Електродугове джерело плазми

Електродугове джерело плазми, що містить запалювальний пристрій, розташовані на одній осі Винахід віднесений до вакуумно-плазмової техніки, зокрема до конструкцій електродугових джерел плазми, і може бути використаний у машинобудуванні для одержання покриттів різного призначення Відомо електродугове джерело плазми (А с СССР № 1040631, кл Н 05 Н 1/26, 1981), яке містить запалюючий пристрій та розташовані на однієї осі катод, трубчатий анод і розміщений зовні аноду фокусуючий соленоїд При цьому, катод має вигляд циліндру, на торці якого горить дуговий розряд, який створює плазму матеріалу катоду Недоліком цього пристрою є наявність в плазмовому потоку багатої КІЛЬКОСТІ макрочасток - краплин і твердих сколків матеріалу катоду, які погіршують якість отриманих покриттів Також відомо джерело плазми ( А с СССР № 633432, кл Н 05 Н 1/26, 1976 ), яке містить запалюючий пристрій і розташовані на однієї осі катод і трубчатий анод При цьому анод поєднаний з плазмоводом, що виконаний у вигляді труби з немагнітного матеріалу, зовні якого розташовані фокусуючий соленоїд, а усередині плазмоводу у корпусі з немагнітного матеріалу розміщений відхиляючий соленоїд Завдяки вибору розмірів і взаємного розташування плазмоводу і корпусу відхиляюючого соленоїду, які забезпечують відсутність оптичної видимості вихідного отвору плазмоводу з робочою поверхнею катода, плазма на виході цього джере катод, трубчатий анод, розміщений зовні анода двосекційний фокусуючий соленоїд, між секціями якого розташований відхиляючий соленоїд, розташований усередині джерела екрануючий електрод у вигляді диска з немагнітного матеріалу, який перекриває зону оптичної видимості вихідного отвору анода з робочої поверхні катода, яке відрізняється тим, що усередині анода, між робочим торцем катода і екрануючим електродом розташований концентратор магнітного поля у вигляді кільця з феромагнітного металу, електрично з'єднаний з анодом ла містить малу КІЛЬКІСТЬ макрочасток, які потрапляють на внутрішню поверхню анода і плазмоводу, а також на корпус відхиляюючего соленоїда, але недоліками цього пристрою є складність виготовлення корпусу і відхиляючего соленоїду, а також недостатньо висока надійність, яка відмовлена можливістю "прогорання" корпусу під впливом плазми вакуумної дуги Найбільш близьким до пропонованого, є електродугове джерело плазми (І І Aksenov, V М Khoroshikh, "Filtering shields in vacuum-arc plasma sources", Proc TATF-98, in press ), яке містить запалюючий пристрій і розташовані на однієї осі катод, трубчатий анод, розміщений зовні анода двосекційний фокусуючий соленоїд, між секціями якого розташований відхиляюючий соленоїд, а також розташований усередині джерела екрануючий електрод у вигляді диска, електричне ізольований від катода і анода Розміри та взаємне розташування диска і анода обрані такими, щоб забезпечити відсутність оптичної видимості вихідного отвору анода з робочою поверхнею катода, що виключає потрапляння на вихід джерела макрочасток, які рухаються прямолінійно і не керуються магнітним полем Завдяки зовнішньому розташуванню відхиляючого соленоїда джерело має високу надійність Недоліком цього джерела є низька продуктивність пристрою, через те, що розташований усередині анода диск перехоплює значну частину О 00 44842 нітного поля кільцевий форми, який електричко з'єднаний з анодом 3 Катод 2 і запалюючий пристрій закріплені на кришці 9, яка відділена від анода 3 завдяки ізолятору 10 Пунктирними ЛІНІЯМИ на креслені позначений хід силових ЛІНІЙ магнітного поля Джерело плазми працює таким чином При вмиканні секцій4 і 5 фокусуючого соленоїду та відхиляючого соленоїда 6, у аноді 3 виникає магнітне поле Завдяки тому, що у аноді 3 розташований феромагнітний концентратор 8 магнітного поля, силові лінії магнітного поля мають вигляд, показаний на кресленні При подаванні на запалюючий пристрій 1 високовольтного імпульсу виникає дуговий розряд між катодом 2 і анодом З джерела плазми Створений таким чином плазмовий потік рухає у аноді 3 Нейтральні пари і макрочастки, що вилітають з поверхні катода 2, рухаються по прямолінійним траєкторіям і осідають на внутрішній поверхні анода 3 й на диску 7, не досягаючи виходу джерела Заряджені компоненти Запалюючий пристрій забезпечує виникнення плазми (іони І електрони), рухаються уздовж силодугового розряду, який створює плазмовий потік у вих ЛІНІЙ магнітного поля, проходять через джеджерелі плазми Розташування катода і трубчаторело і потрапляють на деталь , яку треба обробиго анода на однієї осі забезпечує наявність каналу ти задля транспортування плазмового потоку Ефек плазмового потоку, який має найбільшу концентрацію на осі джерела В основу винаходу поставлена задача у електродуговому джерелі плазми шляхом перетворювання аксіальних плазмових потоків у кільцеві підвищити продуктивність пристрою Поставлену задачу вирішують завдяки тому, що $ електродуговому джерелі плазми, яке містить запалюючий пристрій і розташовані на однієї осі катод, трубчатий анод, розмішений зовні анода двосекційний соленоїд, між секцій якого розташований відхиляючий соленоїд, розташований усередині джерела екрануючий електрод у вигляді диска з немагнітного матеріалу, який перекриває зону оптичної видимості вихідного отвору анода з робочою поверхнею катода, у ВІДПОВІДНІ винаходу усередині анода, між робочім торцем катода і екрануючим електродом розташований концентратор магнітного поля у вигляді кільця з феромагнітного метала, електричне з'єднаного з анодом тивне транспортування плазмового потоку на вихід джерела досягається завдяки наявності фокусуючого соленоїда, який створює магнітне поле уздовж силових ЛІНІЙ якого плазма рухає до вихідного отвору анода Відхиляючий соленоїд скривляє магнітне поле поблизу диска, у зв'язку з чим у кільцевому зазорі підвищується зовнішнє магнітне поле, що сприяє підвищенню коефіцієнта проходження ІОНІВ на цій ДІЛЯНЦІ джерела плазми і, як наслідок, підвищенню його продуктивності Наявність кільцевого концентратору магнітного поля, електричне поєднаного з анодом, приводить до замикання на нього силових ЛІНІЙ магнітного поля, уздовж яких відбувається переважне горіння дугового розряду, завдяки чому, рухаючись у аноді плазмовий потік, біля зазору між диском і анодом набирає у перерізу вигляд кільця і проходжує через нього з мінімальними втратами практично не торкаючись диска Через те, що диск перекриває зону оптичної видимості вихідного отвору анода з робочою поверхнею катода, макрочастки, рухаючись з його робочої поверхні по прямолінійним траєкторіям потрапляють на вихід джерела Завдяки тому, що диск зроблено з немагнітного матеріалу, він не здійснює скривлень у структуру магнітного поля, що забезпечує оптимальне проходження плазмового потоку уздовж анода джерела Ці обставині обумовлюють високу продуктивність джерела Пропоноване джерело плазми зображено на кресленні фіг Джерело плазми містить запалюючий пристрій 1, катод 2 і, розташований на одній з ним осі, трубчатий анод 3 Зовні анода розташований фокусуючий соленоїд, який складається з двох секцій 4 і 5, між якими розташований відхиляючий соленоїд 6 Усередині анода 3, на його осі, розташований екрануючий електрод 7, виконаний у вигляді диска, який ізольований від анода ізолятором У аноді З, між робочим торцем катода 2 та екрануючим електродом 7 розташований концентратор 8 маг Пропоноване технічне рішення створено на базі джерела плазми, яке використують в установці "Булат-6", що випускають серійно Виготовлено джерело плазми мало такі параметри Анод 3 виконаний з немагнітної сталі Х18Н9Т у вигляді трубі довжиною 240мм і діаметром 210мм Діаметр катода 2 - 60мм, матеріал катода -титан ВТ - 1 Кришка 9 виготовлена зі сталі Х18Н9Т Ізолятор 10 виготовлений з капролону Фокусуючий соленоїд 4, 5, і відхиляючий соленоїд 6 виконані з мідного дроту Густина витків усіх магнітних котушок - 50 витків на 1см Екрануючий електрод 7 виготовлений зі сталі Х18Н9Т і має вигляд диска Діаметр диска 100мм, товщина 1,5мм У аноді диск закріплено на відрізку дроту, один кінець якого прикріплений до диска, а інший до анода Відстань від вихідного отвору анода 3 до диска 7 - 100мм При таких розмірах і розташуванні елементів джерела плазми, диск 7 перекриває зону оптичної видимості вихідного отвору анода 3 з робочою поверхнею катода 2 Між робочім торцем катода 2 і диском 7 розташований концентратор 8 магнітного поля , виконаний у вигляді кільця зі сталі Ст 3 ЗОВНІШНІЙ діаметр кільця дорівнює діаметру анода (210мм), внутрішній діаметр кільця -190мм, ширина - 10мм Кільце має електричний контакт з анодом При струмі дугового розряду 100 А, струмах в секціях фокусуючего соленоїду 0,5 А і струмі у відхиляючому соленоїді 0,3 А, пропоноване джерело забезпечує повний іонний струм на виході = 2 А (в пристроі-прототипі = 1,4 А), що відповідає швидкості отримання покриттів = 10мкм/г, у той час як у пристрої - прототипі швидкість отримання покриттів при тому ж струму дуги не перевішує бмкм/г Як виявили вимірювання, виконані за допомогою профілогра-профілометра, якість чистоти поверхні одержаних покриттів також сама, як при користуванні лристроєм-прототипом Наприклад, одержання покриттів товщиною 1,5 2мкм, як за допомогою цього джерела, так і джерелапрототипу на поверхню, що має 13-й клас чистоти, 44842 6 ного поля у області між вихідним торцем аноду і екрануючим електродом дає можливість підвищить продуктивність цього приладу відносно пристрою-прототипу практично не веде до підвищення шорсткості поверхні, у той час як одержання шарів такої товщини з не сепарованого потоку плазми збільшує шорсткість такої поверхні до 8 - го класу Таким чином, наявність концентратору магніт A/ s s у у j 7 7 / > J J > ,• / s J^h> О о 2 8 7 Фіг. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90