Пристрій для іонно-плазмової обробки виробів

Изобретение относится к ионно-плазменной технике и может быть использовано для вакуумного нанесения покрытий на изделия из различных материалов, преимущественно на длинномерные изделия. При вакуумном нанесении покрытий качество последних существенно возрастает, если непосредственно перед нанесением поверхность изделия обрабатывается потоком ускоренных ионов. Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является устройство для ионноплазменной обработки изделий, преимущественно для нанесения покрытий на длинномерные изделия, содержащее два водоохлаждаемых электрода, один из которых имеет цилиндрическую форму и выведен одним концом через изолированный ввод из вакуумной камеры, гасящее устройство, расположенное вокруг цилиндрического электрода со стороны изолированного ввода, поджигающее устройство, расположенное у противоположного конца цилиндрического электрода, и источник питания вакуумной дуги [1]. Параллельно цилиндрическому электроду, являющемуся катодом, на одном фланце размещен второй электрод-анод, выполненный из трубы с приваренными к ней пластинами, обращенными к катоду. Оба электрода размещены в полости обрабатываемого изделия. Указанное устройство при помощи вакуумной дуги генерирует поток наносимого вещества, распространяющегося в радиальном направлении, и позволяет получать равномерные покрытия по всей длине испарителя. При использовании описанного устройства были получены покрытия на внутренних поверхностях протяженных крупногабаритных изделий цилиндрической формы из стеклопластиков и углепластиков. Недостатком этого устройства является невозможность проведения ионной очистки изделий из диэлектриков перед нанесением на них покрытия, что отрицательно сказывается на качестве покрытия. В основу изобретения поставлена задача создания устройства для ионно-плазменной обработки изделий, преимущественно для нанесения покрытий на длинномерные изделия, в котором благодаря форме выполнения и расположению электродов, а также схеме их подключения к источникам питания повышается адгезия и качество покрытия на изделиях из различного материала, расширяется ассортимент покрытий, а также улучшается использование рабочего пространства камеры и испаряемого вещества. Поставленная задача решается следующим образом. В устройство для ионно-плазменной обработки изделий, преимущественно для нанесения покрытий на длинномерные изделия, содержащее два водоохлаждаемых электрода, один из которых имеет цилиндрическую форму и выведен одним концом через изолированный ввод из вакуумной камеры, гасящее устройство, расположенное вокруг цилиндрического электрода со стороны изолированного ввода, поджигающее устройство, расположенное у противоположного конца цилиндрического электрода и источник питания вакуумной дуги, согласно изобретению, введены высоковольтный и низковольтный источники питания постоянного тока, переключатель и система газонапуска, второй электрод выполнен в виде спирали, окружающей цилиндрический электрод и соосной с ним, и подключен концом, расположенным со стороны гасящего устройства, к положительному полюсу источника питания вакуумной дуги и к отрицательному полюсу высоковольтного источника питания, а обоими концами - к низковольтному источнику питания, цилиндрический электрод подключен к входу переключателя, один выход которого подключен к отрицательному полюсу источника питания вакуумной дуги, а другой к положительному полюсу высоковольтного источника питания, отрицательный полюс высоковольтного источника питания через резистор заземлен. Конструкция электродов, их пространственное расположение и схема их подключения к низковольтному и высоковольтному источникам питания позволяют создавать в пространстве между электродами скрещенные электрическое и магнитное поля. При определенных давлении в вакуумной камере, поддерживаемом системой газонапуска, и величинах электрического и магнитного полей, регулируемых источниками питания, создаются условия для возникновения электрического разряда в скрещенном электрическом и магнитном полях. При этом устройство работает как Холловский плазменный ускоритель-источник ускоренных ионов. Поток ионов испускается из межэлектродного пространства в радиальном направлении и используется для обработки изделий. Заряд, перенесенный ионами на изделия и стенки камеры через резистор, стекает в высоковольтный источник питания. При отключении переключателем высоковольтного источника питания подключается к электродам источник питания вакуумной дуги таким образом, что к отрицательному полюсу подключен конец цилиндрического электрода со стороны гасящего устройства, а к положительному полюсу конец спирального электрода также со стороны гасящего устройства. При таком подключении предлагаемое устройство работает как вакуумный электродуговой испаритель. При подаче потенциала от источника питания вакуумной дуги на электроды поджигающее устройство инициирует на цилиндрическом электроде вакуумную дугу, катодные пятна которой под действием электрических и магнитных сил движутся по спиральным траекториям вдоль цилиндрического электрода от одного его конца к другому и попадают в зону действия гасящего устройства. Вакуумная дуга прерывается гасящим устройством и автоматически вновь инициируется на противоположном конце цилиндрического электрода поджигающим устройством. Поток вещества, генерируемый катодными пятнами вакуумной дуги, распространяется в радиальном направлении от цилиндрического электрода и наносится на изделия. Таким образом в устройстве для ионно-плазменной обработки изделий реализуется возможность функционирования единого устройства как источника ускоренных ионов и как вакуумного электродугового испарителя при пространственном совпадении испускаемых в обоих случаях потоков веществ, что обеспечивает достижение вышеуказанного технического результата. На чертеже представлена схема устройства для ионно-плазменной обработки изделий. Внутри вакуумной камеры 1 размещены два водоохлаждаемых электрода 2, 3, гасящее 4 и подвигающее 5 устройства. Электрод 2 имеет цилиндрическую форму и выведен одним концом 6 через изолированный ввод 7 из вакуумной камеры 1. Электрод 3 выполнен в виде спирали, окружающей цилиндрический электрод 2 и соосной с ним, концы его 8, 9 через изолированные вводы 10,11 выведены из вакуумной камеры 1. Гасящее устройство 4 расположено вокруг цилиндрического электрода 2 вблизи конца б, поджигающее устройство 5 расположено у противоположного конца 12 цилиндрического электрода 2. Камера 1 снабжена системой газонапуска 13. Вне вакуумной камеры расположены источник 14 питания вакуумной дуги, высоковольтный 15 и низковольтный 16 источники питания и переключатель 17 источников питания 14 и 15. Электрод 3, выполненный в виде спирали, подключен концом 8, расположенным со стороны гасящего устройства 4. к положительному полюсу источника 14 питания вакуумной дуги и к отрицательному полюсу высоковольтного источника 15 питания, а обоими концами 8, 9 подключен к низковольтному источнику 16 питания. Цилиндрический электрод 2 подключен к входу 18 переключателя 17, один выход 19 которого подключен к отрицательному полюсу источника 14 питания вакуумной дуги, а другой выход 20 подключен к положительному полюсу высоковольтного источника 15 питания. Отрицательный полюс высоковольтного источника 15 питания через резистор 21 заземлен. В камере 1 размещены изделия 22 для нанесения покрытий. В качестве системы газонапуска используется известная система СНА-2 с пьезоэлектрическими исполнительными элементами. Устройство для ионно-плазменной обработки работает следующим образом. После достижения в вакуумной камере 1 необходимого разрежения 10-2Па включается система газонапуска 13 и в камеру 1 подается аргон до установления давления 10-1Па. Переключатель 17 устанавливается в положение вход 18, выход 20, при котором цилиндрический электрод 2, изолированный от вакуумной камеры вводом 7, соединяется с положительным полюсом высоковольтного источника 15 питания. Включается низковольтный источник 16 питания, подключенный через изолированные вводы 10, 11 к концам 8, 9 спирального электрода 3, и через спиральный электрод 3 пропускается ток от 300 до 1000А, который создает магнитное поле, направленное в осевом направлении. Включается высоковольтный источник 15 питания, при этом в пространстве между электродами 2 и 3 возникает разряд в скрещенных электрическом, направленном радиально, и магнитном, направленном в осевом направлении, полях, которые создают условия для Холловского плазменного ускорения ионов Аr в радиальном направлении от цилиндрического электрода 2. Ускоренные ионы бомбардируют изделия 22, очищают их и активируют их поверхность. Заряд, перенесенный ионами на изделия и стенки камеры через резистор 21, стекает в высоковольтный источник 15 питания. После необходимой степени обработки изделий 22 высоковольтный 15 и низковольтный 16 источники питания выключаются, прекращается подача Ar и переключатель 17 устанавливается в положение вход 18, выход 19, при котором цилиндрический электрод 2 соединяется с отрицательным полюсом источника 14 питания вакуумной дуги. При необходимости нанесения покрытий из соединений через систему газонапуска 13 в камеру 1 подается активный газ. Включается источник 14 питания вакуумной дуги, при этом поджигающее устройство 5 инициирует на конце 12 цилиндрического электрода 2 вакуумную дугу. Катодные пятна под действием электрических и магнитных сил движутся по винтовым траекториям от конца 12 электрода 2 к концу 6, где гасятся гасящим устройством 4. При погасании вакуумной дуги поджигающее устройство 5 вновь инициирует ее. Генерируемый катодными пятнами поток вещества распространяется по всей длине электрода 2 в радиальном направлении и создает покрытия на изделиях 22, расположенных по периферии камеры 1. Распределение потока вещества, генерируемого вакуумной дугой, полностью совпадает с пространственным распределением потока ионов Ar, когда устройство функционировало в качестве ионного источника. С помощью этого устройства были получены покрытия из Тi и TIN на стеклянных изделиях длиной до 2м, Покрытия обладали высокой адгезией и однородностью. При нанесении на эти изделия покрытий без ионной обработки адгезия Тi существенно ниже, а покрытия из TIN отслаивались и разрушались.