Вакуумно-дуговое устройство Советский патент 1983 года по МПК H05H1/26 

Изобретение относится к плазменным устройствам, используемым для очистки, травления,.декорирования поверхностей, распыления геттера и т.п. Известны вакуумно-дуговые Ьлазмен ные устройства, содержащие анод, катод, поджигающее устройство и магнитнуго систему стабилизации разряда 1 Однако такие устройства генерирую широкий расходящийся поток плазмы и коэффициент использования рабочего вещества у них невелик. Наиболее близким к предлагаемому является вакуумно-дугойое устройство содержащее анод виде трубы, соленоид, расположенные снаружи анода, катод, рабочий торец которого размещен у торца анода, подложкодержатель расположенный у противоположного тор ца, и поджигающий электрод, установ. ленный вблизи , боковой поверхности катода {2 . Недостатком известного устройства является то, что часть ионного компонен та плазменного потока отражается от электромагнитного барьера, возникающего во время работы устрой ства вследстиё искривления магнитных силовых линий на .торце соленоида (а следовательно, и анода), и не попадает на обрабатываемую поверхность изделия, закрепленного на попложкодержателе. Кроме того, запуск его ненадежен и горение дуги неустойчиBU, что рбъясняется следук щими причи нами. Если поджигающий электрод размещен у боковой поверхности катода с целью ослабления разрушгиощего воздействия на него дугового разряда, то при -этс нарушается стабильность процесса поджига, так как катодное пйтно, возбуждаемое на боковой поверхности катода, отбрасывается магнитым полем соленоида в сторону, противоположную рабочему торцу. Цель изобретения - повышение коэф фициента использования плазмообразую щего вещества катода и стабильности работы устройства. Поставленная цель достигается тем что в вакуумио-дуговом устройстве, содержащем анод в виде трубы, солено ИД-, расположенный снаружи анода, катод, рабочий торец которого размещен у торца ан9Да, подложкодержатель, расположенный у противоположного тор ца анода, и поджигающий электрод, установленный.вблизи боковой поверхности катода соленоид выполнен выступающим за торец анода, у которого размещен, катод, на длшну/ не менее Чем вф1ое превЕша.ющумГ расстояние от рабочего торца катода до поджигающего электрода, при коли честно витков на единицу длины сояе- ноида в части, которая выступает за торец анода, не менее чем в два раза больше, чем в части, охватывающей анод., На чертеже схематически изображено вакуумно-дуговое устройство, разрез . Устройство содержит анод 1 в виде трубы из нержавеющей стали, стержне вой катод 2 и подложкодержатель 3, .размещенные у противоположных -.торцов анода/ поджигающий электрод 4, упирающийся через керамическую пе мычку 5 в бокову о поверхность катода. .Рабочей поверхностью катода является, обращенный к подложкодержателю торец 6, который висходном положе- : НИИ совмещен с плоскотью т.орца аног . да. Анод i закреплен внутри цилиндрического корпуса 7, снаружи которого размещен соленоид 8, выполненный из медного провода ПЭВ-1. Витки соленоида равномерно распределены вдоль всей .длины анода с плотностью 50 витков на 1 см. .Часть соленоида со стороны катода перекрывает последний на 100 мм, при этом плотн ность намотки составляет 240 витков на Г см. Со. стороны катода корпус закрыт крышкой 9, содержащей вакуумные токовводы 10 катода и 11 поджигающего электрода. С противоположного торца корпус соединен с вакуумной камерой. 12. . Полость 13 между анодом и корпусом заполнена проточной водой для охлаждения. Катов и катодный токоподвод также охлаждаются проточной водой. Кроме того, устройство содержит Источник 14 питания дуги и генератор 15 поджигающих импульсов. Питание соленоида осуществляется от отдельного источника постоянного тока (не показан) . . Устройство работает следующим образом. При включенном соленои;5,е в-нем возникает магнитное поле (ход.силовых линий показан пункт.ирными линиями), максимальная напряженность которого - в сечении, проходящем через середину катодной, части с рленоида позади поджигающего электрода 4. При подаче на указанный э тектрод поджигающего .импульса происходит пов ерхностный искровой: разряд по перемычке 5, в результате чего на боковой поверхности катода формируется катодное пятно дугового разряда, заключающегося между анодом 1 и катодом 2. Поскольку в месте возникновения катодного пятна магнитные силовые линии, пересекаясь с поверхностью катода, образуют dcTpfsO угол, направленный в стороиу рабочего торца 6, катодное пятно совершает дрейф в сторону тленно этого торца. После выхода , 11ау азанный торец пятно продолжает оставаться на нем, совершая хаотические перемещения. Поток эрозионной т плазмы , из которого изго. товлен катод,под действием электричёскЪго поля, форма эквипотёнциалей которого определяется топографией магнитного поля, направляется практически полностью в сторону подлржкодержателя, на котором закрепляют обрабатываемые, изделия.

Транспортировка потока вдоль ан0-; да происходит практически без- потерь, поскольку существукмаее в полости анода радиальное электрическое поле (вследствие замагниченности электронов) препятствует уходу ионного компонента плазмы на стенки. .Это позволяет обеспечить более высокое качество обработки поверхности за счет увеличения потока ионного компонента и, следовательно, улучшения соотношения между полезной ионной составляющей и микрокапёльной фазой потока у подложкодержателя.

Испытанней опытный Образец вакуумно-дугового устройства.имеет следующие характеристики: длина анода 300, дц1аметр 180 мм, диаметр катода 60 мм, материал катода титан марки ВТ-1. При токе соленоида 0,9, .дуги 100 А ионный поток насыщения на подложкодержатель составляет 7,8 А, что примерно в пять раз выше, чем и-известием устройстве, испытанном в аналогичных условиях.

Таким образом, преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известиыми заключается в более эффек тивном использовании плазмообразующего материала при. более высокой} стабильности устройства.

Кроме того, улучшается собтиошение между ионной составляю)цей ц, капельнросколочной фазой в потоке, плазмы, что благоприятно сказывается, на ка- . честве обрабатываемых поверхностей.

; ВАКУУМНО-ДУГОВОЕ УСТРОЙСТВО содержащее анод в виде трубы, соле-; ноид, расположенный снаружи айода, Ляйг -,катод, рабочий торец которого размещен у торца анода, подложкодержатель, расположенный у противоположного торца анода, и поджигающий электрод, установленный вблизи боковой поверхности катода, отличающее с я тем, что с целью повышения коэффициента использования плазмообразующего материала катода и стабильности работы устройства, соленоид выполнен выступающим за торец анода, у которого размещен катод, на длин, не менее чем вдвое превышающую расстояние от рабочего торца катода до поджигающего электрода, при этом Т :оличеЬтво витков на единицу длины соленоида в части, которая выступает g за торец анода, не менее чем в два (П раза больше, чем в части, охватывающей анод. . / О) 00 mv fy/fff