Вакуумний електродуговий випарник

1. Вакуумний електродуговий випарник, що містить перше джерело живлення, негативний вихід якого зв'язаний з катодом, виконаним як мішень поздовжньої форми, розташованим у зовнішньому магнітному полі постійних магнітів, яке перетинає електричне поле біля катода, анод виконаний як корпус вакуумної камери і зв'язаний з позитивним виходом першого джерела живлення, постійні магніти виконані з можливістю їх перемі C2 2 86841 1 3 При використанні відомого вакуумного електродугового випарника випаровується недостатня частина поверхні катода, що знижує продуктивність цього пристрою. Відомий вакуумний електродуговий випарник (п. US 2004154919, С23С 14/24, 14/32, H01J 37/32), вибраний як прототип, який містить перше джерело живлення, негативний вихід якого зв'язаний з катодом, виконаним як мішень поздовжньої форми. Катод розташований у зовнішньому магнітному полі і зв'язаний по периметру з кріпильною пластиною, покритою зі сторони, повернутої до вакуумної камери, діелектриком. Містить комбінацію кільцевих котушок електромагнітів та постійних магнітів, магнітне поле яких перетинає електричне поле біля катода. Анод виконаний як корпус випарника, закріплений у корпусі вакуумної камери і зв'язаний з позитивним виходом першого джерела живлення. Постійні магніти виконані з можливістю їх переміщення відносно поверхні катода, повернутої до вакуумної камери. Збігаються з основними ознаками відомого вакуумного електродугового випарника перше джерело живлення, негативний вихід якого зв'язаний з катодом, виконаним як мішень поздовжньої форми, розташованим в магнітному полі постійних магнітів, яке перетинає електричне поле біля катода. Анод виконаний як корпус вакуумної камери і зв'язаний з позитивним виходом джерела живлення. Постійні магніти виконані з можливістю їх переміщення відносно поверхні катода, повернутої до вакуумної камери. При використанні відомого вакуумного електродугового випарника випаровується недостатня частина поверхні катода, що знижує продуктивність цього пристрою. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення вакуумного електродугового випарника, в якому шляхом конструктивних змін збільшена частина поверхні катода, яка випаровується, завдяки чому підвищується продуктивність цього пристрою. Ця задача вирішується тим, що у вакуумному електродуговому випарнику, який містить перше джерело живлення, негативний вихід якого зв'язаний з катодом, виконаним як мішень поздовжньої форми, розташованим у зовнішньому магнітному полі постійних магнітів, яке перетинає електричне поле біля катода, анод виконаний як корпус вакуумної камери і зв'язаний з позитивним виходом першого джерела живлення, постійні магніти виконані з можливістю їх переміщення відносно поверхні катода, повернутої до вакуумної камери, згідно з винаходом постійні магніти зв'язані з механізмом переміщення, який зв'язаний з першим портом ПЕОМ, другий порт якої зв'язаний з керуючим входом другого джерела живлення, негативний вихід якого зв'язаним з негативним виходом першого джерела живлення, позитивний вихід другого джерела живлення зв'язаний з ізольованим від катода і корпусу вакуумної камери додатковим анодом, розташованим по периметру катода, при цьому постійні магніти виконані з можливістю програмованого узгодження їх позиції відносно катода і величини потенціалу додаткового анода. 86841 4 Крім того, додатковий анод виконаний із матеріалу з високою магнітною проникністю. Крім того, катод виконаний складеним із елементів поздовжньої форми, які містять різні за складом мішені. Крім того, керуючий вхід першого джерела живлення зв'язаний з третім портом ПЕОМ. Сукупність наведених основних ознак вакуумного електродугового випарника забезпечує збільшена частина поверхні катода, яка випаровується, із збільшенням продуктивності. Разом з тим, порівняно з прототипом підвищується надійність пристрою. Зокрема для випаровування (напилення) однакової кількості матеріалу катода використання більшої частини поверхні катода зменшує вірогідність наскрізного його перетинання катодною плямою по товщині. Вірогідність виходу катодної плями за межі площини катоду суттєво зменшується завдяки програмованому узгодженню позиції постійних магнітів і величини потенціалу додаткового анода, при регулюванні позитивного потенціалу якого регулюють умови підтримання дуги або відповідний бар'єр. При цьому плазма додатково спрямовується від прикатодної області до деталей, які напилюються, і використовується більш ефективно. Додатковий анод, виконаний із матеріалу з високою магнітною проникністю, сприяє оптимальному формуванню магнітного поля постійних магнітів біля катода. Збільшення частини поверхні катода, яка випаровується за програмою, покращує можливості використання катода, складеного із різних за складом мішеней, і напилення багатошарових покриттів. Зв'язок входу першого джерела живлення з третім портом ПЕОМ дає більшу можливість програмованого керуванням процесами напилення. На фіг. 1 схематично зображено вакуумний електродуговий випарник у розрізі, на фіг.2 - катод, вид зверху. Вакуумний електродуговий випарник містить перше джерело живлення 1, зв'язане негативним виходом з катодом 2, виконаним як мішень поздовжньої форми, і позитивний виходом - з анодом, виконаним як корпус вакуумної камери 3. Під катодом 2 поза вакуумним простором розташовані постійні магніти 4, магнітне поле яких перетинає електричне поле біля катода 2. Постійні магніти 4 зв'язані з механізмом переміщення 5, який зв'язаний з першим портом ПЕОМ 6, другий порт якої зв'язаний з керуючим входом другого джерела живлення 7, негативний вихід якого зв'язаний з негативним виходом першого джерела живлення 1. Позитивний вихід другого джерела живлення 7 зв'язаний з ізольованим від катода 2 і корпусу вакуумної камери 3 додатковим анодом 8, розташованим по периметру катода 2. Постійні магніти 4 виконані з можливістю програмованого узгодження їх позиції відносно катода 2 і величини потенціалу додаткового анода 8. Механізм переміщення 5 виконаний з можливістю його керованого руху по паралельних стержнях 9 з використанням відомих, наприклад, шагових або лінійних двигунів. Механізм переміщення 5 зв'язаний стержнями 10 з тримачем 11 постійних магнітів 4, наприклад, черв'яч 5 ною передачею з використанням мікродвигунів. Кожух 12 герметично зв'язаний з корпусом вакуумної камери 3 і кришкою 13, яка містить патрубок 14 вводу і патрубок 15 виводу охолоджувача катода 2. Частини поверхні 16, 17 і 18 катода 2, ілюструють варіанти відпрацьованої поверхні при почерговому встановленні різного положення постійних магнітів 4. Вакуумний електродуговий випарник, як правило, використовують у декілька штук, які встановлюють паралельно один одному рівномірно вздовж стінки вакуумної камери. Додатковий анод 8 виконаний із матеріалу з високою магнітною проникністю. Катод 2, як варіант, виконаний складеним із елементів поздовжньої форми, які містять різні мішені, наприклад, титанові і цирконієві. Додатково керуючий вхід першого джерела живлення 1 зв'язаний з третім портом ПЕОМ 6. Вакуумний електродуговий випарник працює таким чином. У вакуумну камеру 3 встановлюють деталі для напилення і створюють необхідний вакуум. Кожух 12 герметично закривають кришкою 13, патрубки 14 і 15 якої зв'язують з системою циркуляції охолоджуючої рідини. Подають сигнали з першого порту ПЕОМ 6 до механізму переміщення 5, яким встановлюють постійні магніти 4 у початкове положення згідно з визначеною технологією. При цьому переміщення тримача 11 з постійними магнітами 4 паралельно поверхні катода 2 здійснюють по стержнях 9, а перпендикулярно поверхні катода 2 - по стержнях 10. Включають перше джерело живлення 1 і подають напругу на катод 2 і корпусу вакуумної камери 3 для отримання розряду, який стимулюють ініціатором дугового розряду, на рисунку не показаним. Під впливом зовнішнього магнітного поля катодна пляма рухається по поверхні катода 2, повернутої до вакуумної камери 3, випаровує катод 2 з утворенням парів металу і металевої плазми, які напилюються на встановлені деталі. Іони металевої плазми також стикаються з атомами і/або молекулами технологічного газу з утворенням газових іонів. Електрони, які інжектуються з катода 2, спрямовуються до корпусу вакуумної камери 3, як до анода, і також частково іонізують технологічний газ. Сигналами з першого порту ПЕОМ 6 до механізму переміщення 5 постійні магніти 4 плавно сканують вздовж короткої сторони катода 2, послі 86841 6 довно випаровуючи ділянки його поверхні, або згідно з вибраною технологією переміщують на певні відстані з утворенням поверхонь 16, 17 або 18. Сигналами з другого порту ПЕОМ 6 до другого джерела живлення 7 встановлюють величини потенціалу додаткового анода 8 згідно з визначеною технологією. При цьому ПЕОМ 6 за встановленою програмою узгоджує позиції постійних магнітів 4 відносно катода 2 і величини потенціалу додаткового анода 8 відносно катода 2. Вказана програма оптимізує випаровування матеріалу катода 2 з його поверхні і особливо біля краю, де шляхом регулювання величини позитивного потенціалу додаткового анода 8 катодна пляма наближається, але не виходить за край катода 2. Одночасно збільшують або зменшують інтенсивність іонізації технологічного газу, корегують положення границі між областю металогазової плазми і областю практично газової плазми, яка примикає до додаткового анода 8. Тим самим збільшують або зменшують участь технологічного газу у формуванні плівки, яку напилюють на деталі. Додатковий анод 8, виконаний із матеріалу з високою магнітною проникністю, частково виконує функцію магнітопроводу. Програма ПЕОМ 6 при використанні катода 2 з різними за складом мішенями враховує черговість випаровування, отже і формування на деталях різних шарів матеріалів або їх сполук, утворених при додаванні у вакуумну камеру З реакційних газів відомим способом. За встановленою програмою ПЕОМ 6 накопичує в своєму блоці пам'яті застосовані, у тому числі відомі, технологічні режими і після вводу даних з характеристикою отриманих покриттів дозволяє їх відтворювати і корегувати. Завдяки зв'язку керуючого входу першого джерела живлення 1 з третім портом ПЕОМ 6 додатково здійснюють регулювання напруги на виході першого джерела живлення 1 і струму дуги. Інші важливі параметри, які регулюють відомим способом: величина тиску у вакуумній камері 3; при реактивному напиленні парціальний тиск реакційного газу; температура поверхні деталі, яка напилюється; температура охолоджуючої рідини тощо. Вакуумний електродуговий випарник, який пропонується, пройшов успішне експериментальне випробування. 7 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 86841 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601