Электродуговой испаритель металлов

 

Использование: нанесение металлических покрытий и тонких пленок и может найти применение в электронной промышленности . Сущность изобретения: увеличение срока службы и надежности работы испарителя - достигается тем, что поджигающий электрод электродугового испарителя выполнен из ферромагнитного материала, а зазор между поджигающим электродом и катодом по поверхности изолятора выполнен в пределах 0,1-0,25 мм. Указанное выполнение электродов обеспечивает увод катодных пятен разряда от границы с ферромагнитным электродом и изолятором, что уменьшает эрозию изолятора и повышает срок его службы. 3 фиг.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 23 С 14/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4873819/21 (22) 18.07.90 (46) 30.04,93. Бюл. ¹ 16 (71) Институт ядерной физики СО АН СССР (72) Е.Д.Бендер (56) Патент США N- 3694691, кл, H 01 J 7/18, 1972.

Джилмаур мл., Локвуд, Импульсные генераторы металлической плазмы. — ТИИЭ Р, N. 8, т.60, 1972, с.68, рис.8б. (54) ЭЛ ЕКТРОДУГОВОЙ ИСПАРИТЕЛ Ь МЕТАЛЛОВ (57) Использование: нанесение металлических покрытий и тонких пленок и может найИзобретение относится к вакуумной технике и может быть использовано в электронной промышленности при нанесении металлических покрытий и тонких пленок, а также для получения глубокого безмасляноlo вакуума при помощи сорбционных насосов с электродуговыми испарителями геттера и может быть использовано в электронной промышленности.

Цель изобретения — повышение срока службы и надежности работы испарителя.

На фиг.1 показан общий вид электродугового йспарителя; на фиг.2 — вид сверху; на фиг.3 — топография магнитных силовых линий вблизи поджигающего электрода при работе испарителя, Электродуговой испаритель содержит цилиндрический катод 1, выполненный из испаряемого металла, поджигающий электрод 2, выполненный из ферромагнитного материала (сталь 3, армко и др,), изолятор 3, разделяющий участком поверхности 4 рабочую поверхность катода от поверхности

БЫ 1812240 А1 ти применение в электронной промышленности. Сущность изобретения; увеличение срока службы и надежности работы испарителя — достигается тем, что поджигающий электрод электродугового испарителя выполнен из ферромагнитного материала, а зазор между поджигающим электродом и катодом по поверхности изолятора выполнен в пределах 0,1 — 0.25 мм. Указанное выполнение электродов обеспечивает увод катодных пятен разряда от границы с ферромагнитным электродом и изолятором, что уменьшает эрозию изолятора и повышает срок сго службы, 3 фиг. поджигающего электрода. Анодом служит корпус вакуумной камеры 5. На фиг.3 изображено катодное пятно 6 и силовые линии

7 магнитного поля вокруг катодного пятна.

Испаритель работает следующим образом, После откачки вакуумной камеры между корпусом и катодом прикладывается напряжение 50 В, а между поджигающим электродом и катодом - импульс тока напряжением

150 В; Под действием этого импульса возни-. кают катодные пятна 6, обеспечивающие поджиг дугового разряда между катодом и корпусом. Магнитное поле 7, создаваемое катодным пятном, вблизи поджигающего электрода меньше с той стороны катодного пятна, которая ближе к границе с ферромагнитным материалом и больше с противоположной стороны. Поэтому, в соответствии с принципом максимум магнитного поля, катодные пятна движутся в сторону от границы с ферромагнитным электродом и быстро покидают область вблизи изолятора. Благо1812240 даря этому устраняется эрозия изолятора и сводится к минимуму эрозия материала катода вблизи изолятора.

Высокая надежность срабатывания, связанная с исчезновением опасности как очистки или растрескивания изолятора, так и закорачивания промежутка поджигающий электрод — катод, не снижается при уменьшении этого промежутка, поскольку чем ближе возникшее катодное пятно к ферромагнитному электроду, тем больше градиент магнитного поля, способствующий уводу катодного пятна от места возникновения.

Это позволяет значительно уменьшить .зазор между поджигающим электродом и катодом и вследствие этого снизить напряжение поджигающего импульса с 1000 до

100-200 В. При этом упрощается блок питания поджига и уменьшаются его габариты.

Пределы изменения зазора 4 по поверхности изолятора 3 от 0,1 до 0,2 мм обусловлены следующим.

Эффективный уход катодных пятен от места их возникновения при поджиге возможен тогда, когда скорость ретроградного движения близка к скорости хаотического движения, что соответствует насыщению этой скорости в зависимости ат магнитного поля.

При величине максимального зазора

Ь, равном 0,25 мм, из выражения

В-,и °,-— =г 10

1 -7 I

Г (где! — средний ток катодного пятна,1 80А, а r = 2 Л) получим В = 3,2 10 Ò, что соответствует примерно точке насыщения кривой зависимости скорости ретроградного движения от магнитного поля.

Поэтому в области, отстоящей от границы ферромагнитного экрана на расстоянии, большем 0,25 мм, данный эффект проявляется значительно слабее.

Таким образом, верхняя граница зазора обусловлена как стремлением уменьшить напряжение поджига, так и необходимостью исключить область размеров, в которой описываемый эффект проявляется недостаточно, Выбор нижнего предела размера зазора определяется возможностью закорачивания промежутка эа счет запыления поверхности материалом расходуемого катода. Опыт работы с испарителем показывает, что процессу запыления поверхности сопутствует процесс ее очистки разрядом в

10 момент поджига.

Однако следует исключить случай, когда закорачивание может возникнуть в течение одного импульса, т.к. после этого последующих поджигающих импульсов уже не возникнет, Толщина д нанесенной на поверхность пленки определяется из выражения х!1

20 где х — коэффициент массопереноса в вакуумной дуге (для титана, например, х = (3-5)

10 кг/кул;

1 — ток дуги (! = 50-1000 A);

t — продолжительность поджигающего импульса (t = 0,5-1 мс);

1 р — плотность материала катода (для титана р =4,5 10 кг/м ).

Нижний предел величины зазора Лonределим из условия д=Л, при котором может произойти замыкание поджигающего электрода с катодом.

Д =. (х Т Ч 10 ми 0,1 мм

Формула изобретения

Электродуговой испаритель металлов, содержащий расходуемый катод, анод, поджигающий электрод с изолятором, контак40 тирующим с катодом через зазор .по поверхности изолятора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения срока службы и надежности в работе испарителя, поджигающий электрод выполнен из

45 ферромагнитного материала, а зазор между поджигающим электродом и катодом по поверхности изолятора выполнен в пределах

0,1 — 0,25 мм.

1812240

Составитель С.Мирошкин

Техред М,Моргентал Корректор Н, Милюкова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1560 Тираж Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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