ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ПЛАЗМЫ Советский патент 1994 года по МПК H05H1/24 C23C14/34 

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для вакуумного нанесение тонких пленок и покрытий из импульсных потоков ускоренной электроэрозионной плазмы.

Целью настоящего изобретения является увеличение срока службы путем повышения равномерности выработки рабочей поверхности катода.

На фиг. 1 изображен импульсный генератор электроэрозионной плазмы с кольцевым расходуемым электродом поджига, эродируемая поверхность которого выполнена в виде цилиндра; на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - то же, эродируемая поверхность которого выполнена в виде внутреннего конуса, обращенного большим основанием к рабочему торцу катода.

Импульсный генератор электроэрозионной плазмы содержит цилиндрический расходуемый катод 1 с торцовой рабочей поверхностью и кольцевой нерасходуемый анод 2, также систему поджига (систему возбуждения разряда), которая включает эксцентрично расположенный по отношению к оси генератора кольцевой изолятор 3, поверхность которого, обращенная к разрядному промежутку, снабжена тонкопленочным токопроводом 4. Диаметр отверстия в изоляторе превышает диаметр катода генератора. Система поджига содержит также кольцевой нерасходуемый электрод 5 поджига, который находится в контакте с тонкопленочным токопроводом 4 и механизм перемещения изолятора, состоящий из шарнирно установленного кольцевого держателя 6 изолятора и расположенный коаксиально катоду цилиндрической втулки 7. Установка кольцевого держателя 6 изолятора посредством шарнирного соединения дает возможность осуществлять вращательное движение держателя изолятора вокруг собственной оси и движение с вращением его оси вокруг оси генератора или, что равноценно, позволяет смещать роль держателя изолятора относительно оси генератора в любом направлении, перпендикулярном оси генератора. Цилиндрическая втулка 7 выполнена с возможностью вращения вокруг своей оси и снабжена роликами 8, взаимодействующими с держателем изолятора посредством пружинящих элементов. На цилиндрической втулке 7 смонтирован кольцевой экран 9, который охватывает с зазором рабочий торец катода генератора, препятствуя сбеганию катодных микропятен на боковую поверхность катода, причем экран снабжен выступом 10, входящим в зазор между катодом и изолятором и препятствующим при работе генератора избыточному осаждению плазмы на рабочей поверхности изолятора. Система поджига оснащена также кольцевым расходуемым электродом 11 поджига, который коаксиально расположен в разрядном промежутке генератора. Диаметр отверстия кольцевого расходуемого электрода поджига превышает диаметр катода генератора, а тонкопленочный токопровод 4 имеет с кольцевым расходуемым электродом 11 поджига локальный контакт 12. Локальный контакт образован на обращенной к разрядному промежутку поверхности кольцевого расходуемого электрода поджига.

Импульсный генератор электроэрозионной плазмы работает следующим образом.

Приводят в действие механизм перемещения изолятора, т.е. приводят во вращательное движение цилиндрическую втулку 7, снабженную роликами 8. При взаимодействии роликов 8 с держателем 6 изолятора кольцевой изолятор 3 с тонкопленочным токопроводом 4 вынужден обкатывать расходуемый электрод 11 поджига, при этом локальный контакт 12 тонкопленочного токопровода с кольцевым расходуемым электродом поджига начинает перемещаться (катиться) одновременно как по кольцевому расходуемому электроду 11 поджига, так и по тонкопленочному токопроводу 4 кольцевого изолятора 3 (в области кромки изолятора и обращенной к разрядному промежутку поверхности кольцевого расходуемого электрода поджига). Управляемый импульсный источник питания с требуемой частотой, обеспечивающий достижение средних разрядных токов в несколько сотен ампер подает импульсы направления на вакуумный разрядный промежуток "катод 1 - анод 2" генератора электроэрозионной плазмы и синхронно импульсы напряжения на поджигающий промежуток "расходуемый электрод 11 поджига - тонкопленочный токопровод 4 - нерасходуемый электрод 5 поджига". Протекание импульса тока через последний промежуток вызывает электровзрывное испарение материала тонкопленочного токопровода 4 с поверхности кольцевого изолятора 4. Полученная при этом инициирующая плазма, попадая в промежуток, образованный нерасходуемым электродом 5 поджига (в данном случае он является анодом) и расходуемым электродом 11 поджига (катодом поджига) способствует зарождению на расходуемом электроде поджига катодных микропятен и вызывает возникновение в промежутке "нерасходуемый электрод поджига - расходуемый электрод поджига" вспомогательного импульсного дугового разряда. Высокоплотная электроэрозионная плазма материала расходуемого электрода поджига, генерируемая в микропятнах горящего на нем дугового разряда, заполняет разрядный промежуток генератора, что приводит к его пробою и установлению дугового разряда между катодом и анодом генератора. При каждом акте возбуждения дуговой разряд в генераторе зарождается на различных участках рабочего торца катода, а именно, в тех местах, где плотность плазмы вспомогательного разряда больше и напряженность электрического поля, обусловленная микровыступами, имеющимися в данный момент на рабочей поверхности катода, выше. В свою очередь микрорельеф рабочего торца катода изменяется от импульса к импульсу в результате эрозии катода в микропятнах предыдущего разряда.

Ввиду того, что локальный контакт 12 тонкопленочного токопровода с кольцевым расходуемым электродом катится одновременно как по кольцевому расходуемому электроду 11 поджига, так и по тонкопленочному токопроводу 4 кольцевого изолятора 3, зона возбуждения вспомогательного импульсного дугового разряда перемещается от импульса к импульсу, что приводит к постоянному перемещению зоны зарождения дугового разряда на рабочем торце катода. Изготовление внутренней поверхности кольцевого расходуемого электрода поджига конусной позволяет создать диаграмму направленности вспомогательного дугового разряда, наиболее благоприятную для поджига дуги в генераторе электроэрозионной плазмы. По мере выработки рабочей поверхности кольцевого расходуемого электрода поджига предусмотрена возможность его перемещения вдоль оси генератора.

Использование в генераторе катодов из материалов, характеризующихся низкой подвижностью катодных микропятен, а также легкоплавких материалов и сохранение работоспособности генератора при малых количествах электричества в разрядном импульсе позволило получать с его помощью широкую гамму тонких пленок и покрытий высокого качества, существенно расширив технологические возможности генератора.

Импульсный генератор электроэрозионной плазмы может быть использован в электромеханике. Цель изобретения - увеличение срока службы путем повышения равномерности выработки рабочей поверхности катода. Импульсный генератор электроэрозионной плазмы содержит расходуемый катод 1, кольцевой экран 10, нерасходуемый анод 2 и систему поджига из тонкопленочного токопровода 4 и нерасходуемого электрода поджига 5 с механизмом перемещения изолятора 3 и расходуемого электрода 11 поджига. При подаче импульса тока через расходуемый электрод поджига 11 - тонкопленочный токопривод 4 - нерасходуемый электрод 5 происходит электровзрывное испарение материала тонкопленочного токопровода 4 с поверхности кольцевого изолятора 3. Полученная при этом инициирующая плазма, попадая в промежуток, образованный нерасходуемым электродом 5 и расходуемым электродом 11, способствует зарождению на расходуемом электроде катодных микропятен и вызывает возникновение в промежутке нерасходуемый электрод 5 - расходуемый электрод 11 вспомогательного импульсного дугового разряда. Плазма материала расходуемого электрода 11 заполняет разрядный промежуток генератора, что приводит к его пробою и установлению дугового разряда между катодом 1 и анодом 2 генератора. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ПЛАЗМЫ, содержащий кольцевой нерасходуемый анод, цилиндрический расходуемый катод с торцевой рабочей поверхностью, кольцевой экран с выступом, расположенный между катодом и изолятором, и систему поджига, включающую эксцентрично расположенный по отношению к оси генератора кольцевой изолятор, на поверхности которого выполнен пленочный токопровод, и кольцевой нерасходуемый электрод поджига, при этом кольцевой изолятор снабжен механизмом перемещения вокруг собственной оси и оси генератора и вдоль оси генератора, причем диаметр отверстия кольцевого изолятора превышает диаметр катода, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы путем повышения равномерности выработки рабочей поверхности катода, система поджига дополнительно снабжена кольцевым расходуемым электродом поджига, коаксиально расположенным между анодом и нерасходуемым электродом поджига и образующим локальный контакт с пленочным токопроводом, и системой перемещения расходуемого электрода поджига вдоль оси генератора, причем диаметр отверстия расходуемого электрода поджига превышает диаметр катода. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность кольцевого расходуемого электрода поджига выполнена конусной и обращена большим основанием к рабочему торцу катода генератора. 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что внешняя поверхность кольцевого изолятора выполнена конусной и обращена меньшим основанием к кольцевому расходуемому электроду поджига.