Електродуговий випарник металів

Винахід відноситься до області нанесення покриттів у вакуумі і може бути застосований для випарення і напилення металевих матеріалів у вакуумі. Відомо випарювання металів при розмиканні електричних контактів в ланцюгу стр уму та підвищення ефективності цього процесу в вакуумі [1], а також електродуговий випарник металів у вакуумі, що містить анод, катод, екран, електрод збудження дуги та блок живлення [2, 3, 4]. Випарник насосу [2] не може забезпечити достатній запас випарюваного матеріалу, подовжений катод [3, 4] спрощує цей недолік, але потребує відповідного формування аноду. З цих мотивів ефективне, високопродуктивне використання подібних електродугових випарників в насосних системах вакуумування ускладнено, тому що продуктивність насосу залежить від розмірів аноду. Розміри ж анода обмежуються зазором між катодом і анодом, величина якого повинна бути меншою за критичну довжину дуги, при якій відбувається її загасання. Збільшення розмірів катоду зі збереженням величини міжелекродного зазору у великогабаритних корпусах може привести до нерівномірного горіння дуги по ділянках поверхні катода та в результаті до надмірного вигоряння окремих ділянок і отримання нерівномірних, особливо в часі, плівок. Найбільш близьким за технічними та експлуатаційними властивостями аналогом плануємому винаходу може слугувати електродуговий випарник [5], котрий виготовлений в вигляді кільцевої шини(циліндру) з рівномірно розташованими на ній струмопідводами, до яких послідовно підключені регулюючі опори. Таким чином, недоліками відомих пристроїв являються низька ефективність регулювання процесом випарення, недостатня стабільність процесу та низькі експлуатаційні параметри нанесення металевих плівок. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення конструкції випарника шляхом введення в неї нових конструктивних елементів, котрі забезпечують регулювання процесом випарення з катоду та нанесення плівок на анод за рахунок управління осьовим та тангенційним переміщенням дугового стовпа, а також стабілізацію процесу горіння дуги шля хом оперативного та ефективного її збудження. Поставлена задача вирішується таким чином, що електродуговий випарник металів, що містить циліндричний з осьовою порожниною катод з матеріалу, що випарюється, охоплюючий його анод, блок живлення і систему ініціювання дугового розряду в складі додаткового анода, змонтованого на торці катода через термостійкий електроізолятор, та високовольтного блока живлення, додатково містить реле, розмикаючі контакти якого з'єднані з позитивним полюсом високовольтного блока живлення і з додатковим анодом, а його котушка ввімкнена в ланцюг дугового розряду, причому, позитивний полюс блок-живлення дугового розряду через вимикач реле з'єднаний з додатковим анодом; на корпусі-аноді встановлено співвісно катоду соленоїд, котрий підключений до послідовно ввімкнених в кожну гілку регулюючими опорами, причому, один провідник підключений безпосередньо до корпусу-анода, а другий прокладено подовж осі катода й підключено до корпусу-анода з другого боку. В результаті використання заявляємої конструкції забезпечується можливість виготовлення катоду з необхідним запасом випарюваного матеріалу, рівномірне зношення поверхні катоду та однакове в часі нанесення металевих плівок на поверхню аноду, а також підвищення ефективності використання пристрою в цілому. Між суттєвими ознаками винаходу та досягаємим результатом існує наглядний зв'язок, котрий полягає в тому, що схемно-конструктивне виконання пристрою забезпечує, з одного боку, можливість створення складових частин пристрою саме такими, які потрібні для вирішення ними своїх цільових призначень, а з другого, досягнення саме тих фізичних та динамічних параметрів процессу випарювання, які необхідні для підвищення ефективності роботи випарювача. Робота пристрою роз'яснюється блок-схемою, приведеною на фіг., на якій зображена конструкція електродугового випарювача металів, що містить циліндричний катод(1), екран у вигляді торцьового диску(2), анод(3), систему ініціювання дугового розряду, до складу якого входить додатковий анод(4), закріплений через керамічний ізолятор(5) на катоді(1) поблизу його робочої поверхні і високовольтний блок, соленоїд тангенційного управління переміщенням дуги(6), осьовий анод(7), блок живлення дугового розряду(8) і комплект опорів для регулювання струму, встановлених в стр умоподаючих ланцюгах катоду й аноду(9, 10, 15, 16,). Позитивний полюс блоку живленнядугового розряду(8) через вимикач реле(11) з'єднаний з додатковим анодом(4). В силовий ланцюг ввімкнена котушка(12) та реле(11), розмикаючі контакти якого з'єднані з позитивним полюсом високовольтного блоку живлення(14) і з додатковим анодом(4). Для стабілізації температурного режиму на катоді передбачене його охолодження. Пристрій функціонує наступним чином. При ввімкненні електродугового випарювача металів від блоку живлення дугового розряду(8) в мережу подається напруга, створюючи різницю потенціалів між катодом(1) і анодом(3). Одночасно високовольтний блок живлення(14) подає високовольтний імпульс на додатковий анод(4). Струмінь щільної металевої плазми ініціює катодну пляму електродугового розряду, що надалі підтримується за рахунок дії блоку живлення дугового розряду(8). При тривалій роботі електродугового випарювача у випадку зменшення опору на ізоляторі нижче опору міжелектродної відстані, для збудження розряду необхідно за допомогою вимикача реле(11) з'єднати додатковий анод(4) системи ініціювання дугового розряду з позитивним полюсом блоку живлення дугового розряду(8). При цьому металева плівка, напилена на ізоляторі(5), миттєво випаровується, збуджуючи виникнення катодної плями електродугового розряду, і, таким чином, відновлюються первісні властивості по струмоопору керамічного ізолятора(5). Реле(11), котушка якого(12) ввімкнена в силовий ланцюг, а нормально замкнуті контакти(13) - у високовольтний ланцюг, розмикає останню і захищає високовольтний блок живлення(14) від ушкодження великим струмом у силовому ланцюзі. Завдяки встановленню опорами(9, 10, 15, 16,) однакових сил струм у у відповідних ділянках ланцюгів, під дією електричних і магнітних силових полів відбувається рівномірне обертання дугового стовпа по циліндричній поверхні катоду і нівелювання осьової складової електромагнітних сил, діючих на дуговий стовп, що забезпечує рівномірне випарювання металу з усі х ділянок робочої поверхні катоду. Джерела інформації. 1. Раховский В. И. Физические основы коммутации электрического тока в вакууме, „Наука", М., 1970. 2. Саблев Л. П., Долотов Ю. И. Электродуговой высоковакуумный насос. Авт. свид. СССР №224744, 1968. 3. Греков А. И., Ефимов Ю. П. и др. Электродуговой испаритель. Авт. свид.СССР №425502, 1973. 4. Саблев Л. П., Андреев A. A., Григорьев С. Н., Электродуговой испаритель металлов. Пат. №2059737, 1993. 5. Юков Ю. Г., Греков A. M., Ефимчук Б. П. и др. Электродуговой испаритель. Авт. свид. СССР №380153, 1973.