, на, длину, не менее чем вдовое превышающую расстояние от рабочего торца катода до поджигающего электрода, при этом количество витков на единицу длины соле ноида в части, которая выступает за торец анода, не менее чем в два раза 5 больше, чем в части, охватывающей анод.

На чертеже схематически изображено вакуумно-дуговое устройство, разрез.

Устройство содержит анод 1 в виде трубы из нержавеющей стали, стержне вой катод 2 и подложкодержатель 3,,размещенные у противоположных-тор» цов анода, поджигающий электрод 4, упирающийся через керамическую перемычку 5 в бокову% поверхность катода..Рабочей поверхностью катода является. обращенный к подложкодержателю торец 6, который в исходном положе-нии совмещен с плоскотью торца ано-, ". да. Анод 1 закреплен внутри цилиндрического корпуса 7, снаружи которого размещен соленоид 8, выполненный из медного провода ПЭВ-1, Витки соленоида равномерно распределены вдоль всей .длины анода с плотностью 50 витков на 1 см. Часть соленоида cî стороны катода перекрывает последний на 100 мм, при этом плоти ность намотки составляет 240 витков на 1 см. Со стороны катода корпус закрыт крышкой 9, содержащей вакуумные токовводы 10 катода и 11 поджигающего электрода. С противоположного торца корпус соединен с вакуумной камерой. 12. Полость 13 между анодом и корпусом заполнена проточной водой для охлаждения. Катод и катодный токоподвод также охлаждаются проточной водой.

Кроме того, устройство содержит источник 14 питания дуги н генератор 15 поджигающих импульсов. Питание соленоида осуществляется от отдельного источника постоянного тока (не показан) .

Устройство работает следующим образом.

При включенном соленоиде в нем возникает магнитное поле (ход.силовых линий показан пунктирными линиями), максимальная напряженность которого - в сечении, проходящем через середину катодной.части соленоида позади поджигающего элек-трода 4. При подаче на указанный электрод под кигающего.импульса происходит поверхностный искровой разряд по перемычке 5, в результате чего на боковой поверхности катода формируется катодное пятно дугового разряда, заключающегося между анодом 1 и катодом 2. Поскольку в месте возникновения катодного пятна магнитные силовые линии, пересекаясь с поверхностью- катода, образуют острый угол, направленный в сто- . рону рабочего торца б, катодное пятно совершает дрейф в сторону именно этого торца. После выхода

1йа указанный торец пятно продолжает оставаться на нем, совершая хаотичес1040631

3 кие перемещения. Поток эрозионной плазмы мат 4 нала, из которого изго; товлен катод, под действием электрического поля, форма эквипотейциалей которого определяется топографией магнитного поля, направляется прак- 5 тически полностью в сторону подложкодержателя, на котором закрепляют обрабатываемые, изделия.

Транспортировка потока вдоль анв-: да происходит практически беэ потерь, ð поскольку существующее в полости ано- да радиальное электрическое поле (вследствие замагниченности электронов) препятствует уходу ионного ком-. понента плазмы на стенки..Это позволяет обеспечить более высокое качество обработки поверхности эа счет увеличения потока ионного компонента и, следовательно, улучшения соотношения между полезной ионной составляющей . н мнкрокапельной фазой потока. у под ложкодержателя.

Испытанный опытный ббразец вакуумно-дугового устройства. имеет следующие характеристики: длина анода 300, диаметр 180 мм, диаметр катода 60 мм, материал катода титан марки BT-1.

При токе соленоида 0,9, дуги 100 Aионный поток насыщения на подложкодержатель составляет 7,8 A, что примерно в пять раэ выше, чем в известном устройстве, испытанном в аналогичных условиях.

Таким образом, преимущество предлагаемого устройства по сравнению с иэвестныки заключается в более эффективном использовании плаэмообраэующего материала при. более высокой стабильности устройства.

Кроме того, улучшается собтнбшение между ионной составляющей и капельноосколочной фазой в потоке,плазмы,1 что .благоприятно сказывается. на ка- . честве обрабатшваемых поверхностей.

Составитель В..Обухов

Редактор T.Мермелштайн ТехредМ.Надь КорректорВ.Бутяга ЮЮ

Заказ 6950/59 .,Тирам 845 Подписное

ВНИИПИ Государетвенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ЮЮЮ

Филиал ППП Патент, r.ужгород,; ул.Проектная, 4