Плазмовий пристрій

Винахід відноситься до плазмових технологічних пристроїв для іонно-плазмової обробки поверхні і нанесення покриттів. Відомо технологічний плазмовий пристрій [1], що складається з торцевого вакуумно-дугового випарювача і плазмово-оптичного сепаратора, що розташований на виході випарювача. Сепаратор складається з криволінійного плазмовода, який знаходиться під позитивним, відносно плазмового струменя, потенціалом і намотаної на зовнішню поверхню плазмовода одношарової магнітної котушки. Плазмовод має вигляд однієї чверті тору і, таким чином, непрозорий для крапель і інших твердих частинок матеріалу катода, що мають прямолінійні траєкторії руху. Стр умінь заряджених частинок - іонів, направляється плазмово-оптичною системою сепаратора на оброблювану поверхню. Головним недоліком цього пристрою являється незначна прозорість плазмово-оптичної системи для іонів. Це погіршує ефективність плазмового пристрою при нанесені покриттів. Другим важливим недоліком пристрою є те, що для прискорення іонів до енергії, необхідної для попередньої обробки виробів перед нанесенням покриття, на оброблювальний виріб необхідно подавати прискорюючий іони потенціал. Ця обставина унеможливлює застосування пристрою для іонної обробки виробів із діелектричних матеріалів. Найближчим аналогом - прототипом винаходу, є пристрій [2], що містить два співвісних вакуумно-дугови х випарювача з опозиційне розташованими катодами і розташованої співвісно з ними магнітної системи. Загальними суттєвими ознаками прототипу і припущеного винаходу є наявність двох вакуумно-дугових випарювачів з опозиційне розташованими катодами і разташованої співвісно з ними магнітної системи. В конструкції пристрою-прототипу, над зоною розповсюдження зустрічних плазмових струменів вакуумно-дугових випарювачів, встановлено три співвісні циліндричні електроди. Над електродами, що примикають до випарювачів, розташовані циліндричні, співвісні магнітні котушки. Середній електрод має більший діаметр. Його внутрішня поверхня, біля якої розміщуються оброблювальні вироби, знаходиться поза зоною прямого зору з боку катодів вирювачів. Це є необхідною умовою захисту оброблювальних виробів від попадання макрочастинок розпиленого матеріалу катода. Усі три електроди знаходяться під позитивним, відносно іонного струменя, потенціалом, і, завдяки відповідній геометрії магнітного поля, заряджені частинки фокусуються на оброблювальних виробах. Попередня іонна обробка виробів здійснюється прикладенням до них прискорюючого іони потенціалу. Це є спільною рисою і недоліком для аналога й прототипу. Прототип характеризується максимальним коефіцієнтом використання іонів, що, при ефективному екрануванні макрочастинок, забезпечує високі експлуатаційні характеристики пристрою при нанесенні покриттів на металеві вироби. До недоліків цієї схеми слід віднести також підвищені витрати при виготовлені і експлуатації магнітної системи з великогабаритними магнітними котушками, а також деякі незручності при розміщені оброблювальних виробів у робочій зоні. В основу припущеного винаходу покладено вирішення задачі автономного регулювання енергії заряджених частинок, що використовуються для попередньої обробки поверхні і для нанесення покриттів. Поставлена задача вирішується тим, що плазмовий пристрій для генерації радіального, безкрапельного струменя прискорених металевих іонів, містить один або два співвісних вакуумно-дугових випарювача з опозиційно розташованими катодами, і відрізняється тим, що спільний анод вакуумно-дугови х випарювачів складається з двох співвісних, довгих, водоохолоджуваних циліндрів, з внутрішнім діаметром рівним 2-3 діаметрам катода, установлених з зазором, що розміщується на рівні центру міжкатодного проміжку і розмір якого вибирається з умов невидимості випарюваної поверхні катоду з будь якої точки оброблюваної прискореними іонами поверхні, яка розташовується співвісно з плазмовим пристроєм за межами його магнітної системи, що має циліндричні магнітні полюси, які знаходяться під негативним відносно аноду випарювачів прискорюючим потенціалом та розташовані безпосередньо за зовнішньою поверхнею анода з міжполюсним зазором, що приблизно дорівнює зазору в аноді. Плазмовий пристрій відрізняючийся тим, що має газопідводящу тр убку, відкриту в розрядну камеру між катодами й анодом випарювачів, а катоди випарювачів мають можливість переміщення вздовж осі пристрою. Суть припущеного винаходу пояснюється кресленням, де на фіг. приведено конструктивну схему пристрою. Основою конструкції пристрою являється магнітна система, що має два трубчаті, співвісні магнітні магнітопровода 1 із попреречним міжполюсним зазором 2. Величина міжполюсного зазору вибирається з умов технічної можливості забезпечення в зазорі магнітної індукції приблизно 0.1Тл і щільності струму іонів, що витягуються з камери іонізації через зазор, приблизно 103 А/м 2. У внутрішній порожнині магнітопроводів, співвісно з ними, розташовано один або два торцеві вакуумно-дугові випарювача. Катоди 3 випарювачів розташовані назустріч один одному. Катоди встановлено з можливістю переміщення вздовж осі магнітної системи, відносно середньої лінії міжполюсного зазору 2. Аноди 4 випарювачів, мають вигляд водоохоложуваних циліндрів, змонтованих у порожнині магнітної системи, електроізольовано від неї, із зазором між анодом і магнітопроводами 1-2мм. Аноди змонтовано нерухомо відносно полюсів таким чином, що зазор між анодами співпадає з міжполюсним зазором магнітної системи. Аноди, катоди і допоміжні електроди 5 утворюють камеру іонізації з виходом для іонів через кільцевий зазор 2. Через трубку 6 у камеру іонізації може подаватись робочий газ -аргон. За межами конструктивних елементів магнітної системи (на схемі не зображені) розміщується монтажний конструктивний елемент 7, на якому розміщуються вироби під час попередньої іонної обробки й нанесення покриття. Розмір L елементу 7 вибирається з умов розташування виробів у межах кута а, що визначає зону струменю, вільну від мікрокрапельної фази. Пристрій працює наступним чином. При попередній обробці виробів, для зменшення щільності струму іонів на оброблювальну поверхню, вмикається розряд плазмових випарювачів із розрядним струмом на межі горіння розряду. Для подальшого зменшення щільності струму іонів на оброблювану поверхню, міжкатодний проміжок збільшується шляхом переміщення катодів випарювачів відносно центру вихідного зазору. сумішшю атоми газу іонізуються електронами, що генеровані дуговим розрядом і замагнічені в міжполюсному зазорі. Виконання умов замагніченості електронної компоненти в схрещених електричному й магнітному полях обумовлюють виникнення в перетині вихідного зазору камери іонізації подвійного електричного шару, що має фокусуючу іони конфігурацію і прискорює іони в напрямку оброблюваних виробів. Регулюванням величини прискорюючого потенціалу, регулюється енергія іонів, що бомбардують оброблювану поверхню. Таким чином відбувається незалежне регулювання параметрів іонного струменю, що значно розширює технологічні можливості пропонованого плазмового пристрою. В режимі нанесення покриття, струм металевих іонів збільшується шляхом зменшення міжкатодного проміжку випарювачів до розміру, що визначається умовами екранування мікрокрапельних частинок кромками магнітних полюсів. Струмінь металевих іонів формується в міжполюсному зазорі, в якому реалізуються іонно-оптичні властивості. Зміненням величини прискорюючого потенціалу ефективно регулюються умови на поверхні конденсації покриття. Таким чином, перевагою плазмового пристрою, що пропонується як припущений винахід, реалізуються умови незалежного регулювання параметрів іонно-плазмової обробки і нанесення покриттів в діапазоні параметрів ширшому ніж у відомих зразках те хнологічних плазмових пристроїв. Список використаних джерел 1. Аксёнов И.И., Бело ус Β.Α. и др. Транспортировка плазменных потоков в криволинейной плазмо-оптической системе. Физика плазмы Т.4.вып.4,1978. 2 Aksenov 1.1. Formation of radial filtered streams vacuum-arc erosion plasma, // SVTE-4, Kharkov, Ukraine, 2001.