Импульсный генератор углеродной плазмы

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3375633/21. (22) 05.01.82 (46) 30.09.92. Бюл. N 36 (72) Г. К. Дмитриев, А. И. Маслов, В. И. Головин,. В. П. Гончаренко, А. Я. Колпаков и

М,И.Пикуль (53) 621.793.14(088.8) (56) Приборы и техника эксперимента, 1979, Нг 3, с. 160-162.

Дж илмауэр А., Локвуд А. Импульсные генераторы металлической плазмы. — Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, 1972, N 8, с, 65-77. (54)(57) ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР УГЛЕРОДНОЙ ПЛАЗМЫ. содержащий расходуемый катод и анод, выполненные из графита, систему поджига с поджигаемым электро- . дов и диэлектрической вставкой, и источник

Изобретение относится к нанесению покрытий в вакууме и может быть использовано в электронной технике. оптике для получения тонких пленок, а точнее в машиностроении для нанесения износостойких покрытий и других областей науки и техники.

Известен генератор плазмы с коаксиальной геометрией электродов, содержащей центральный расходуемый торцовой катод, изготовленный из плазмообразующего материала (например, графита), наружный цилиндрический анод, вспомогательный анод служащий для стабилизации разряда, и систему бесконтактного поджига.

Недостатка ли известного генератора являются низкая энергия осаждаемых ионов, разогрев формирующегося покрытия, а также нестабильность поджига разряда.. Ж„„1062ЗО8 А1 (я)5 С 23 С 14/36, Н 05 Н 1/24

2 электропитания, отличающийся тем, что. с целью повышения надежности, стабильности работы и чистоты плазменного потока, система поджига снабжена кольцевым анодом поджига, охватывающим с зазором расходуемый катод, а также дополнительным кольцевым графитовым электродом, отделенным от поджигаемого электрода диэлектрической вставкой с нанесенной на ее внутреннюю поверхность проводящей пленкой, соединенными с источником электропитания для создания на до; —:ол нительном электроде отрицательного по отношению к аноду поджига и положительного по отношению к расходуемому катоду потенциалов, причем система поджига размещена перед расходуемым катодом и отделена вакуумным промежутком от остальных электродов генератора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является импульсный генератор плазмы, содержащий расходуемый катод и анод, выполненные из графита. систему поджига, включающую поджигающий электрод и диэлектрическую вставку, а .также источник электропитания.

Однако известный генератор характеризуется недостаточной надежность работы, а также наличием. примесей в потоке углеродной плазмы вследствие эрозии изолятора.

Целью изобретения является повышение надежности, стабильности работы. а также обеспечение чистоты плазменного потока.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсном генераторе углеродной плазмы, содержащем расходуемый катод и анод, выполненные из графита, систему подхс1гз . с поджигающим электродов и диэлектриче1062308 потенциалов, причем система под>кига размещена перед расходуемым катодом и отде- t5

20 трод 4, разделенные диэлектрической 25 основного разряда на торцовой поверхности расходуемого катода 1, 45

Генератор работает следующим образом.

Основная батарея конденсаторов 7 источника электропитания емкостью

10 +10 мкФ и напряжением 10 -10 В под- 50 ключена на разрядный промежуток катоданод генератора. Конденсатор 8 источника электропитания емкостью 10 — 10 мкФ подз ключен между катодом 1 генератора и до- 55 ской вставкой, и источник электропитания, система поджига снабжена кольцевым анодом поджига, охватывающим с зазором расходуемый катод, а также дополнительным кольцевым графитовым электродом, отделенным от поджигаемого электрода диэлектрической вставкой с нанесенной на ее внутреннюю поверхность проводящей пленкой, соединенными с источником электропитания для создания на дополнительном электроде отрицательного по отношению к аноду поджига и положительного пот отношению к расходуемому катоду лена вакуумным промежутком от остальных электродов генератора, На чертеже приведена схема импульсного генератора углеродной плазмы.

Генератор состоит из графитового расходуемого катода 1, графитового анода 2 и системы поджига, содер>кащей дополнительный кольцевой графитовый электрод 3, графитовый кольцевой поджигающий элеквставкой 5,.и кольцевой анод б поджига, охватывающий с зазором катод 1 генератора. Дополнительный электрод (катод) 3 системы поджига имеет конусообразную поверхность, причем нормаль к каждой точке этой поверхности пересекается с торцовой рабочей поверхностью катода 1 генератора, Поверхность анода 6 поджига, обращенная к дополнительному электроду

3 системы поджига, также имеет коническую форму. Геометрия электродов 3 и 4 системы поджига такова, что экранируется .внутренняя поверхность диэлектрической вставки 5 от основного потока плазмы, а также частично экранируется коническая поверхность кольцевого анода 6 поджига, ближайщая к месту инициирования разряда с целью обеспечения надежности поджига полнительным электродом 3 системы поджига, Конденсаторы 7 и 8 заряжаются до одинакового значения напряжения и могут разряжаться независимо друг от друга. Значения емкостей конденсаторов 9 и 10 источника электропитания. обеспечивающих

40 работу системы поджига, составляют соответственно 10 и 10 мкФ и заряжаются до напряжения 10 B.

Управление разрядов конденсатора 10 осуществляется с помощью управляемого вентиля 11. После достижения в вакуумной камере, где расположен генератор, давления Р 10 Па, производится зарядка конденсаторов 7 — 10; Подачей управляющего сигнала на вентиль 11 осуществляется разряд конденсатора 10 по пленке, покрывающей диэлектрическую вставку 5, между дополнительным электродом 3 системы поджига и поджигающим электродом 4. В .результате инициируется вакуумный дуговой разряд, поддер>киваемый конденсатором.9 между дополнительным электродом 3 и анодом 6 поджига. Поскольку любая нормаль к поверхности дополнительного электрода 3 пересекает рабочую поверхность расходуемого катода 1, а анод 6 поджига охватывает эту поверхность, lQ формируется достаточно плотный плазменный сгусток, направленный на рабочую поверхность катода генератора и коммутирук>щий вакуум; ный промт>куток расходуемый катод— дополнительный электрод системы поджига, который является анодом генератора на. время разряда конденсатора 8, что обеспечивает начальную стадию основного разряда.

Поток плазмы, генерируемой расходуемым катодом 1, достигает анод 6 поджига, вследствие чего развивается вторая стадия основного разряда, в результате которого разря>кается конденсатор 7, Йоспе этого весь цикл повторяется.

Таким образом, введение дополнительного электрода 3, выполняющего одновременно функции дополнительного анода и генератора, а также введение кольцевого . анода б, который электрически не связан с расходуемым катодом 1 и анодом 2 генератора и служит для формирования сгустка поджигающей плазмы, направленного на рабочую поверхность расходуемого катода, обеспечивает надежную и длительную работу генератора, Инициирование катодных пятен осуществляется равновероятно на разных участках поверхности дополнительного электрода 3 системы поджига, благодаря чему повышается равномерность износа этого электрода и расходуемого катода генератора. При этом обеспечивается бесперебойная и устойчивая работа генератора при наработке 10 циклов при практически

100% срабатывании системы поджига.

Первичный поджигающий импульс, возникающий при пробое по поверхности диэлектрической вставки, достаточно

1062308

Составитель Г. Дмитриев

Редактор Е, Гиринская Техред М.Моргентал Корректор M. Шароши

Заказ 4056 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101 маломощный (1 Дж}, поэтому керамика практически не разрушается. Основной поджигающий разряд возникает между катодом и анодом поджигающего устройства, которые разделены вакуумным промежутком. В результате этого исключается схватывание деталей системы поджига. Все детали, контактирующие с плазмой, выполнены иэ плаэмообраэующего материала, .".а исключением диэлектрической вставки, которая не подвергается заметной эрозии.

Это позволяет достичь высокой частоты

5 плазменного потока, что подтверждаетс результатами исследований углеродных покрытий, полученных с помощью предлагаемого генератора,