УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ Российский патент 1997 года по МПК H05H1/24 C23C14/30 

Изобретение относится к области плазменной техники, связанной с вакуумной металлизацией поверхностей и синтезом неорганических пленок в пучково-плазменном разряде, в частности к устройствам для плазмохимического нанесения покрытия.

Известны вакуумно-плазменные установки, состоящий из вакуумной камеры, в которой размещены электронная пушка, испаритель с твердым веществом, транспортно-позиционирующее устройство с обрабатываемыми деталями [1, 2]
Электронная пушка формирует электронный пучок, который с помощью магнитного поля направляется на твердое вещество, вследствие чего происходит его испарение. На обрабатываемые детали (изделия) подается электрический потенциал и в камеру напускается газ, в результате чего поджигается разряд.

Однако в процессе нанесения покрытия с использованием установки, описанной в источнике [2] и принятой в качестве прототипа, обязательно наличие двух физических объектов: постоянного (или ВЧ) потенциала для создания плазмы и электронного пучка с соответствующими для этого агрегатами, что значительно усложняет конструкцию устройства в целом.

Кроме этого, расположение электронной пушки внутри рабочей вакуумной камеры, где на катодах происходят интенсивные химические процессы, негативно влияет на состояние пушки, сокращая срок их службы.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание устройства для плазмохимического нанесения покрытия, позволяющего повысить качество покрытия и увеличить срок службы устройства в целом. Технический результат, достигаемый при реализации устройства, повышение надежности его работы за счет обеспечения долговременной работы катодов и минимальных потерь при транспортировке к рабочей вакуумной камере.

Для достижения указанного выше технического результата известное устройство для плазмохимического нанесения покрытия, содержащее вакуумную камеру с расположенными в ней твердым веществом и установочным элементом для обрабатываемого изделия, источник постоянного магнитного поля систему напуска рабочего газа и электронную пушку, установленную с возможностью формирования электронного пучка для испарения твердого вещества, снабжено вакуумными сопротивлениями, а вакуумная камера выполнена с вакуумным отсеком, разделенным с упомянутой камерой упомянутыми сопротивлениями, при этом электронная пушка выполнена с системой катодов, обеспечивающих формирование не менее двух электронных пучков, и установлена в вакуумном отсеке с возможностью направления электронных пучков через вакуумные сопротивления, по меньшей мере, одного электронного пучка в зону расположения твердого испаряемого тела для поддержания процесса его испарения и, по меньшей мере, одного из числа остальных электронных пучков в зону обрабатываемого изделия для поддержания в ней процесса плазмообразования.

Кроме этого, между камерой и вакуумным отсеком может быть выполнена перегородка, а каждое вакуумное сопротивление выполнено в виде диафрагмы, съемно установленной в перегородке на выходе электронного пучка.

Кроме этого, каждое вакуумное сопротивление может выть выполнено в виде набора диафрагм, установленных в перегородке на выходе электронного пучка.

Кроме этого, отверстие в диафрагме может иметь форму, идентичную поперечной конфигурации электронного пучка.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, необходимых и достаточных для достижения указанного технического результата.

На фиг.1 изображен общий вид устройство для плазмохимического нанесения покрытия.

На фиг. 2 изображен вариант выполнения устройство для плазмохимического нанесения покрытия.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.

Устройство для плазмохимического нанесения покрытия, согласно изобретению, содержит вакуумную камеру 1 (фиг.1) с расположенными в ней испаряемым твердым веществом 2 и установочным элементом 3 для закрепления обрабатываемого изделия или группы изделий. Установочный элемент может представлять собой транспортно-позиционирующий механизм, позволяющий установленные на нем изделия транспортировать в вакуумную камеру 1. Устройство имеет также источник 4 постоянного магнитного поля и систему 5 напуска рабочего газа.

В качестве источника 4 постоянного магнитного поля могут служит соленоиды, предназначенные для формирования и транспортирования электронных пучков.

Вакуумная камера 1 выполнена с вакуумным отсеком 6, отделенным от упомянутой камерой вакуумным сопротивлением, позволяющим поддерживать высокий вакуум в отсеке 6, увеличивая тем самым ресурс работы электронной пушки, размещенной в этом отсеке. С целью повышения технологичности конструкции между камерой 1 и отсеком 6 может быть выполнена перегородка 7 для расположения вакуумного сопротивления. При этом вакуумные сопротивления выполнены в виде установленных в перегородке 7 одной или набора съемных диафрагм 8, щели в которых имеют форму, идентичную поперечной конфигурации электронного пучка.

Электронная пушка 9 (фиг.1) устройства, установленная в вакуумном отсеке 6, выполнена с системой катодов, обеспечивающих формирование одного и более электронных пучков и направление их через вакуумные сопротивления соответственно в зону расположения твердого тела для поддержания процесса его испарения и в зону обрабатываемого изделия для поддержания в ней процесса плазмообразования.

На фиг. 2 изображен вариант выполнения устройства, согласно которому вакуумная камера 1 выполнена с двумя вакуумными отсеками 6, разделенным с упомянутой камерой упомянутыми сопротивлениями, а между камерой 1 и отсеками 6 выполнены перегородки 7 с установленными в них диафрагмами 8. В каждом вакуумном отсеке 6 установлена электронная пушка 9, выполненная с системой катодов, при этом одна пушка направляет электронный пучок в зону расположения твердого тела для поддержания процесса его испарения, а вторая электронная пушка в зоне 12 обрабатываемого изделия 13 для поддержания в ней процесса плазмообразования.

Устройство для плазмохимического нанесения покрытия работает следующим образом.

Производят разрежение вакуумной камеры 1 (фиг. 1, 2) и вакуумного отсека 6 до высокой степени вакуума, порядка 0,00001 0,0000001 мм рт. ст. и создают постоянное магнитное поле.

После этого формируют при помощи электронной пушки 9 (фиг. 1, 2) электронные пучки, которые по силовым линиям магнитного поля, проходя через вакуумное сопротивление, в частности через щель диафрагмы 8, инжектируются в вакуумную камеру 1, в которой находится рабочий газ, введенный при помощи системы напуска 5. Причем один электронный пучок 10 направляют в зону расположения твердого вещества для поддержания процесса его испарения, а второй пучок 11 в зону 12 обрабатываемого изделия 13 для поддержания в ней процесса плазмообразования.

Параметры газа и электронных пучков выбирают из условия обеспечения устойчивого горения пучково-плазменного разряда в области расположения обрабатываемых изделий, закрепленных на установленном элементе 3, а также необходимой скорости испарения твердого вещества.

Описанная схема позволяет, с одной стороны, формировать электронные пучки в глубоком вакууме, обеспечивая тем самым долговременную работу катодов и минимальные потери при транспортировке к рабочей вакуумной камере, а с другой стороны, обеспечить эффективный и регулируемый процессы плазмообразования в камере 1 с изделием.

Изобретение соответствует критерию "промышленная применимость", поскольку осуществимо с помощью известных материалов, средств производства и технологий.

Применение изобретения позволяет увеличить срок службы устройства при одновременном упрощении конструкции и обеспечении качественного нанесения покрытия на разнообразные изделия за счет разделения зоны плазмообразования и вакуумной зоны формирования электронного пучка, а также за счет использования в качестве генератора плазмы электронного пучка, характеристики которого соответствуют условиям устойчивого горения пучково-плазменного разряда.

Использование: в металлургической промышленности для вакуумной металлизации поверхностей и синтеза неорганических пленок в пучково-плазменном разряде, в частности в устройствах для плазмохимического нанесения покрытия. Сущность изобретения: устройство для плазмохимического нанесения покрытия снабжено вакуумными сопротивлениями, а вакуумная камера 1 выполнена с вакуумным отсеком 6, разделенным с упомянутой камерой упомянутыми сопротивлениями. Электронная пушка 9 выполнена с системой катодов, обеспечивающих формирование не менее двух электронных пучков, и установлена в вакуумном отсеке 6 с возможностью направления электронных пучков через вакуумные сопротивления соответственно в зону расположения твердого тела для поддержания процесса его испарения и в зону обрабатываемого изделия для поддержания в ней процесса плазмообразования. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для плазмохимического нанесения покрытия, содержащее вакуумную камеру с расположенными в ней твердым веществом и установочным элементом для обрабатываемого изделия, источник постоянного магнитного поля, систему напуска рабочего газа и электронную пушку, установленную с возможностью формирования электронного пучка для испарения твердого вещества, отличающееся тем, что оно снабжено вакуумными сопротивлениями, а вакуумная камера выполнена с вакуумным отсеком, разделенным с упомянутой камерой упомянутыми сопротивлениями, при этом электронная пушка выполнена с системой катодов, обеспечивающих формирование не менее двух электронных пучков, и установлена в вакуумном отсеке с возможностью прохождения через вакуумные сопротивления по меньшей мере одного электронного пучка в зону расположения твердого испаряемого тела для поддержания процесса его испарения и по меньшей мере одного из числа остальных электронных пучков в зону обрабатываемого изделия для поддержания в ней процесса плазмообразования. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что между камерой и отсеком выполнена перегородка, а каждое вакуумное сопротивление выполнено в виде съемной диафрагмы, установленной в перегородке на выходе электронного пучка. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждое вакуумное сопротивление выполнено в виде набора диафрагм, установленных в перегородке на выходе электронного пучка. 4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что отверстие в вакуумном сопротивлении имеет форму, идентичную поперечной конфигурации электронного пучка.