УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИОННОЙ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА Российский патент 2015 года по МПК H01J37/00 

Изобретение относится к ионно-лучевым приборам и устройствам, применяемым для нанесения электропроводящего покрытия из дорогостоящих материалов с малым удельным сопротивлением на внутренние поверхности изделий миллиметрового диапазона, в которых толщина скин-слоя должна быть 3…4 мкм.

Известно «Устройство для ионной обработки внутренних поверхностей объектов миллиметрового диапазона» [Заявка на изобретение №2011112582 RU от 01.04.2011, МПК H01J 37/30, опубликована 27.05.2013], принятое в качестве прототипа. Устройство содержит источник ионов, снабженный электродами электрической дуги, имеющий насадки из имплантируемого материала. Источник ионов через шток механически соединен с управляемым электроприводом пошагового перемещения, вход управления которым соединен с выходом блока сравнения, один вход которого соединен с блоком электронной программы обработки, другой вход блока сравнения соединен с выходом измерителя эквивалентного заряда, дифференциальные входы которого соединены с измерительным резистором катионного тока, включенным между механически соединенными со штоком скользящими контактами электрического поля, скрещенного с электромагнитным полем электрической дуги, и минусовой клеммой блока питания, плюсовая клемма которого соединена с одним выводом переменного напряжения блока питания и с одним электродом электрической дуги источника ионов, а другой электрод электрической дуги через выполненный в виде спирали провод соединен с другим выводом переменного напряжения блока питания.

Недостатком устройства является невысокое качество нанесенного электропроводящего покрытия. Пошаговое перемещение источника ионов вызывает в полученном покрытии появление неровностей - впадин и выступов, которые образуются из-за того, что размер покрытия, наносимого при каждом шаге, реально оказывается больше или меньше длины шага перемещения источника ионов. Такое покрытие будет существенно искажать электромагнитные волны и информацию, передаваемую изделием.

Задачей изобретения является повышение качества нанесенного на внутренние поверхности изделия электропроводящего покрытия путем обеспечения равномерного перемещения источника ионов вдоль обрабатываемой поверхности в процессе имплантации электропроводящего материала

Поставленная задача решена тем, что устройство для ионной обработки внутренних поверхностей изделий миллиметрового диапазона, содержащее источник ионов, снабженный электродами электрической дуги, на которых имеются насадки из имплантируемого материала, причем источник ионов через шток механически соединен с управляемым электроприводом перемещения, вход управления которым соединен с выходом блока сравнения, один вход которого соединен с блоком электронной программы обработки, другой вход блока сравнения соединен с выходом измерителя эквивалентного заряда, дифференциальные входы которого соединены с измерительным резистором катионного тока, включенным между механически соединенными со штоком скользящими контактами электрического поля и минусовой клеммой блока питания, плюсовая клемма которого соединена с одним выводом переменного напряжения блока питания и с одним электродом электрической дуги источника ионов, а другой электрод электрической дуги через выполненный в виде спирали провод соединен с другим выводом переменного напряжения блока питания, согласно изобретению дополнительно содержит реверсивные выключатели, выходы которых соединены с соответствующими входами управляемого электропривода равномерного перемещения, а выход блока сравнения соединен с управляющим входом блока питания.

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже представлена схема устройства для ионной обработки внутренних поверхностей изделий миллиметрового диапазона.

Устройство содержит помещенный в обрабатываемое изделие 1 источник ионов 2, выполненный на изоляционном жаропрочном основании, на котором закреплены электроды электрической дуги 3, изготовленные из тугоплавкого материала, с насадками 4 из имплантируемого материала. На торцах изделия устанавливают торцевой фланец 5 с вакуумным вентилем и вакуумным уплотнением и торцевой фланец 14. В торцевых фланцах 5 и 14 установлены переключатели реверса 16. В торцевом фланце 5 скользит шток 6, механически соединенный с источником ионов 2, равномерно передвигаемый управляемым электроприводом 7, вход управления которым соединен с выходом блока сравнения 9, а входы реверса электропривода соединены с соответствующими переключателями реверса 16. К одному входу блока 9 подключен выход блока 8 электронной программы обработки, к другому входу подключен выход измерителя эквивалентного заряда 10 имплантированных ионов, дифференциальные входы которого соединены с измерительным резистором 12 катионного тока, включенным между скользящими контактами 11 электрического (Е) поля, механически соединенными со штоком 6, и минусовой клеммой блока питания 13, в котором плюсовая клемма соединена с одним из выводов переменного напряжения и одним электродом 3. В торцевом фланце 14 расположен переключатель реверса 16 и гибкий провод 15 в виде спирали, соединенный с другим электродом 3 электродугового источника ионов и другим выводом переменного напряжения блока питания 13, вход управления которого соединен с выходом блока сравнения 9.

Работает устройство следующим образом. Обрабатываемый объект 1 герметично закрывают торцевыми фланцами 5 и 14. Источник ионов 2 устанавливают в упор с переключателем 16 на фланце 14 и вводят требуемую программу обработки в блок электронной программы 8. В образованном герметичном объеме создают разряжение порядка 10^-6 кг/см². Подают переменное напряжение от блока питания 13 через провод 15 в виде спирали на электроды 3 с насадками 4, между которыми происходит электрический разряд, ионизация разряженного газа, бомбардировка ионами газа насадок 4 и образование ионов имплантируемого материала. Под действием постоянного электрического (Е) поля, скрещенного с полем электрической дуги, между электродом 3, соединенным с плюсовой клеммой блока питания 13, и обрабатываемой поверхностью, находящейся под потенциалом минусовой клеммы блока питания, передаваемым через скользящие контакты 11 (Е) поля на обрабатываемые поверхности, катионы имплантируемого металла устремляются на обрабатываемую поверхность объекта 1, адгезируя с обрабатываемой поверхностью. Одновременно с нанесением покрытия производится равномерное перемещение источника ионов вдоль обрабатываемой поверхности от фланца 14 к фланцу 5 с помощью управляемого электропривода 7. Источник ионов 2 доходит до переключателя 16 на фланце 5, включает его, в результате этого происходит реверс электропривода 7, и источник ионов 2 начинает движение в обратную сторону от фланца 5 к фланцу 14. Через скользящие контакты 11, синхронно перемещаемые с источником ионов вдоль обрабатываемой поверхности, и измерительный резистор 12 катионного тока идет электрический ток, пропорциональный потоку катионов, имплантируемых на обрабатываемую поверхность. Напряжение (разность потенциалов) на резисторе 12, пропорциональное катионному току, подается на дифференциальные входы измерителя эквивалентного заряда 10, где умножается на временной интервал обработки поверхности. В результате получаем эквивалентный электрический заряд, пропорциональный количеству имплантированных ионов на обрабатываемую поверхность. Это количество сравнивается в блоке 9 с заданным количеством в электронном программном блоке 8. При равенстве значений измерительного и программного блока из блока сравнения 9 подается команда на остановку электропривода 7 и выключение блока питания 13.

Равномерное перемещение источника ионов вдоль обрабатываемой поверхности дает возможность имплантировать материалы на внутреннюю поверхность равномерно без образования впадин и выступов по всей длине изделия. Размеры источника ионов меньше размеров обрабатываемой поверхности изделия, что позволяет помещать источник ионов внутри изделия и обрабатывать его внутренние поверхности. Качество обработки внутренних поверхностей контролируется в процессе обработки по эквивалентному заряду, пропорциональному количеству имплантируемых катионов, путем измерения напряжения, создаваемого ионным током катионов, имплантированных на обрабатываемые поверхности, поэтому количество имплантированных катионов соответствует количеству заданному электронной программой.

Устройство для ионной обработки внутренних поверхностей изделий миллиметрового диапазона предназначено для нанесения внутреннего электропроводящего покрытия из дорогостоящих материалов с малым удельным сопротивлением, в котором толщина скин-слоя должна быть 3…4 мкм. Устройство содержит источник ионов (2), который размещен в образованном между обрабатываемым изделием (1) и торцевыми фланцами (5, 14) герметичном объеме. В торцевых фланцах (5) и (14) установлены переключатели реверса (16). Электроды электрической дуги (3) источника ионов снабжены насадками (4) из имплантируемого металла. В торцевом фланце (5) скользит шток (6), перемещающий источник ионов при помощи управляемого электропривода (7) равномерного перемещения, вход управления которого соединен с выходом блока сравнения (9), один вход которого соединен с блоком (8) электронной программы обработки, другой его вход соединен с выходом измерителя эквивалентного заряда (10), дифференциальные входы которого соединены с измерительным резистором (12), включенным между скользящими контактами (11), механически соединенными со штоком (6) и минусовой клеммой блока питания (13), плюсовая клемма которого соединена с одним электродом (3) электрической дуги и с одним из выводов переменного напряжения блока питания, другой вывод переменного напряжения через провод в виде спирали (15), размещенный во фланце (14), соединен с другим электродом электрической дуги. В процессе обработки изделия источник ионов (2) доходит до переключателя реверса (16) на фланце (5), включает его, в результате чего происходит реверс электропривода (7), и источник ионов 2 начинает движение в обратную сторону от фланца (5) к фланцу (14). Технический результат - повышение качества обработанных поверхностей за счет того, что электропривод обеспечивает равномерное перемещение источника ионов вдоль обрабатываемой поверхности. 1 ил.

Устройство для ионной обработки внутренних поверхностей изделий миллиметрового диапазона, содержащее источник ионов, снабженный электродами электрической дуги, на которых имеются насадки из имплантируемого материала, причем источник ионов через шток механически соединен с управляемым электроприводом перемещения, вход управления которым соединен с выходом блока сравнения, один вход которого соединен с блоком электронной программы обработки, другой вход блока сравнения соединен с выходом измерителя эквивалентного заряда, дифференциальные входы которого соединены с измерительным резистором катионного тока, включенным между механически соединенными со штоком скользящими контактами электрического поля и минусовой клеммой блока питания, плюсовая клемма которого соединена с одним выводом переменного напряжения блока питания и с одним электродом электрической дуги источника ионов, а другой электрод электрической дуги через выполненный в виде спирали провод соединен с другим выводом переменного напряжения блока питания, отличающееся тем, что дополнительно содержит переключатели реверса, выходы которых соединены с соответствующими входами управляемого электропривода равномерного перемещения, а выход блока сравнения соединен с управляющим входом блока питания.