CN104302082A - 用于化学气相沉积的等离子炬 - Google Patents
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Abstract
一种用于化学气相沉积的等离子炬，包括上部的阴极、位于阴极正下部的阳极、同心套装在阴极外部的圆筒形辅助电极，辅助电极至少一个，阴极和辅助电极之间设有隔离密封环，相邻的辅助电极之间设有隔离密封环，最外层辅助电极外部套装有磁场线包，阳极为环形的中空管，并连接有两个进出水导管。该炬能有效的防止电弧在阴极和各辅助电极内部引燃或回缩到各电极之间内部放电，从而避免烧坏各极间隔离的绝缘材料。可以根据需要方便的更换不同口径的阳极，而不需要更换整个炬。还可以调节阳极到阴极之间的垂直距离，以便优化等离子体射流，获得最佳的沉积效果。
Description
技术领域
本发明涉及等离子的技术领域，特别是涉及一种用于化学气相沉积的等离子炬。
背景技术
等离子炬是一种产生等离子体的装置，根据原理的不同，可以分为射频等离子炬和电弧等离子炬两种。本发明属于电弧等离子炬，电弧等离子炬最早用于切割和喷涂，一般有一个阴极和一个阳极。用于化学气相沉积的等离子炬多在此基础上发展而来，为了增加等离子炬的功率和扩大沉积面积进行了多种改进。日本专利06-183886通过一个阴极三个阳极的结构来增加功率和面积，三个阳极和阴极同轴安装，在轴向错开距离，用三台电源供电。中国专利CN1077328A、CN1077329A公开了一种由几个同轴管状电极组成的等离子炬，炬中的辅助电极可以抽取，并且都接电源。这两种炬结构复杂制造成本高，容易发生极间内部放电，烧坏各电极之间的隔离密封环。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于化学气相沉积的等离子炬，该等离子炬能够在高功率大面积的放电状态下，长时间连续稳定的工作，可广泛应用于化学气相沉积法制造物质和材料，如金刚石膜。
本发明的用于化学气相沉积的等离子炬，包括上部的阴极、位于阴极正下部的阳极、同心套装在阴极外部的圆筒形辅助电极，其特征是：所述的辅助电极至少一个，阴极和辅助电极之间设有隔离密封环，相邻的辅助电极之间设有隔离密封环，最外层辅助电极外部套装有磁场线包，所述的阳极为环形的中空管，并连接有两个进出水导管。
所述的阳极的横截面为方形，或者为圆形。
所述的辅助电极下部加宽。
所述的隔离密封环密封环由耐热的绝缘材料制成，其上开有进气道，其中至少有一个是切向进气。
所述的辅助电极由双层金属管焊接而成，内设水冷夹层。
所述的辅助电极不接电源的正极或负极。
本发明的有益效果
本发明能有效的防止电弧在阴极和各辅助电极内部引燃或回缩到各电极之间内部放电，从而避免烧坏各极间隔离的绝缘材料。可以根据需要方便的更换不同口径的阳极，而不需要更换整个炬。还可以调节阳极到阴极之间的垂直距离，以便优化等离子体射流，获得最佳的沉积效果。
附图说明
图1为该用于化学气相沉积的等离子炬主视全剖结构示意图；
图2为该用于化学气相沉积的等离子炬的横截面为圆形阳极结构示意图；
图中（1）阴极，（2）—A、（2）—B阳极，（3）—A、（3）—B进出水导管，（4）（5）（6）辅助电极，（7）（8）（9）隔离密封环，（10）磁场线包。
具体实施方式
实施例：参见图1-2，用于化学气相沉积的等离子炬，包括上部的阴极、位于阴极正下部的阳极、同心套装在阴极外部的圆筒形辅助电极，其特征是：所述的辅助电极至少一个，阴极和辅助电极之间设有隔离密封环，相邻的辅助电极之间设有隔离密封环，最外层辅助电极外部套装有磁场线包，所述的阳极为环形的中空管，并连接有进出水导管。所述的阳极的横截面为方形，或者为圆形，如图2所示。所述的辅助电极下部加宽。所述的隔离密封环密封环由耐热的绝缘材料制成，其上开有进气道，其中至少有一个是切向进气。所述的辅助电极由双层金属管焊接而成，内设水冷夹层。所述的辅助电极不接电源的正极或负极。
阴极（1）由高熔点金属如钨镶嵌入水冷的铜基座内制成，阳极（2）—A由铜板加工而成，阳极（2）—B由铜管弯成，通过调整阳极（2）的水平固定位置保持与阴极（1）同心。进出水导管（3）用于给阳极（2）接电、通冷却水和提供独立支撑，可以水平的或向上、向下固定。辅助电极（4）（5）（6）由双层金属管焊接而成，内设水冷夹层，下沿有加宽的突起结构，隔离密封环（7）（8）（9）由耐热的绝缘材料制成，其上开有进气道，其中至少有一个是切向进气。辅助电极（4）（5）（6）与阴极（1）由隔离密封环（7）（8）（9）隔离密封并同心的套装在一起。磁场线包（10）提供一个轴向磁场。
本发明所述的等离子炬一般在真空或负压状态下工作，工作时阴极（1）和阳极（2）分别接通电源的负极和正极，隔离密封环（7）内通入保护性气体如氩气，保护阴极（1）不烧蚀，隔离密封环（8）（9）内通入工作介质气体，如氢气和甲烷气的混合气体。通过叠加到电源上的高频高压引弧，高频高压依次击穿阴极（1）、辅助电极（4）（5）（6）下沿加宽的突起部位和阳极（2）的内侧上沿，在气流的吹动和轴向磁场的作用下，形成一个在阴极（1）与阳极（2）下沿之间高速旋转的等离子弧幕。电弧引燃后断开高频高压，辅助电极（4）（5）（6）与阴极（1）、阳极（2）之间的引燃电弧即熄灭。
由于阳极（2）是独立安装固定的，不与阴极（1）和辅助电极（4）（5）（6）套装在一起，又由于辅助电极（4）（5）（6）下沿加宽的突起结构缩短了引弧距离，所以电弧不会在阴极（1）和辅助电极（4）（5）（6）内部引燃，电弧引燃后也不会回缩进电极内部放电。同时辅助电极下沿加宽的突起结构缩短了各电极之间的间隙，从而减少了电弧对隔离密封环（7）（8）（9）的烘烤。
根据不同沉积面积的需要，可以更换不同口径的阳极（2），而不需要更换整个炬，例如更换较小口径阳极（2）后，只使用辅助电极（4）（5）和隔离密封环（7）（8）工作，而让辅助电极（6）和隔离密封环（9）空置。通过上下调整阳极（2）的固定位置，可以调整阳极（2）到阴极（1）之间的垂直放电距离，以便获得最佳的等离子体射流，达到最佳的沉积效果。
Claims (6)
1.一种用于化学气相沉积的等离子炬，包括上部的阴极、位于阴极正下部的阳极、同心套装在阴极外部的圆筒形辅助电极，其特征是：所述的辅助电极至少一个，阴极和辅助电极之间设有隔离密封环，相邻的辅助电极之间设有隔离密封环，最外层辅助电极外部套装有磁场线包，所述的阳极为环形的中空管，并连接有进出水导管。
2.根据权利要求1所述的用于化学气相沉积的等离子炬，其特征是：所述的阳极的横截面为方形，或者为圆形。
3.根据权利要求1所述的用于化学气相沉积的等离子炬，其特征是：所述的辅助电极下部加宽。
4.根据权利要求1所述的用于化学气相沉积的等离子炬，其特征是：所述的隔离环密封环由耐热的绝缘材料制成，其上开有进气道，其中至少有一个是切向进气。
5.根据权利要求1所述的用于化学气相沉积的等离子炬，其特征是：所述的辅助电极由双层金属管焊接而成，内设水冷夹层。
6.根据权利要求1所述的用于化学气相沉积的等离子炬，其特征是：所述的辅助电极不接电源的正极或负极。
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