ВАКУУМНОЕ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1995 года по МПК H05H1/24 

Изобретение относится к плазменной технике, представляет собой средство для генерирования в вакууме потоков ускоренной электроэрозионной плазмы и может быть использовано, например, в технике вакуумного нанесения тонких пленок и покрытий.

Целью изобретения является повышение надежности устройства при одновременном снижении энергозатрат на возбуждение разряда.

На чертеже приведена схема устройства.

Вакуумное электроразрядное устройство состоит из системы 1 питания, включающей импульсные пусковой 2, вспомогательный 3 и дополнительный 4, а также основной 5 источники питания, дросселя 6, основного 7 и дополнительного 8 управляемых коммутаторов, средства 9 в цепи дополнительного источника 4 питания, которое служит для управления дополнительным коммутатором, шины 10 и электроразрядной системы 11, содержащей размещенные в ней импульсные высоковольтные конденсатор 12 и трансформатор 13 с двумя обмотками первичной 14 и вторичной 15, катод 16, анод 17 и систему 18 поджига, включающую электрод 19 поджига и пусковой плазменный инжектор 20.

По одному из выводов (например, положительной полярности) импульсные пусковой 2 и вспомогательный 3 источники питания присоединены к шине 10, являющейся для них общей, причем вывод пускового источника 2 питания соединен с ней посредством основного коммутатора 7, а вывод вспомогательного источника 3 питания посредством дополнительного коммутатора 8. К шине 10 присоединен также одноименный вывод дополнительного источника 4 питания. Второй (имеющий противоположную полярность) вывод дополнительного источника 4 питания подключен к электроду 19 поджига. К нему же через первичную обмотку 14 трансформатора 13 подключен и второй вывод вспомогательного источника 3 питания. Пусковой плазменный инжектор 20 соединен с шиной 10 и вторым выводом пускового источника 2 питания. Катод 16 электроразрядной системы 11 соединен одним из выводом (отрицательным) основного источника 5 питания через последовательно включенные вторичную обмотку 15 трансформатора 13 и дроссель 6. Анод 17 присоединен непосредственно к второму выводу основного источника 5 питания и посредством конденсатора 12 к общей точке дросселя 6 и вторичной обмотки 15 трансформатора 13. Электроразрядная система 11 выполнена с возможностью ее вакуумирования. Система 18 поджига размещена с зазором как относительно катода 16, так и анода 17 электроразрядной системы 11, а пусковой плазменный инжектор 20 системы 18 поджига расположен с зазором по отношению к ее электроду 19 поджига. Средство 9 для управления дополнительным коммутатором 8 представляет собой, например, токовый датчик, установленный между электродом поджига и соединенным с ним выводом дополнительного источника 4 питания и подключенный по выходу к управляющему входу дополнительного коммутатора 8.

Устройство работает следующим образом.

После вакуумирования электроразрядной системы 11, соединенной вакуумно-плотно с вакуумной камерой (на чертеже не показана), подают сигнал управления на основной коммутатор 7 от задающего генератора, имеющегося в пусковом источнике 2 питания. Каждое включение основного коммутатора 7 приводит к срабатыванию пускового плазменного инжектора 20 вследствие протекания через него импульса тока от пускового источника 2 питания. Инжектированная пусковым плазменным инжектором 20 инициирующая плазма, заполняя вакуумный промежуток между ним и электродом 19 поджига, вызывает пробой этого промежутка и установление в нем импульсного дугового разряда с катодными микропятнами на электроде 19 поджига, вызывающими эрозию его материала с образованием электроэрозионной плазмы. Энергия для поддержания разряда при этом потребляется из дополнительного источника 4 питания. Отсутствие индуктивных элементов в цепи разряда способствует быстрому нарастанию разрядного тока.

Через определенный промежуток времени, необходимый для нарастания тока дугового разряда на электроде 19 поджига до максимального значения, что соответствует достижению наибольшей плотности плазмы материала данного электрода, поставляемой в вакуумный межэлектродный промежуток катод 16 анод 17 электроразрядной системы, средство 9 для управления дополнительным коммутатором 8 подают на него сигнал управления. Дополнительный коммутатор 8 открывается, обеспечивая подключение к промежутку электрод 19 поджига пусковой плазменный инжектор 20 вспомогательного импульсного источника 3 питания. В качестве средства 9 для управления дополнительным коммутатором 8 хорошо зарекомендовал себя токовый датчик, который по достижению максимального значения тока открывает дополнительный коммутатор. Поскольку последний открывается, когда промежуток электрод 19 поджига пусковой плазменный инжектор уже фактически закорочен плазмой материала электрода 19 поджига, вспомогательный источник 3 питания быстро разряжается, способствуя увеличению интенсивности разряда на электроде 19 поджига и обусловленному этим повышению плотности плазмы как в указанном промежутке, так и в промежутке катод 16 анод 17 электроразрядной системы 11.

Протекая через первичную обмотку 14 трансформатора 13, разрядный ток, обусловленный разрядом вспомогательного источника 3 питания и имеющий высокую скорость нарастания, вызывает наведение во вторичной обмотке 15 трансформатора 13 высоковольтного импульса, который прикладывается к промежутку катод 16 анод 17 электроразрядной системы 11, а так как он заполнен высокоплотной плазмой материала электрода 19 поджига, наступают его пробой и возникновение в нем дугового разряда, поддерживаемого в дальнейшем основным источником 5 питания. При погасании разряда в устройстве упомянутый задающий генератор вырабатывает очередной сигнал управления и цикл повторяется.

Надежность устройства по сравнению с прототипом увеличена, а затраты энергии на возбуждение разряда снижены, несмотря на использование дополнительного импульсного источника питания. Так, для обеспечения ≈ 99%-ной вероятности возбуждения разряда в устройстве-прототипе требуются затраты энергии ≈ 5 Дж (суммарная энергия, запасенная в конденсаторах пускового и вспомогательного источников питания). В устройстве по изобретению вероятность возбуждения разряда приближается к 100% при затратах энергии ≈ 3,4 Дж (суммарная энергия, расходуемая от пускового, вспомогательного и дополнительного источников питания). Максимальная величина задержки начала разряда в устройстве снижена с 8 до 4 мкс, разброс этой величины уменьшен с 3 до 1,5 мкс. Устройство обладает устойчивыми пусковыми характеристиками, начиная с низких (100 В) разрядных напряжений на основном источнике питания. Размещение же высоковольтных трансформатора и конденсатора внутри электроразрядной системы устройства исключает возможность поражения обслуживающего персонала электрическим током высокого напряжения.

Изобретение относится к плазменной технике и представляет собой средство для генерирования в вакууме потоков ускоренной электроэрозионной плазмы и может быть использовано, например, в технике вакуумного нанесения тонких пленок и покрытий. Цель изобретения - увеличение надежности при одновременном снижении энергозатрат на возбуждение разряда. Система питания вакуумного электроразрядного устройства оснащена дополнительным импульсным источником питания, который одним выводом присоединен к электроду поджига, а вторым - к общей шине пускового и вспомогательного источников питания. Между общей шиной пускового и вспомогательного источников питания и присоединенным к ней выводом вспомогательного источника питания включен дополнительный управляемый коммутатор. Высоковольные трансформатор и конденсатор размещены в электроразрядной системе. В цепи дополнительного источника питания между его выводом и присоединенным к нему электродом поджига установлен токовый датчик, связанный с дополнительным управляемым коммутатором. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ВАКУУМНОЕ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО по авт. св. N 1116967, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности при одновременном снижении энергозатрат на возбуждение разряда, в нем система питания снабжена дополнительным импульсным источником разряда, один вывод которого подключен к электроду поджига, а второй к шине, между шиной и соединенным с ней выводом вспомогательного источника питания включен дополнительный управляемый коммутатор, при этом средство для управления дополнительным коммутатором установлено в цепи дополнительного импульсного источника питания. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем средство для управления дополнительным коммутатором выполнено в виде датчика тока, установленного между электродом поджига и соединенным с ним выводом дополнительного импульсного источника питания, при этом выход датчика тока соединен с управляющим входом дополнительного управляемого коммутатора.