Устройство для испарения электропроводящих материалов в вакууме Советский патент 1979 года по МПК C23C13/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПАРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ

МАТЕРИАЛОВ В ВАКУУМЕ I2 вестНое устройство, содержащее кольцевой катод, водоохлаждаемый анод и контактирующий с ним изолятор, разделяющий рабочую поверхность катода от поверхности анода, снабжено магнитной системой с полюсными наконечниками, образующими зазор, над которым расположена рабочая поверхность катода, причем зона контакта ка тод-изолятор смещена относительно оси зазора. Один из вариантов устройства для испаре ния электропроводящих материалов в вакууме с зоной максимума тангенциальной составляющей магнитного поля, замкнутой по кольцевой траектории показан на чертеже. Устройство состоит из кольцевого катода 1, выполненного из испаряемого материала и снабженного механизмом подачи, водоохлаждаемого анода 2, изолятора 3, разделяющего участком поверхности 4 рабочую поверхность катода 1 от поверхности анода 2 и магнитной системы, собранной на постоянных кольцевых магнитах 5 и 6, замкнутых между при помощи ярма (фланца) 7 и образующих полюсными наконечниками 8 кольцевую зону с неоднородным магнитпым полем. (Направление магнитного потока в системе показано ня чертеже пунктирной линией). Катод 1 с токоподводами расположен в кольцевом .«)ре между полюсными наконечниками 8 магнитов 5 и 6. Катод 1 охлаждается )точмой водой охладитс-.чя 9, изолированного от магнитной системы изоляторами И) и П. Лнод 2 охлаждме1с.я vHcтемой охлаждения 12 и 1;и).щруется герметичным токовводом 13. Мгх;1ничм подачи vcловно изображен стре;1ками 1 1. Устройство работает следуклцп. образом. При подаче 1И-пак)1;1лтс; имнг-яжения lia катод -1 и анод 2 проигхо/ип npo6oii U) поверхности 4 изо;1яторс1 3, на которую предварительно нанесена топкая п)ов() нленка и на границе раздела катод-изолятор зарождается катодное пятно. Под действие.м неоднородного магпитгюго поля рассеяния (см. пунктир в зазоре мсжду пг)..иосными наконечниками 8) катодное пя1но совершает сложное движение, быстро пеpe 1eщaяclJ вдо.чь линий магнитного по.1я, т. е. по радиусу в зону макси.мума суммарного ПО.-1Я, расположенного вблизи оси зазора .между полюсн1,1.ми Р(акоиечниками 8 магнитной системы и поперек силовы.х .линий магнитного поля. Достигнув максимума поля, катодное пятно движется го.-1ько лищь поперек силовых линий, поля, т. е. совершает круговое вращение, т. к. в рассматриваемом примере зона магнитного поля замкнута по круговой траектории. Скороеть перемещения катодного нятна зависит от тока дуги и величины тангенциальной составляющей магнитного поля на рабочей поверхности катода и составляет десятки метров в секунду при амплитуде тока дуги 100 А и напряженности поля 200 арстед, причем с ростом тока дуги и величины магнитного поля скорость перемещения катодного пятна возрастает. При горении вакуумной дуги происходит испарение материала катода катодным пятном дуги, генерируется плазма катодного материала, которая, конденсируясь на поверхности конденсации, образует покрытие. Отметим, что, с целью увеличения адгезии покрытий ионы плазмы испаряемого материала могут быть ускорены электрическим полем, приложенны.м к поверхности конденсации, до энергий в несколько сот электрон-вольт. Часть плазмы (доли процента), генерируемая при горении вакуумной дуги, осаждается на поверхности 4 изолятора 3 и восстанавливает на ней проводящую пленку, необходимую для последующего возбуждения вакуумной дуги. Вакуумная дуга горит до момента прохождения тока дуги через ноль, носле чего У тройство вновь готово к работе. При работе устройства катод I расходуется и принит мает форму, показанную на чертеже щтрихnyiiKTnpoM. Механизм подачи катода обеспечивает перемещение его рабочей поверхности в зону испарения. Таким образом бееконтактное возбуждение вакуумной дуги (отсутствует поджигающий электрод с механически.ад приводо.м) и быстрь й увод катодного пятпа от границы раздела катод-изолятор позволяет существенно (более чем в 100 раз) увеличить ресурс работы изолятора и тем самьгм в целом повысить надежность )аботы устройства как при питании его от источника постоянного тока (стационарный режп.м) так и переменного (импу.льсный режим). В последнем случае возможно точное регулирование скорости испарения, а со(тветственно и скорости конденсации для напы.-пггельных устройств и скорости откачки хчля сорбционных вакуу.мных насосов. Проведены испытания предлагаемого устройств ., работающего в качестве испарителя титана в сорбционном вакуумном насосе. Получены следующие параметры: диапазон регулирования скорости испарения от 10- г/час до 30 г/час; максимальная мощность, потребляемая от сети однофазного тока частотой 50 Гц - 3 кВА; время отка чки объема рабочей камеры старндартной уста} овки вакуумного напыления УВН-2М-2 от форвакуумного давления 5 10 мм рт. ст. до 10 мм рт. ст. порядка 15 минут. Такие достоинства устройства как безынерционность включения и выключения, щирокий диапазон регулирования скорости испарения, отсутствие накаленных частей, низкое рабочее нанряжение (до 220 В), универсальность и др. обеспечивают больщие пре имущества по сравнению с известны.ми устройствами как в системах для получения нокрытий в вакууме из различных проводящих материалов, так и в системах получения безмасляного вакуума. По сравнению с известным прототипом предлагаемое устройство обладает существенно более высокой надежностью в работе, т. к. позволяет повысить ресурс работы изолятора - ответственного элемента устройства более чем в 100 раз.

Формула изобретения

Устройство для испарения электропроводящих материалов в вакуу.ме, содержащее кольцевой катод, выполненный из испаряемого материала, водоохлаждаемый анод и контактирующий с ним изолятор, разделяющий рабочую поверхность катода от поверхности анода, отличаюш,ийся те.м, что, с целью повышения надежности работы устройства путем принудительного увода катодного пятна из зоны контакта катод-изолятор, устройство снабжено магнитной системой с полюсными наконечниками, образующими зазор, над которым расположена рабочая поверхность катода, причем зона контакта катод-изолятор смещена относительно оси зазора.

Источники информации, принятые во вни.ман.че при экспертизе

1.Патент США № 3.437.260, кл. 230-69, 1969.

2.ч(3бзор по электронной технике, вып. 8 (269) часть П «Электроте.хника, М., 1974, с. 42-48.

Sbiwd Sodb ю