CN105490058B - 一种绝缘密封电极组件 - Google Patents

Abstract

一种绝缘密封电极组件，属于电气连接部件，用于需要封闭的导电材料腔体，解决现有电极绝缘密封装置存在的体积较大、结构比较复杂、密封效果差且不能承受高温的问题。本发明包括铜棒、上套筒、上端固定螺母、隔离垫圈、内套筒、外套筒、底座密封圈、固定垫圈、下端固定螺母和下套筒，使用时，所述外套筒通过固定垫圈和下端固定螺母连接到设备腔体基座上，使得电极正常导电工作的同时，保证电极和与其连接的设备腔体之间的绝缘性，且可以保证连接部位的密封性，从而保证了设备整体的安全性。

Description

一种绝缘密封电极组件

技术领域

本发明属于电气连接部件，用于需要封闭的导电材料腔体，可以在电极接上电压时保证电极和与其连接的设备腔体之间的绝缘性和密封性，从而有效保证设备安全。

背景技术

热丝化学气相沉积(Hot Filament Chemical Vapor Deposition，HFCVD)是一种利用热丝(或称灯丝)作为加热热源、以气体反应物作为原料在衬底(基体)材料表面沉积薄膜的工艺方法，非常适合沉积金刚石薄膜或直接沉积金刚石晶体。

目前HFCVD系统中的加热热丝主要是钨丝、钽丝和铼丝。加热热丝的两端分别连接电源的正极和负极以形成电流回路，使热丝通电发热。电源正极连接380V高电压，且需固定在HFCVD腔体内壁上，而HFCVD腔体内壁由金属材料制成(一般为铝合金)，如若将电源正极与HFCVD腔体内壁直接连接，将使得腔体带上380V高电压，威胁到HFCVD设备操作人员的生命安全，所以，需要保证电源正极与HFCVD腔体内壁的绝缘性；另一方面，由于HFCVD腔体内反应物为易燃易爆的气体，所以在安装电源正极的时候，同时要保证电源正极与HFCVD腔体内壁在安装过程中的密封性。

申请号201210245646.7、申请公布号CN 102769989 A、申请公布日2012.11.07的发明专利申请《等离子体放电腔体内置冷却电极的绝缘密封装置》，整个装置主要包括金属螺杆、锁紧顶盖、绝缘底座和绝缘挡板，金属螺杆上部连接锁紧顶盖，下部连接绝缘底座，该装置通过螺纹连接和嵌入式的连接方式，实现内置冷却电极的快速拆装，绝缘挡板套在绝缘底座上部，通过绝缘挡板防止电极接口部分与等离子腔体发生弧光放电。但其体积比较大，所占空间大，结构比较复杂，在HFCVD系统紧凑的腔内空间中没有足够的安装空间；HFCVD系统腔体内部是氢气、甲烷等易燃易爆性气体，对腔体密封性的要求非常高，需要专业的密封装置保证腔体的高密封性能，而该装置中，电极与绝缘装置的密封没有专门的密封，仅是简单的螺纹密封，达不到HFCVD系统的密封等级；电极与腔体之间的绝缘装置裸露在装置外面，绝缘材料采用聚四氟乙烯或环氧树脂，不能承受HFCVD内的高温(平均温度800℃，局部2100℃)。

发明内容

本发明提供一种绝缘密封电极组件，解决现有电极绝缘密封装置存在的体积较大、结构比较复杂、密封效果差且不能承受高温的问题，用于有效地保证电极和与其连接的设备腔体之间的绝缘和密封，从而保证设备的安全性。

本发明所提供的一种绝缘密封电极组件，包括铜棒、上套筒、上端固定螺母、隔离垫圈、内套筒、外套筒、底座密封圈、固定垫圈、下端固定螺母和下套筒，其特征在于：

所述铜棒为圆杆，杆身的上端和下端分别具有外螺纹，杆身下部具有与其一体的环形凸台；

所述下套筒为圆筒，由绝缘材料制作，下套筒的上下端面分别具有环形的上凹槽和下凹槽；

所述外套筒为空心旋转体，其上端形成环形裙边，环形裙边下端面具有环形凹槽，外套筒的中间段具有外螺纹；

所述内套筒为空心旋转体，采用绝缘材料制作，其内孔孔径与铜棒的杆身直径相同，内套筒外径与外套筒的内径相同；

所述上套筒为圆筒，由绝缘材料制作，其上端具有环形台阶；

构成组件时，所述下套筒的上凹槽和下凹槽内分别装入上密封圈、下密封圈，再将下套筒自铜棒的上端套入，被铜棒的环形凸台限位，然后将外套筒由铜棒的上端套入，使外套筒的下端面与下套筒的上端面贴合；所述内套筒从铜棒的上端套入，插入外套筒与铜棒之间的间隙，内套筒的内孔与铜棒的杆身、内套筒的外壁与外套筒的内孔分别为过盈配合，向下压紧内套筒，使内套筒上端的环形台阶与外套筒上端面接触，从而固定内套筒；内套筒将铜棒与外套筒隔开，从而保证铜棒与外套筒之间的绝缘；所述上套筒从铜棒的上端套入，贴紧内套筒上端面；所述隔离垫圈从铜棒的上端套入，贴紧上套筒上端面；所述上端固定螺母由铜棒的上端向下旋入，直至隔离垫圈、上套筒、内套筒、外套筒、上密封圈、下套筒和下密封圈全部压紧并固定，形成组件；

装配时，将底座密封圈装入外套筒环形裙边下端面的环形凹槽内，所述组件由内向外插入到HFCVD腔体基座上的安装孔中，外套筒环形裙边的下端面与HFCVD腔体基座内表面贴合，再将固定垫圈从组件的最下端向上套入，使其与HFCVD腔体基座的外表面接触；然后将所述下端固定螺母从组件的最下端向上套入，与外套筒中间段的外螺纹旋合，压紧固定垫圈，从而将外套筒固定在HFCVD腔体基座上。

所述的绝缘密封电极组件，所述铜棒的杆身的下端可以通过电缆连接块与电缆连接；所述电缆连接块为管状，由导电材料制成，其内孔具有内螺纹，用于和所述铜棒的下端螺纹连接；电缆连接块上部表面具有轴向平行的多道环形凹槽，形成散热片结构，电缆连接块下端铣扁，铣扁部位开有圆孔，用于穿过螺栓将电缆连接固定。

所述上密封圈在外套筒的下端面与下套筒的上端面的贴合面内被压紧并且固定，同时下密封圈在铜棒的环形凸台的上端面与下套筒的下端面的贴合面内被压紧并且固定，此两处的密封圈保证了HFCVD腔体内的反应气体不会从组件自身的装配间隙泄露，从而保证了组件自身在装配过程中的密封性要求；

所述底座密封圈在外套筒环形裙边的下端面与HFCVD腔体基座内表面的贴合面内被压紧并且固定，保证了HFCVD腔体内的反应气体不会从组件与HFCVD腔体基座装配间隙从漏出，从而保证了组件与HFCVD腔体基座装配的密封性。

所述的绝缘密封电极组件中三处绝缘部件的组合使用使得装置整体在安装到HFCVD腔体基座的过程中满足绝缘性的要求：

上套筒安装在隔离垫圈和外套筒之间，将外套筒上端与隔离垫圈隔开；内套筒安装在铜棒与外套筒的内孔之间，将外套筒内孔与铜棒的中间段隔开；下套筒安装在铜棒下端环形凸台的上端面和外套筒下端之间，将外套筒下端与铜棒下端环形凸台隔开。以上三处绝缘部件，上套筒、内套筒和下套筒的使用，使得铜棒整体与外套筒的整体全部隔开，从而使外套筒与铜棒之间保持绝缘；

固定垫圈和下端固定螺母都是安装在外套筒的外围，外套筒与铜棒之间保持绝缘，使得固定垫圈和下端固定螺母与铜棒之间也保持绝缘。所以，外套筒、固定垫圈和下端固定螺母都与铜棒保持绝缘，而组件在安装到HFCVD腔体基座的装配过程中与HFCVD腔体基座相接触的只有外套筒、固定垫圈和下端固定螺母，因此组件与HFCVD腔体基座保持绝缘。

用于保持外套筒和HFCVD系统腔体底座之间绝缘性的内套筒，由绝缘材料构成，安装在外套筒的内部，从而避免其直接裸露在高温的HFCVD系统腔体内，可以承受HFCVD系统腔体内部的高温。

HFCVD设备的电源一般采用高压电源，电缆与电极连接的地方由于电阻比较大，使得连接处的发热量会比较大，发热量过大有可能会损坏连接部位，造成安全隐患，所以在将电缆连接块与铜棒连接处的结构设计成凹凸的片状散热结构，增大散热面积，有效的将电缆连接块与铜棒连接处的热量快速散去，增加了组件的安全性和稳定性。

本发明体积较小、结构简单，利用由绝缘材料组成的零部件之间的组合，使得电极组件在安装到导电的腔体上时，电极导电正常工作，而与腔体保持绝缘；利用密封圈与连接部件的组合使用，使得电极组件在安装到导电的腔体上时，保证安装部位的密封性，从而保证整个设备的密封性要求，因而保证了设备的安全性。

附图说明

图1为本发明的立体示意图；

图2为本发明的半剖视图；

图3为铜棒的示意图；

图4为下套筒的剖视图；

图5为外套筒的剖视图；

图6为HFCVD腔体基座的俯视图；

图7为本发明与HFCVD腔体基座的安装示意图；

图8为电缆连接块的半剖视图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2所示，本发明包括铜棒1、上套筒2、上端固定螺母3、隔离垫圈4、内套筒5、外套筒6、底座密封圈7、固定垫圈8、下端固定螺母9和下套筒11；

如图3所示，所述铜棒1为圆杆，杆身1B的上端1A和下端1C分别具有外螺纹，杆身1B下部具有与其一体的环形凸台1D；

如图4所示，所述下套筒11为圆筒，由绝缘材料制作，下套筒11的上下端面分别具有环形的上凹槽11A和下凹槽11B；

如图5所示，所述外套筒6为空心旋转体，其上端形成环形裙边6A，环形裙边6A下端面具有环形凹槽6B，外套筒6的中间段6C具有外螺纹；

所述内套筒5为空心旋转体，采用绝缘材料制作，其内孔孔径与铜棒1的杆身1B直径相同，内套筒外径与外套筒6的内径相同；

所述上套筒2为圆筒，由绝缘材料制作，其上端具有环形台阶；

如图2所示，构成组件时，所述下套筒11的上凹槽11A和下凹槽11B内分别装入上密封圈10A、下密封圈10B，再将下套筒11自铜棒1的上端套入，被铜棒1的环形凸台1D限位，然后将外套筒6由铜棒1的上端套入，使外套筒6的下端面6D与下套筒11的上端面贴合；所述内套筒5从铜棒1的上端套入，插入外套筒6与铜棒1之间的间隙，内套筒5的内孔与铜棒1的杆身1B、内套筒5的外壁与外套筒6的内孔分别为过盈配合，向下压紧内套筒5，使内套筒上端的环形台阶与外套筒6上端面接触，从而固定内套筒5；内套筒5将铜棒1与外套筒6隔开，从而保证铜棒1与外套筒6之间的绝缘；

所述上套筒2从铜棒1的上端套入，贴紧内套筒5上端面；所述隔离垫圈4从铜棒1的上端套入，贴紧上套筒2上端面；所述上端固定螺母3由铜棒1的上端向下旋入，直至隔离垫圈4、上套筒2、内套筒5、外套筒6、上密封圈10A、下套筒11和下密封圈10B全部压紧并固定，形成组件；

如图6、图7所示，装配时，将底座密封圈7装入外套筒6环形裙边6A下端面的环形凹槽6B内，所述组件由内向外插入到HFCVD腔体基座13上的安装孔13A中，外套筒6环形裙边6A的下端面与HFCVD腔体基座13内表面贴合，再将固定垫圈8从组件的最下端向上套入，使其与HFCVD腔体基座13的外表面接触；然后将所述下端固定螺母9从组件的最下端向上套入，与外套筒6中间段6C的外螺纹旋合，压紧固定垫圈8，从而将外套筒6固定在HFCVD腔体基座13上。

如图1、图2所示，所述铜棒1的杆身1B的下端1C可以通过电缆连接块12与电缆连接；如图8所示，所述电缆连接块12为管状，由导电材料制成，其内孔12A具有内螺纹，用于和所述铜棒1的下端1C螺纹连接；电缆连接块12上部表面具有轴向平行的多道环形凹槽12B，形成散热片结构，电缆连接块12下端铣扁，铣扁部位开有圆孔12C，用于穿过螺栓将电缆连接固定。

作为一个实施例，所述下套筒11由绝缘的陶瓷材料制作；所述内套筒5采用工程塑料制作；所述上套筒2由绝缘的石英材料制作。

Claims (3)

1.一种绝缘密封电极组件，包括铜棒(1)、上套筒(2)、上端固定螺母(3)、隔离垫圈(4)、内套筒(5)、外套筒(6)、底座密封圈(7)、固定垫圈(8)、下端固定螺母(9)和下套筒(11)，其特征在于：

所述铜棒(1)为圆杆，杆身(1B)的上端(1A)和下端(1C)分别具有外螺纹，杆身(1B)下部具有与其一体的环形凸台(1D)；

所述下套筒(11)为圆筒，由绝缘材料制作，下套筒(11)的上下端面分别具有环形的上凹槽(11A)和下凹槽(11B)；

所述外套筒(6)为空心旋转体，其上端形成环形裙边(6A)，环形裙边(6A)下端面具有环形凹槽(6B)，外套筒(6)的中间段(6C)具有外螺纹；

所述内套筒(5)为空心旋转体，采用绝缘材料制作，其内孔孔径与铜棒(1)的杆身(1B)直径相同，内套筒外径与外套筒(6)的内径相同；

所述上套筒(2)为圆筒，由绝缘材料制作，其上端具有环形台阶；

构成组件时，所述下套筒(11)的上凹槽(11A)和下凹槽(11B)内分别装入上密封圈(10A)、下密封圈(10B)，再将下套筒(11)自铜棒(1)的上端套入，被铜棒(1)的环形凸台(1D)限位，然后将外套筒(6)由铜棒(1)的上端套入，使外套筒(6)的下端面(6D)与下套筒(11)的上端面贴合；所述内套筒(5)从铜棒(1)的上端套入，插入外套筒(6)与铜棒(1)之间的间隙，内套筒(5)的内孔与铜棒(1)的杆身(1B)、内套筒(5)的外壁与外套筒(6)的内孔分别为过盈配合，向下压紧内套筒(5)，使内套筒上端的环形台阶与外套筒(6)上端面接触，从而固定内套筒(5)；内套筒(5)将铜棒(1)与外套筒(6)隔开，从而保证铜棒(1)与外套筒(6)之间的绝缘；所述上套筒(2)从铜棒(1)的上端套入，贴紧内套筒(5)上端面；所述隔离垫圈(4)从铜棒(1)的上端套入，贴紧上套筒(2)上端面；所述上端固定螺母(3)由铜棒(1)的上端向下旋入，直至隔离垫圈(4)、上套筒(2)、内套筒(5)、外套筒(6)、上密封圈(10A)、下套筒(11)和下密封圈(10B)全部压紧并固定，形成组件；

装配时，将底座密封圈(7)装入外套筒(6)环形裙边(6A)下端面的环形凹槽(6B)内，所述组件由内向外插入到HFCVD腔体基座(13)上的安装孔(13A)中，外套筒(6)环形裙边(6A)的下端面与HFCVD腔体基座(13)内表面贴合，再将固定垫圈(8)从组件的最下端向上套入，使其与HFCVD腔体基座(13)的外表面接触；然后将所述下端固定螺母(9)从组件的最下端向上套入，与外套筒(6)中间段(6C)的外螺纹旋合，压紧固定垫圈(8)，从而将外套筒(6)固定在HFCVD腔体基座(13)上。

2.如权利要求1所述的绝缘密封电极组件，其特征在于：

所述铜棒(1)的杆身(1B)的下端(1C)通过电缆连接块(12)与电缆连接；所述电缆连接块(12)为管状，由导电材料制成，其内孔(12A)具有内螺纹，用于和所述铜棒(1)的下端(1C)螺纹连接；电缆连接块(12)上部表面具有轴向平行的多道环形凹槽(12B)，形成散热片结构，电缆连接块(12)下端铣扁，铣扁部位开有圆孔(12C)，用于穿过螺栓将电缆连接固定。

3.如权利要求1或2所述的绝缘密封电极组件，其特征在于：

所述下套筒(11)由绝缘的陶瓷材料制作；

所述内套筒(5)采用工程塑料制作；

所述上套筒(2)由绝缘的石英材料制作。