Источник металлической плазмы (варианты)



Источник металлической плазмы (варианты)
Источник металлической плазмы (варианты)

 


Владельцы патента RU 2601725:

Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Изобретение относится к источникам металлической плазмы (варианты) и может быть использовано для нанесения защитных, упрочняющих и декоративных покрытий методом катодного распыления на внутренние поверхности изделий, в частности на внутренние поверхности тел вращения, как открытых, так и закрытых с одной стороны. Источник металлической плазмы (ИМП) содержит установленные в вакуумной камере охлаждаемый катод из испаряемого металла, анод в виде вертикальных пластин и источник питания, соединенный токоподводами с анодом и катодом. ИМП имеет экраны и датчики ионного тока, соединенные с источником питания. Катод по одному из вариантов имеет перевернутую U-образную форму. Экраны выполнены в виде пластин, расположенных вдоль всей нерабочей поверхности катода. Две параллельные пластины выполнены повторяющими форму катода и соединены пластиной, расположенной во внутренней полости катода, каждое основание которого соединено с токоподводом. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для нанесения покрытий в вакууме и может быть использовано в различных отраслях промышленности для нанесения защитных, упрочняющих и декоративных покрытий методом катодного распыления на внутренние поверхности изделий, в частности на внутренние поверхности тел вращения, как открытых, так и закрытых с одной стороны (например, цилиндров, открытых только с одной стороны, внутренние поверхности конических, параболических, сферических тел вращения).

Известен электродуговой испаритель токопроводящих материалов, который содержит установленные в вакуумной камере катод из испаряемого материала, экран, датчики ионного тока и источник питания, соединенный токоподводами с анодом и катодом. Вакуумная камера является анодом, катод вытянут вдоль своей продольной оси и имеет поверхность испарения, вытянутую вдоль его продольной оси. Поверхность испарения катода ограничивается изолированным от катода экраном. Катод имеет на своих концах токоподводы, выведенные через изоляторы, вмонтированные в стенки камеры. Токоподводы подключены к управляемым ключам, электрически связанным через индивидуальные элементы включения с блоком управления и соединенным с отрицательными полюсами соответствующих источников постоянного тока, положительные полюса которых соединены с вакуумной камерой. Блок управления содержит также средство определения и управления положением катодного пятна, электрически связанное с концевыми датчиками (датчиками ионного тока) (РФ №2404284, МПК С23С 14/24, опубл. 2010 г.).

Испаритель снабжен электромагнитным устройством, выполненным с возможностью регулирования скорости перемещения области испарения материала с поверхности катода и размеров области испарения. Экран может быть выполнен в виде тонкостенного, открытого со стороны испарения материала катода кожуха коробчатой формы.

Данный испаритель обеспечивает стабильные условия работы вакуумно-плазменной установки: ионно-плазменную обработку и нанесение покрытий на детали машин и аппаратов, а также на внутренние поверхности деталей - тел вращения с соотношением диаметра к высоте не более 0,5. Однако конструкция данного испарителя не позволяет ему наносить покрытия на внутренние поверхности сложных тел вращения как открытых, так и закрытых с одной стороны.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является известный из патента РФ №2280709, МПК С23С 14/35, 14/54, опубл. 2006 г., источник металлической плазмы (ИМП), содержащий установленные в вакуумной камере охлаждаемый катод из испаряемого металла, анод в виде вертикальных пластин, превышающих длину катода и расположенных по окружности вдоль катода, и источник питания, соединенный токоподводами с анодом и катодом.

Катод выполнен в виде пустотелого цилиндра с полусферической вершиной, пластины анода превышают длину катода, повторяя его форму, и соединены в верхней части металлическим кольцом. В полости катода размещена магнитная система управления движением катодного пятна в виде многосекционной катушки, которая установлена на магнитопровод в виде стальной трубы. В секциях катушки размещены соленоиды, перемещение катодных пятен дугового разряда происходит под действием результирующего магнитного поля включенных соленоидов катушки.

В катоде установлен двухслойный водоохлаждаемый корпус, повторяющий форму катода и охватывающий магнитную систему управления. Установка содержит блок управления движением катодного пятна, который состоит из программируемого устройства, блока обратной связи, регулируемого многоканального источника тока, источника тока дуги и источника постоянного тока.

Данное устройство обеспечивает высокое качество наносимого покрытия на внутренние поверхности тел вращения как открытых, так и закрытых с одной стороны и позволяет наносить покрытия на внутренние поверхности сложных тел вращения. Однако в конструкции данного источника используется сложная система многосекционных магнитных катушек, которая управляет процессом нанесения покрытия с помощью ПЭВМ, что существенно повышает себестоимость источника и снижает стабильность его работы.

Технический результат - создание более простой конструкции источника металлической плазмы и повышение стабильности его работы при повышении качества наносимого покрытия на внутренние поверхности тел вращения как открытых, так и закрытых с одной стороны.

Сущность первого варианта заключается в том, что в источнике металлической плазмы, который содержит установленные в вакуумной камере охлаждаемый катод из испаряемого металла, анод в виде вертикальных пластин, превышающих длину катода и расположенных по окружности вдоль катода, и источник питания, соединенный токоподводами с анодом и катодом, особенность заключается в том, что источник плазмы снабжен дугогасящими экранами и датчиками ионного тока, соединенными с источником питания, катод имеет перевернутую U-образную форму и снабжен дополнительным токоподводом, соединенным с источником питания, а экраны выполнены в виде пластин, расположенных вдоль всей нерабочей поверхности катода: двух параллельных пластин, повторяющих форму катода и соединенных пластиной, расположенной во внутренней полости катода.

Всей совокупностью перечисленных признаков обеспечивается оптимальный режим управления движением катодного пятна. Этого добились за счет следующего: для ограничения зоны перемещения катодных пятен выполнили катод перевернутой U-образной формы и снабдили ИМП дугогасящими экранами и датчиками ионного тока, соединенными с источником питания. Таким образом, применив принцип автоуправления, достигли стабильного перемещения катодных пятен по рабочей поверхности катода и обеспечили создание простой конструкции ИМП, повысив стабильность его работы наряду с повышением качества наносимого покрытия на внутренние поверхности тел вращения как открытых, так и закрытых с одной стороны.

Сущность второго варианта изобретения заключается в том, что в источнике металлической плазмы, который содержит установленные в вакуумной камере охлаждаемый катод из испаряемого металла, анод в виде вертикальных пластин, превышающих длину катода и расположенных по окружности вдоль катода, и источник питания, соединенный токоподводами с анодом и катодом, особенность заключается в том, что источник плазмы снабжен дугогасящими экранами и датчиками ионного тока, соединенными с источником питания, катод имеет перевернутую V-образную форму и снабжен дополнительным токоподводом, соединенным с источником питания, а экраны выполнены в виде пластин, расположенных вдоль всей нерабочей поверхности катода: двух параллельных пластин, повторяющих форму катода и соединенных пластиной, расположенной во внутренней полости катода.

Принцип действия источника металлической плазмы по второму варианту аналогичен работе ИМП по первому варианту. А достигаемый при этом технический результат такой же, как и при осуществлении устройства по первому варианту. Отличие заключается в том, что осуществление способа по второму варианту позволяет наносить более качественное покрытие на изделия переменного диаметра.

При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков от прототипа, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. В результате поиска не выявлены технические решения с этими признаками. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлен общий вид источника металлической плазмы по первому варианту.

На фиг. 2 показан источник в разрезе А-А.

На фиг. 3 представлен общий вид источника металлической плазмы по второму варианту.

Источник металлической плазмы по первому варианту содержит охлаждаемый катод 1 из испаряемого металла и анод в виде вертикальных пластин 2, установленные в вакуумной камере 3 (фиг. 1-2). Пластины 2 анода расположены по окружности вдоль катода и превышают длину катода. Катод 1 имеет перевернутую U-образную форму и может быть выполнен составным из нескольких частей в виде параллелепипедов, соединенных в верхней части аркой. Каждая часть катода при этом может быть выполнена из различного металла. Катод имеет канал охлаждения, который выполнен в виде трубки 4, установленной на внутренней поверхности катода и повторяющей его форму.

Источник плазмы содержит дугогасящие экраны 5, датчики ионного тока 6, 7, размещенные на противоположных концах катода 1, и источник питания 8. Дугогасящие экраны 5 выполнены в виде двух параллельных пластин, повторяющих форму катода и соединенных пластиной, расположенной во внутренней полости катода. Пластины экранов 5 расположены вдоль всей нерабочей поверхности катода 1 и крепятся к катоду через изоляторы 9. Датчики ионного тока 6, 7, определяющие положение катодного пятна, соединены с источником питания 8. Источник питания соединен токоподводами с анодом и катодом: одним токоподводом 10 с анодом и двумя токоподводами 11, 12 с каждым основанием катода.

В нижней части катода расположено экранирующее кольцо 13, под которым установлены поджигающие электроды 14, 15, расположенные на противоположных концах катода 1, для инициирования дугового разряда. Экранирующее кольцо 13 исключает существование катодных пятен в нерабочей зоне катода - ниже поджигающих электродов 14, 15.

Вакуумная камера 3 содержит поворотное устройство 16 для установки обрабатываемой детали 17.

Источник металлической плазмы по второму варианту содержит охлаждаемый катод 1 из испаряемого металла и анод в виде вертикальных пластин 2, установленные в вакуумной камере 3 (фиг. 3). Пластины 2 анода расположены по окружности вдоль катода и превышают длину катода. Катод 1 имеет перевернутую V-образную форму и может быть выполнен составным из нескольких частей в виде параллелепипедов. Каждая часть катода при этом может быть выполнена из различного металла. Катод имеет канал охлаждения, который выполнен в виде трубки 4, установленной на внутренней поверхности катода и повторяющей его форму.

Источник плазмы содержит дугогасящие экраны 5, датчики ионного тока 6, 7, размещенные на противоположных концах катода 1, и источником питания 8. Дугогасящие экраны 5 выполнены в виде двух параллельных пластин, повторяющих форму катода и соединенных пластиной, расположенной во внутренней полости катода. Пластины экранов 5 расположены вдоль всей нерабочей поверхности катода 1 и крепятся к катоду через изоляторы 9 (фиг. 2). Датчики ионного тока 6, 7, определяющие положение катодного пятна, соединены с источником питания 8. Источник питания соединен токоподводами с анодом и катодом: одним токоподводом 10 с анодом и двумя токоподводами 11, 12 с каждым основанием катода.

В нижней части катода расположено экранирующее кольцо 13, под которым установлены поджигающие электроды 14, 15, расположенные на противоположных концах катода 1, для инициирования дугового разряда. Экранирующее кольцо 13 исключает существование катодных пятен в нерабочей зоне катода - ниже поджигающих электродов 14, 15.

Вакуумная камера 3 содержит поворотное устройство 16 для установки обрабатываемой детали 17.

Устройство по первому варианту работает следующим образом. Источник плазмы устанавливается в вакуумную камеру 3, на поворотное устройство 16 устанавливается обрабатываемая деталь 17, которая охватывает анод 2. Между катодом 1 (токоподвод 11) и анодом 2 (токоподвод 10) создается электрическое поле от источника питания. Затем поджигающий импульс, который через поджигающий электрод 14 инициирует электродуговой разряд между катодом и анодом. Катодные пятна перемещаются по рабочей поверхности катода, ограниченной дугогасящими экранами, от поджигающего электрода 14 в сторону катодного токоподвода 11. Достигая датчика ионного тока 7, источник питания переключает катодный потенциал с токоподвода 11 на токоподвод 12. Катодное пятно перемещается по поверхности катода в сторону катодного токоподвода 12. Достигая датчика ионного тока 6, источник питания 8 переключает катодный потенциал, и цикл повторяется.

Устройство по второму варианту работает аналогично устройству по первому варианту, отличие заключается в том, что устройство по второму варианту позволяет наносить более качественное покрытие на детали конусной формы.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в машиностроительной промышленности для нанесения защитных, упрочняющих и декоративных покрытий на внутренние поверхности сложных тел вращения;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

1. Источник металлической плазмы, содержащий установленные в вакуумной камере охлаждаемый катод из испаряемого металла, анод , выполненный в виде вертикальных пластин с длиной, превышающей длину катода, и расположенных по окружности вдоль катода, и источник питания, соединенный токоподводами с анодом и катодом, отличающийся тем, что он снабжен экранами и датчиками ионного тока, соединенными с источником питания, катод выполнен перевернутой U-образной формой и снабжен дополнительным токоподводом, соединенным с источником питания, а экраны выполнены в виде пластин, расположенных вдоль всей нерабочей поверхности катода, при этом две пластины, расположенные параллельно, повторяют форму катода и соединены пластиной, расположенной во внутренней полости катода, каждое основание которого соединено с токоподводом источника питания.

2. Источник металлической плазмы, содержащий установленные в вакуумной камере охлаждаемый катод из испаряемого металла, анод, выполненный в виде вертикальных пластин с длиной, превышающей длину катода, и расположенных по окружности вдоль катода, и источник питания, соединенный токоподводами с анодом и катодом, отличающийся тем, что он снабжен экранами и датчиками ионного тока, соединенными с источником питания, при этом катод выполнен перевернутой V-образной формой и снабжен дополнительным токоподводом, соединенным с источником питания, а экраны выполнены в виде пластин, расположенных вдоль нерабочей поверхности катода, причем две пластины расположены параллельно, выполнены формой, повторяющей форму катода, и соединены пластиной, расположенной во внутренней полости катода, каждое основание которого соединено с токоподводом источника питания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нанесения покрытий, к способу обеспечения импульсов мощности с линейно изменяемым интервалом импульсов мощности для распылительных катодов PVD, которые разделены на частичные катоды, при этом действующие на частичных катодах интервалы импульсов мощности выбраны таким образом, что они перекрываются.

Изобретение относится к установке для нанесения покрытий на поверхности деталей. Внутри корпуса вакуумной камеры установлен, по меньшей мере, один источник распыляемого материала, выполненный в виде N магнетронов, где N - целое число и N>1, и ионный источник.

Изобретение относится к совместному распылению сплавов и соединений и к установке для упомянутого распыления и может быть использовано для получения пленок с требуемыми свойствами.

Изобретение относится к способу и устройству для нанесения на подложку сплава, состоящего из одного первого и одного второго материала в качестве компонентов сплава с переменным их соотношением и к мишени для нанесения на подложку сплава.

Изобретение относится к области нанесения тонких пленок в вакууме и может быть использовано, например, в микроэлектронике. Устройство содержит вакуумную камеру и магнитную систему.

Изобретение относится к способу и устройству ионно-плазменного нанесения многокомпонентных пленочных покрытий. .

Изобретение относится к травлению в вакууме при помощи магнетронного распыления. .

Изобретение относится к способу травления магнетронным распылением в вакуумной камере (2) металлической полосы (4), движущейся на опорном валке (3) напротив противоэлектрода (5).

Изобретение относится к источнику фильтрованной плазмы вакуумной дуги (варианты) и способу создания фильтрованной плазмы. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к распылительному катоду для процессов нанесения покрытий в вакуумной камере, и может найти применение в машиностроении при изготовлении изделий с нанесенным покрытием.

Способ включает размещение изделия с жаростойким покрытием в камере распыления, заполненной смесью кислорода и инертного газа, нагрев изделия, магнетронное распыление мишени из сплава на основе циркония с образованием керамического слоя и термообработку изделия и отличается тем, что нагрев изделия осуществляют хотя бы частично потоком газоразрядной магнетронной плазмы до температуры 200-800°C и используют мишень из сплава циркония, иттрия, гадолиния и гафния следующего состава, мас.%: иттрий - 6-10, гадолиний - 6-10, гафний 3-7, цирконий - остальное.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологии упрочнения и повышения износостойкости лопаток компрессоров газотурбинных двигателей. Способ ионно-плазменного нанесения многослойного покрытия на изделия из алюминиевых сплавов включает предварительную полировку и очистку поверхности изделия в ультразвуковой ванне, очистку ионами аргона с последующей ионной имплантацией азота в поверхностный слой изделия и осаждением слоев нитрида титана.
Изобретение относится к области электрохимии, а именно к способам модификации электрохимических катализаторов на углеродном носителе, применяемых для электролизеров или топливных элементов с твердым полимерным электролитом (ТПЭ).

Изобретение относится к установке для нанесения покрытий на поверхности деталей. Внутри корпуса вакуумной камеры установлен, по меньшей мере, один источник распыляемого материала, выполненный в виде N магнетронов, где N - целое число и N>1, и ионный источник.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения покрытий с использованием магнетронного распыления металлов, и может быть использовано для получения износостойких покрытий металлических деталей трения, в частности для компрессора газотурбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.
Изобретение может быть использовано в производстве деталей турбинных двигателей и установок, которые требуют формирования на рабочих поверхностях покрытий, имеющих высокое значение адгезии и когезии.

Изобретение относится к области физики наноразмерных структур, а именно способу получения тонких металлических пленок, которые могут быть использованы в качестве тест объектов оптических приборов.
Наверх