ВАКУУМНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1994 года по МПК C23C14/00 

Изобретение относится к оборудованию для обработки материалов с подогревом и может быть использовано для термообработки металлов и сплавов, сварных швов, диффузионной сварки и пайки, азотирования в газовом разряде.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вакуумная печь, в которой нагрев изделий осуществляется электронами несамостоятельного двухступенчатого вакуумно-дугового разряда. Вакуумная печь содержит камеру с многослойным теплоизолирующим экраном, токоподводы, соединенные с полюсами источника тока, держатель изделий и высоковакуумный насос. Высоковакуумный насос выполнен электродуговым, токоподвод, соединенный с отрицательным полюсом источника тока, подключен к внутреннему слою теплоизолирующего экрана, а токоподвод, соединенный с положительным полюсом источника тока, подключен к держателю изделия.

Недостаток печи заключается в следующем. В процессе работы вакуумная камера печи заполняется газовой плазмой, при этом вакуумная камера приобретает отрицательный потенциал относительно газовой плазмой, при этом вакуумная камера приобретает отрицательный потенциал относительно газовой плазмы. Поскольку стенки вакуумной камеры не являются идеально чистыми, то возможно появление на ее поверхности участков, на которых под воздействием газовой плазмы и потенциала между камерой и плазмой образуются катодные пятна. При образовании катодных пятен источник питания, включенный между держателями изделий и внутренним теплоизолирующим экраном, начинает поддерживать образовавшийся разряд. Сила тока в разряде определяется напряжением источника питания и параметрами внешней цепи, т. е. в зависимости от мощности печи может достигать десятков и сотен ампер. При этом катодом разряда становится не катод электродугового насоса, а внутренний экран. Если не выключить источник питания, то катодные пятна могут прожечь экран.

Целью изобретения является повышение надежности работы вакуумной печи.

Цель достигается тем, что в вакуумной печи, содержащей камеру, держатель изделий, имеющий изолированный от камеры токоподвод и электродуговой насос, имеющий анод и расходуемый катод из геттерного материала, источник питания насоса, источник питания несамостоятельного газового разряда, причем положительный полюс подключен к токоподводу держателя изделий, положительный полюс источника питания насоса и отрицательный полюс источника питания несамостоятельного газового разряда соединены вместе и посредством диода подключены к вакуумной камере.

На чертеже изображена схема вакуумной печи, содержащей вакуумную камеру 1, на фланце 2 которой установлен электродуговой титановый насос, содержащий камеру-анод 3, интегрально холодный катод 4 вакуумно-дугового разряда и шевронную ловушку 5, препятствующую попаданию испаряемых с поверхности катода 4 паров титана в вакуумную камеру 1. В вакуумной камере установлен держатель 6 изделий 7 и имеется игольчатый натекатель 8 для подачи рабочего газа. Электропитание электродугового насоса осуществляется от источника 9 питания постоянного тока. Возбуждение несамостоятельного дугового разряда производится с помощью источника 10 питания постоянного тока. Положительный полюс источника 9 питания, отрицательный полюс источника 10 питания и анод диода 11 соединены вместе, а катод диода 11 соединен с вакуумной камерой.

Последняя заполнена газовой плазмой 12.

Работает печь следующим образом.

Вакуумная камера 1 системой форвакуумной откачки (на чертеже не показана) откачивается до давления не выше 1 Па, затем включается источник 9 питания и возбуждается дуговой разряд в электродуговом насосе. Разряд в насосе возбуждается между катодом 4 из титана и камерой-анодом 3. В результате с поверхности катода 4 испаряется титан, который, осаждаясь на шевронной ловушке 5 и внутренних стенках камеры-анода 3, откачивает газы. Шевронная ловушка 5 электродугового насоса задерживает частицы титана, которые движутся с поверхности катода по прямолинейным траекториям. После откачки вакуумной камеры в нее с помощью игольчатого натекателя напускается рабочий газ (им может быть инертный газ либо какой-нибудь другой, например азот) до давления 10-2 - 10 Па и включается источник 10 питания. При этом в вакуумной камере 1 возбуждается несамостоятельный газовый разряд. Разряд существует между катодом 4 электродугового насоса, держателем 6 и изделием 7, являющимся анодом. Под воздействием электрического поля, создаваемого внутри вакуумной камеры 1 при помощи источника 10 питания, с границы металлической плазмы, формируемой внутри шевронной ловушки 5, извлекаются электроны, которые устремляются к аноду (изделиям 7 и держателю 6). По пути к аноду электроны ионизируют рабочий газ, образуя внутри объема камеры 1 газовую плазму, а также прогревают поверхность изделия. Диод 11 не препятствует горению разряда между камерой-анодом 3 и катодом 4. В то же время при образовании униполярной вакуумной дуги между камерой 1, заряженной отрицательно относительно газовой плазмы 12, заполняющей пространство вакуумной камеры, и диодом 11 последней препятствует подпитке этой дуги источником 10 питания, поскольку диод 11 при такой полярности является запертым. Таким образом, возникшая относительно слаботочная униполярная дуга не перестает в дуговой разряд, питаемый источником 10 питания, как это было в прототипе.

Работоспособность заявляемой вакуумной печи проверялась в печи для плазменного азотирования, имеющей следующие размеры вакуумной камеры: диаметр 500 мм, длину 500 мм. Для откачки печи применен электродуговой насос быстротой откачки 2000 л/с. Источник 9 питания электродугового насоса позволяет получить ток 60 А при напряжении 30 В. Источник 10 питания имеет напряжение 100 В и силу тока 60 А. В цепь источника 10 питания включен ограничивающий ток резистор. Рабочее давление азота, при котором производится процесс азотирования, примерно 5˙10^-2 Па.

При работе печи иногда возникают униполярные дуги, однако поскольку они не подпитываются источником 10 питания, то они самопроизвольно загасают. При исключении диода из схемы (источники 10 и 9 непосредственно соединяются с вакуумной камерой 1) возникающая униполярная дуга переходит в дуговой разряд с катодным пятном на внутренней поверхности вакуумной камеры, питаемый от источника 10 питания. При этом начинает испаряться материал камеры и поверхность изделия загрязняется. (56) Арзамасов Б. Н. Химико-термическая обработка металлов в активизированных газовых средах. М. : Машиностроение, 1979, с. 118-124, рис. 65.

Изобретение относится к оборудованию для обработки материалов с подогревом и может быть использовано для термообработки металлов и сплавов, сварных швов, диффузионной сварки и пайки, азотирования в газовом разряде. Сущность изобретения: вакуумная печь содержит вакуумную камеру 1, держатель 6 изделий 7, имеющий изолированный от камеры токоподвод, и электродуговой насос, имеющий камеру-анод 3, интегрально-холодный расходуемый катод 4 из геттерного материала, при этом положительный полюс источника питания насоса и отрицательный полюс источника питания несамостоятельного газового разряда соединены вместе и посредством диода подключены к вакуумной камере. 1 ил.

ВАКУУМНАЯ ПЕЧЬ , содеpжащая камеpу, деpжатель изделий с изолиpованным от камеpы токовводом и электpодуговой насос, имеющий анод и pасходуемый катод из геттеpного матеpиала, источник питания насоса, источник питания несамостоятельного газового pазpяда, положительная клемма котоpого подключена к токоподводу деpжателя изделий, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности в pаботе, положительная клемма источника питания насоса и отpицательная клемма источника питания несамостоятельного газового pазpяда соединены, пpичем к общей точке их соединения включен диод, подключенный дpугим выходом к стенке вакуумной камеpы.