1
Изобретение относится к вакуумным электродуговым устройствам, предназначенным для испарения металлов в вакууме с целью нанесения покрытий, формирования и ускорения потоков металлической плазмы, коммутации больших импульсных токов.
Известны вакуумные электродуговые устройства, содержащие анод, катод и поджигающие (или пусковое) устройство, контактирующее с одним из основных электродов - катодом или анодом.
Известно также устройство, в котором дуга возбуждается с помощью плазменного инжектора. В таком приборе поджигающее устройство - плазменный инжектор - находится на некотором расстоянии от катода и, таким образом, защищен от непосредственного воздействия наиболее опасной (в отношении эрозии) части вакуумной дуги - ее катодного пятна.
Однако зажечь дугу в таком устройстве возможно только в том случае, если катод ртутный. Если же катод выполнен из твердых металлов, особенно при низких анодных напряжениях, характериых для электродуговых испарителей и стационарных источников металлической плазмы, для зажигания дуги энергию, затрачиваемую на питание плазменного инжектора, приходится повышать до такого уровня, который в большинстве практических случаев неприемлем. При использовании катодов из твердых металлов долговечность и надежность плазменного инжектора
резко снижается в следствие запыления его эродирующим металлом катода.
Целью изобретения является повышение надеЖНости и улучшение пусковых характеристик вакуумного электродугового устройства.
Для этого в предложенном устройстве мел-;.ду анодом и пусковым плазменным инжектором установлен дополнительный электрод, обхватывающий по периметру рабочую поверхность катода так, что дополнительным электродом и катодом образован равномерный зазор, при этом плазменный инл ектор размещен у катода со стороны его нерабочей поверхпости, выход инл ектора направлен на
катод в область упомянутого зазора. Дополнительный электрод соединен через резистор с полол ительным полюсом источника питания, а между катодом и дополнительными электродом включен конденсатор.
Для дальнейщего улучшения пусковых характеристик устройства рекомендуется соосно катоду разместить катушку, создающую магнитное поле, линии напряженности которого в области зазора катод - дополнительный
электрод образуют с поверхностью катода острый угол, направленный в сторону рабочей новерхности катода.
На фиг. 1 представлен один из вариантов предлол енного устройства, разрез; на фиг.2- взаимное расположение плоского катода и катушки электромагнита; на фиг. 3 - схема прибора для случая, если «атод имеет форму цилиндра; на фиг. 4 - взаимное располол.ение катушки и катода цилиндрической формы,
Предложенное устройство имеет анод, выполненный в виде полого цилиндра 1, плоский катод 2, размеш,енный со стороны одного из торцов анода, и кольцевой дополнительный электрод 3, размеш,енный между катодом и анодом соосно последнему. Электрод 3 обхватывает ио периметру центральную (рабочую) поверхность катода, обраш,енную к аноду. При этом между катодом и электродом 3 имеется равномерный кольцевой зазор 4. Плазменный инжектор 5 размещен у периферийной (нерабочей) поверхности катода, заэкранированной от анодного поля электрода 3. Выход инжектора направлен на -поверхность катода в область зазора 4 (направление инжекции плазмы показано стрелкой). Снаружи систему электродов 1, 2 и 3 обхватывает катушка электромагнита 6, размеш,енная соосно электродам устройства и отодвинутая от рабочей поверхности катода в сторону анода. Дополнительный электрод 3 соединен с положительным полюсом источника питания через резистор 7. Между катодом и дополнительным электродом включен конденсатор 8.
Устройство работает следуюш,им образом. На анод и катод от источника питания подается напряжение, обеспечивающее стабильное горение дуги. На дополнительный электрод 3 через резистор 7 от того же или от отдельного источника питания подается напряжение положительное относительно катода. При срабатывании инжектора 5 в зазор 4 впрыскивается плазменный сгусток, и на поверхности катода в этой области возникает катодное пятно. В результате между электродом 3 и катодом зажигается дуга, поддерживаемая током разряда конденсатора 8. Г1оскольку указанный конденсатор разряжается при этом практически накоротко, ток через дугу оказывается (в несколько раз) больше рабочего тока, генерируемого источником питания устройства. Это обстоятельство и то, что зазор 4, в котором первоначально зажигается дуга, выбирают Коротким (1-2 мм) по сравнению с расстоянием анод-катод, обеспечивает уверенное зажигание катодного пятна при умеренной энергии, затрачиваемой на формирование инжектором инициирующего плазменного сгустка, и исключает возможность погасания пятна в течение нескольких сотен микросекунд (при емкости конденсатора порядка 1000 ,МКФ). Этого времени достаточно для заполнения плазмой промежутка анод-катод и для того, чтобы катодное пятно успело перейти на рабочую поверхность катода (то и другое необходимо для зажигания дуги в основном разрядном промежутке анод-катод).
Один из возможных механизмов перехода разряда с места его инициирования на рабочую поверхность катода - это дробление катодного пятна при больших токах разряда конденсатора 8 (порядка нескольких сотен ампер) на несколько пятен и взаимное расталкивание последних. При этом часть пятен неизбежно нопадает на рабочую поверхность катода, а те .пятна, которые движутся в противоположную сторону, но окончании разряда конденсатора 8 гаснут.
Для ускорения процесса перехода катодного пятна на рабочую поверхность катода рекомепдуется соосно катоду разместить катушку электромагнита, создающую магнитное поле, линии напряженности которого образуют с поверхностью катода в области зазора 4 острый угол, направленный в сторону рабочей поверхности катода. При этом в соответствии с принципом максимума магпитного поля пятно наряду с вращательным движением вдоль пери-метра зазора 4 совершает дрейф в направлении рабочей поверхности катода. Схема, поясняющая взаимное расположение катода 2, дополнительного электрода 3 и электромагнита 6, представлена на фиг. 2, буквой А на ней обозначен острый угол между линиями напряженности магнит-ного поля (штриховые линии) и поверхностью катода, фигурная скобка и буква В обозначают область рабочей поверхности катода.
Преимущество предложенного устройства по сравнению с известными заключается в более высокой надежности и долговечности его при достаточпо малом времени срабатывания, обеспечиваемыми в условиях низкого напряжения и больших средних мощностей в дуге, характерных для устройства типа вакуумных эле-ктродуговых испарителей металлов, стационарных источников металлической плазмы и т. п.
Формула изобретения
Вакуумное электродуговое устройство, содержащее анод, катод и пусковой плазменный инжектор, отличающееся тем, что, с целью -повыщения его надежности и улучшения нусковых характеристик, между анодом и пусковым плазменным инжектором установлен дополнительный электрод, обхватывающий по периметру рабочую поверхность катода так, что между дополнительным электродом и катодом образован равномерный зазор, при этом пусковой плазменный инжектор размещен у катода со стороны его нерабочей поверхности, выход инжектора паправлен на катод в область упомянутого зазора, дополнительный электрод соединен через резистор с положительным полюсом источника питания, а менаду катодом и дополнительным электродом включен конденсатор.
7////,
/ / / / /
/
X
ivy/x
У///////////////////////Л
/
w/yxi
/
X/X//I
1
1И
-fW////////////////7/y//////
X / /
ч
Фиг.
