Импульсный плазменный ускоритель Советский патент 1993 года по МПК H05H5/00 

Изобретение относится к области плазменного нанесения упрочняющих, декоративных, защитных покрытий и тонких пленок в вакууме.

Целью изобретения является повышение надежности работы ускорителя. Указанная цель достигается тем, что в импульсный плазменный ускоритель, содержащий источник питания, N накопительных конденсаторов, поджигающий электрод, рабочий стол, размещенный в вакуумной камере, N сегментов-электродов, размещенных в металлическом цилиндре, на внешней поверхности которого размещена катушка электромагнита, одним концом подключенная к цилиндру, дополнительно введены N диодов; включенных параллельно накопительным конденсаторам N цепочек, каждая из которых состоит из включенных последовательно первого сопротивления и дополнительного конденсатора, в которых каждая средняя точка соединения через второе сопротивление попарно соединены с анодом соответствующего N/2 тйристора, катоды тиристоров соединены между собой и с поджигающим электродом, при этом первые выводы N накопительных конденсаторов через импульсный трансформатор соединены с входом магнитной катушки, а вторые выводы N .накопительных конденсаторов соединены с соответствующими N электродами, при этом первый конец вторичной обмотки импульсного трансформатора через ограничительное сопротивление соединен с землей, а второй конец - с рабочим столом.

На фиг. 1 представлена схема импульсного плазменного ускорителя; на фиг. 2 - устройство поджигающего электрода; на фиг. 3 - расположение электродов, вид сверху.

Импульсный плазменный ускоритель содержит источник питания 1, где между плюсом и минусом параллельно включены N-цепей, содержащих последовательно соединенные между собой накопительный конденсатор 2.1...2.N и соответствующий диод 3.1...3.N. Параллельно каждому накопительному конденсатору 2.1 ...2.N включено соответствующее сопротивление 4.1...4.N и дополнительный конденсатор 5.1...5.N, соединенных между собой последовательно. Каждая средняя точка соединения первых сопротивлений 4.1....4.N и дополнительных конденсаторов 5.1 ...5.N через вторые сопротивления 6.1 ...6.N,.соединена с анодом соответствующего N/2-тиристоров 7.1...7.N/2, катоды тиристоров 7,1,.,7. N/2 соединены между собой и с поджигающим электродом 8.. Перв.ые выводы N-накопительных конденсаторов 2.1,.,2,N через импульсный трансформатор 9 соединены с входом магнитной катушки 10, выход которой соединен с металлическим цилиндром 11. а вторые выводы N-на- крпительных конденсаторов 2.1...2.N соединены с соответствующими М-элёктро- дами 12.1.,,12.N,

Первый конец вторичной обмотки импульсного трансформатора 9 через ограничительное сопротивление 13 соединен и с землей, а второй конец - с рабочим столом

14, установленным в вакуумной камере 15. Поджигающий электрод 8 выполнен в виде втулки. Металлические планки 16 через керамические вставки 17 связывают соответствующую пару электродов 12.1...12.N.

Соединение электродов попарно может быть выполнено в любой комбинации.

Импульсный плазменный ускоритель работает следующим образом. Источник питания 1 обеспечивает заряд

5 накопительных конденсаторов . 2.1...2.N и дополнительных конденсаторов 5.1...5.N до напряжения 300...1500 8.

Рассмотрим формирование плазмы из электродов 12.1 и 12,2, При подаче управля0 ющего сигнала на.тиристор 7,1, он открывается и дополнительные конденсаторы 5.1 и 5.2 разряжаются через второе сопротивление 6.1 и 6.2, тиристор 7.1, поджигающий электрод 8 металлическую планку 16, кера5 мическую вставку 17 и соответствующие два электрода 12.1 и 12.2, образуя начальную плазму на поверхности двух сегментов электродов 1.2.1 и 12.2 за счет испарения материала керамической вставки 17. Наличие

0 начальной плазмы инициирует вакуумно дуговой разряд между металлическим цилиндром 11 и электродами 12.1 и 12.2 при разряде накопительных конденсаторов 2.1 и2,2. Накопительные конденсаторы 2.1 и 2.2

5 разряжаются через импульсный трансформатор 9, магнитную катушку 10, металлический цилиндр 11 .и электроды 12.1 и 12,2, образуя плазму из материалов соответствующих электродов 12.1 и 12.2.

0 Таким образом, на время разряда накопительных конденсаторов создается импульсное магнитное поле и к рабочему столу 14 прикладывается импульсное напряжение.

5 Аналогичным образом попарно формируется плазма на оставшихся 12.3...12.N электродах при включении 7.2I..7.N/2 тиристоров.

Включение тиристоров 7.1...7. N/2 мо0 жет быть самым различным, тем самым позволяя получать многослойные, многокомпозиционные покрытия в любом сочетании и в любом процентном соотношении. В качестве примера разработан ИПУ с

5 количеством электродов 8,

В качестве конденсаторов 2.1...2.N и 5.1...5.N использовались конденсаторы серии К75-40, емкостью соответственно 700 мкф и 40 мкф, а также тиристоры серии ТБ 161-100.

Источник питания 1 может быть самым различным, но обеспечивающим заряд накопительных конденсаторов с частотой 1...40 Гц до напряжения 300...1500 В (например, источник питания марки МТ-42М). Следует также отметить, что вместо диодов 3.1-...3.N лучше использовать тиристоры, благодаря чему обеспечивается надежное включение соответствующих пар электродов при нанесений многослойных покрытий.

Таким образом, благодаря особенности исполнения, заявляемый ИПУ обеспечивает образование начальной плазмы на поверхности каждого сегмента-электрода, что способствует повышенной эффективности возбуждения дугового разряда на каждом из W-сегментов-электродов; обеспечивает устойчивую работу при формировании импульсов тока практически любого значения, так как накопительные конденсаторы подключены не- посредственно к электродам, исключает использование дополнительных источников для запитки магнитной катушки, рабочего стола, поджига вакуум но-дугового разряда на каждом из N-сегментов-электродов. Эти условия обеспечивают простоту устройства, малые габариты и в целом повышает надежность рабо- ,ты В2...4 раза.

Формула изобретения

Импульсный плазменный ускоритель, содержащий источник питания, М накопительных конденсаторов, поджигающий электрод, рабочий стол, размещенный в вакуумной камере, N сегментов электродов, размещенных в металлическом цилиндре, на внешней поверхности которого размещена катушка электромагнита, одним концом подключенная к цилиндру; о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности работы ускорителя, дополнительно введены N диодов, включенных параллельно накопительным конденсаторам, N цепочек, каждая из которых состоит из включенных последовательно первого сопротивления и дополнительного конденсатора, в которых каждая средняя точка соединения через второе сопротивление попарно соединена с анодом соответствующего N/2 тиристора, катоды тиристоррв соединены между собой и с поджигающим электродом, при этом первые выводы N накопительных конденсаторов через импульсный трансформатор соединены с входом магнитной катушки, а вторые выводы N накопительных конденсаторов соединены с соответствующими N электродами, при этом первый конец вторичной обмотки импульсного трансформатора через ограничительное сопротивление соединен с землей, а второй конец - с рабочим столом.

Использование: относится к области плазменного нанесения упрочняющих, декоративных, защитных покрытий и тонких пленок в вакууме. Сущность изобретения: импульсный плазменный ускоритель представляет собой источник питания 1, между плюсом и минусом которого параллельно включены N-цепей, содержащих последовательно соединенные между собой соответствующий накопительный конденсатор 2.t...2N и соответствующий диод 3.1...3N. Параллельно каждому накопительному конденсатору 2.1...2N включено соответствующее сопротивление 4.1...4N и дополнительный конденсатор 5.1...5N, соединенных между собой последовательно, Каждая средняя точка соединения первых сопротивлений 4.1...4N и дополнительных конденсаторов 5.1 ...5N через вторые сопротивления 6.1...6N соединена с анодом соответствующего N/2 тиристора 7.1...7 N/2, катоды тиристоров 7.1...7 N/2 соединены между собой и с поджигающим электродом 8. Первые выводы N-накопительных конденсаторов 2.1...2N через импульсный трансформатор 9 соединены с входом магнитной катушки, выход которой соединен с металлическим цилиндром 11, а вторые выводы N-накопительных конденсаторов 2.1....2IM соединены с соответствующими двумя электродами 12.1„.12М. Первый конец вторичной обмотки импульсного трансформатора 9 через ограничительное сопротивление 13 соединен с землей, а второй конец - с рабочим столом 14, установленным в вакуумной камере 15. Образование плазмы из материала электродов 12 осуществляется за счет разряда накопительных конденсаторов 2.1...2N. В момент разряда образуется импульсное магнитное и электрическое поле, которое прикладывается к рабочему столу, 3 ил, у Ё .х VI О 3 СА Х|

J&

&г/г/