CN108770176B - 一种大型低压高效高束流直流空心阴极源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大型低压高效高束流直流空心阴极源，其包括阴极机构、第一阳极机构、第二阳极机构与控制电源，第一阳极机构与第二阳极机构之间形成辉光区，阴极机构的顶部设置有加气机构，其将在阳极座与阴极板之间加载电压使通入的气体辉光产生等离子体，并将阳极环与阳极座连接为一体，直接利用阳极环对等离子体进行集束加速，再利用第二阳极机构对等离子体中的电子进行牵引与吸收，解决了电子伤害靶材的技术问题，同时对Ar正离子进行导向加速，避免了逸散，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及真空镀膜用等离子发生技术领域，具体为一种大型低压高效高束流直流空心阴极源。
背景技术
在真空镀膜的方法中有一种物理气相沉积技术，其是指在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其离化为离子，直接沉积到基体表面上的方法。制备硬质反应膜大多以物理气相沉积方法制得，它利用某种物理过程，如物质的热蒸发，或受到离子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移过程。
而利用离子轰击物质表面原子的溅射方式，不仅运用于镀膜工作中，在对镀膜工作之前的对工件表面进行杂质剥离的过程中，也需要使用到。其工作原理是利用阴极与起辉电极之间产生的电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子或者其他惰性气体原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子，新电子飞向基片，Ar正离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。
在专利号为CN201620457732.8的实用新型专利中，公开了一种紧凑型大功率空心阴极放电装置，利用气体导入口经由密封管向空心阴极管中通入多种气体，通过控制电源中的起弧电源在阴极板和辅助阳极板之间加载一定的电压，使气体形成电弧放电的形式，永磁体在空心阴极管内部形成稳定的磁场，电弧放电数秒后，开启恒定电流源，并关闭起弧电源，使得空心阴极管内产生稳定的等离子体，并由辅助阳极板底部喷出，由于电场和磁场的作用，等离子体成发散状到达环状阳极板，从而形成高离化率的等离子体束流。
在专利号为CN201620457557.2的实用新型专利中，公开了一种利用空心阴极调节离子能量的装置，将样品放置于样品放置架与环状阳极板之间，然后利用气体导入口经由密封管向空心阴极管中通入多种气体，此时，通过起弧电源在阴极板和辅助阳极板之间加载一定的电压，使气体形成电弧放电的形式，电弧放电维持数秒后，开启引弧电源，并关闭起弧电源，使得空心阴极管内产生稳定的等离子体，并由辅助阳极板底部逸出，进入真空腔室内，在磁场的约束下，等离子体到达环状阳极板并穿过环状阳极板，形成高离化率的等离子体束流，由于环状阳极板和样品放置架之间的负偏压，使得离子朝着样品放置架的方向加速，从而使样品获得不同的离子能量。
但是，现有的空心阴极装置在发生Ar正离子和新的电子等离子后，对等离子进行集束后轰击靶材，等离子中的电子会对靶材造成伤害，且针对规格靶材时，由于辉光区的空间过大，等离子在移动过程中发生逸散，会发生大量损耗，影响工作效率。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种大型低压高效高束流直流空心阴极源，其将在阳极座与阴极板之间加载电压使通入的气体辉光产生等离子体，并将阳极环与阳极座连接为一体，直接利用阳极环对等离子体进行集束加速，再利用第二阳极机构对等离子体中的电子进行牵引与吸收，解决了电子伤害靶材的技术问题，同时对Ar正离子进行导向加速，避免了逸散，提高工作效率。
为实现上述目的，本发明提供一种大型低压高效高束流直流空心阴极源，包括：
阴极机构，所述阴极机构包括阴极板，该阴极板的下方可拆卸连接设置有阴极筒，该阴极筒的内部设置有柱形的空心阴极，该空心阴极的内部设置有进气管；
第一阳极机构，所述第一阳极机构设置于所述阴极机构的下方，其与所述阴极机构可拆卸连接设置，且其为起弧电极机构，该第一阳极机构对所述空心阴极发出的等离子进行集束处理；
第二阳极机构，所述第二阳极机构设置于所述第一阳极机构的下方，其与所述第一阳极机构之间间隔辉光区，且其为引弧电机机构，该第二阳极机构吸引所述阴极机构发出的电子；以及
控制电源，所述控制电源包括起弧电源与引弧电源，所述起弧电源的连接所述阴极板与所述第一阳极机构，所述引弧电源的负极与所述阴极板连接，所述引弧电源的正极与所述第二阳极机构连接。
作为改进，所述阴极机构还包括：
中间电极，所述中间电极位于所述阴极板的下方，其与所述阴极机构之间通过上绝缘板可拆卸连接设置；以及
外钢筒，所述外钢筒套设于所述阴极筒外侧，其上下两端通过绝缘环分别与括阴极板以及第一阳极机构连接设置。
作为改进，所述阴极板的上部设置有第一冷却水道，所述中间电极的上下两端部分别设置有第二冷却水道。
作为改进，所述空心阴极包括：
钽管，所述钽管与所述阴极筒同轴设置，其下端部设置有钨管，且该钨管通过第一绝缘套与所述阴极筒架设连接。
作为改进，所述阴极板的上部还设置有加气机构，该加气机构包括：
加气座，所述加气座中部设置有气体流通通道，该气体流通通道的下端部与所述空心阴极中的进气管连通设置，所述加气座的外壁通过绝缘套与所述阴极板套合设置，且其顶部与所述阴极板可拆卸连接设置；以及
加气管，所述加气管设置于所述加气座的顶部，其对所述气体流通通道输入气体。
作为改进，所述第一阳极机构包括：
阳极座，所述阳极座与所述阴极板之间设置有中绝缘板，该阳极座与所述阴极板同轴连接设置，且该阳极座与所述起弧电源连接；
阳极环，所述阳极环设置于所述阳极座的中心位置处，其正对所述空心阴极设置，且其与所述阳极座可拆卸连接设置，该阳极环的顶部设置有保护环与保护环垫；
下绝缘板，所述下绝缘板设置于所述阳极座的下端，其与该阳极座可拆卸连接；
连接板，所述连接板设置于所述下绝缘板的下方，其与所述辉光区的上部隔板连接设置；以及
保护筒，所述保护筒的上部与所述阳极座的下部连接涉足，该保护筒的下部伸入所述辉光区内。
作为改进，所述阳极座上设置有围绕所述阳极环设置的第三冷却水道。
作为改进，所述阳极环的下部开口为喇叭形朝外扩口设置。
作为改进，所述第二阳极机构包括：
辅助阳极座，所述辅助阳极座正对所述第一阳极机构设置，其与所述辉光区的下部隔板可拆卸连接设置，且其与所述下部隔板之间设置有绝缘隔板，该辅助阳极座与所述引弧电源的正极相连接；
阳极杆，所述阳极杆设置于所述辅助阳极座的顶部，其与所述辅助阳极座可拆卸连接，且其顶部位于所述辉光区内；
灭弧环，所述灭弧环套设于所述阳极杆的顶部，且其与所述辅助阳极座之间垫设有第一绝缘套环；以及
外罩，所述外罩罩设于所述阳极杆的外部，其与所述灭弧环之间设置有第二绝缘套环。
作为改进，所述辅助阳极座内设置有对其与阳极杆进行冷却的第四冷却水道。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过利用阳极座与阳极环合二为一与阴极板之间加载电压使通入的气体辉光产生等离子体后，阳极环对等离子体立即进行集束加速，再利用第二阳极机构对等离子体中的电子进行牵引与吸收，避免了电子伤害靶材，同时对Ar正离子进行导向加速，避免了逸散，提高Ar正离子工作效率；
(2)本发明利用空心阴极内的进气管在外钢筒内部狭小的空间内形成高浓度的氩气，在阳极座与阴极板之间加载一个较低的电压，就可以形成强烈的辉光，可以有效的减小电压，保证安全，同时减小能耗；
(3)本发明利用阳极环直接设置于空心阴极的下方，在氩气辉光后产生的等离子体直接由阳极环进行集束与加速处理，避免了等离子体在从空心阴极抵达阳极环过程中的逸散，同时增强了等离子体的能量；
(4)本发明在第一阳极机构的下方设置保护筒，利用保护筒对经阳极环集束发出的等离子体进行隔离保护，避免等离子体受到装置的干扰与影响；
(5)本发明利用第二阳极机构对等离子体进行吸引，避免等离子体聚集在空心阴极附近，辉光区域更大，可以适应于大规格产品的加工，等离子体可以进行更远距离的跃迁，同时第二阳极机构吸收电子；
(6)本发明利用第二阳极机构对电子进行牵引的过程中与辉光区内的氩气进行二次甚至更多次的碰撞离化，提高氩气的离化率，使Ar正离子的浓度更高，增强辉光区内的辉光强度，提高工作效率；
(7)本发明利用从下向上通入冷却液对阴极机构、第一阳极机构以及第二阳极机构进行冷却，可以使冷却液充分充满第一至第四冷却水道，充分进行冷却，避免冷却过程中出现冷却盲区。
综上所述，本发明具有安全、能耗低、离化率高、工作效率高等优点，尤其适用于真空镀膜用等离子发生技术领域。
附图说明
图1为本发明剖视结构示意图；
图2为本发明阴极机构结构示意图；
图3为图2中A处结构放大示意图；
图4为图1中B处结构放大示意图；
图5为图1中C处结构放大示意图；
图6为图1中D处结构放大示意图；
图7为本发明阳极环集束状态示意图；
图8为本发明电子与Ar正离子迁移状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例：
如图1与图2所示，一种大型低压高效高束流直流空心阴极源，包括：
阴极机构1，所述阴极机构1包括阴极板10，该阴极板10的下方可拆卸连接设置有阴极筒11，该阴极筒11的内部设置有柱形的空心阴极12，该空心阴极12的内部设置有进气管13；
第一阳极机构2，所述第一阳极机构2设置于所述阴极机构1的下方，其与所述阴极机构1可拆卸连接设置，且其为起弧电极机构，该第一阳极机构2对所述空心阴极12发出的等离子进行集束处理；
第二阳极机构3，所述第二阳极机构3设置于所述第一阳极机构2的下方，其与所述第一阳极机构2之间间隔辉光区4，且其为引弧电机机构，该第二阳极机构3吸引所述阴极机构1发出的电子；以及
控制电源5，所述控制电源5包括起弧电源51与引弧电源52，所述起弧电源51的连接所述阴极板10与所述起弧电源51，所述引弧电源52的负极与所述阴极板10连接，所述引弧电源52的正极与所述第二阳极机构3连接。
如图2与图3所示，其中，所述阴极机构1还包括：
中间电极14，所述中间电极14位于所述阴极板10的下方，其与所述阴极板10之间通过上绝缘板15可拆卸连接设置；以及
外钢筒16，所述外钢筒16套设于所述阴极筒11外侧，其上下两端通过绝缘环17分别与括阴极板10以及第一阳极机构2连接设置。
进一步的，所述阴极板10的上部设置有第一冷却水道101，所述中间电极14的上下两端部分别设置有第二冷却水道141。
更进一步的，所述空心阴极12包括：
钽管121，所述钽管121与所述阴极筒11同轴设置，其下端部设置有钨管122，且该钨管122通过第一绝缘套123与所述阴极筒11架设连接。
需要说明的是，通过进气管13，外钢筒16内会充满气体，该气体可以是Ar、He、N2等气体中的一种或多种，本实施例优选为Ar，充入气体后，起弧电源51在第一阳极机构2与阴极板10之间施加高频高压电源，其初始的电压可达到200-400V，使Ar形成电弧放电，在放电过中，电子轰击Ar原子，使Ar原子电离产生出Ar正离子和新的电子(等离子体)，而与此同时，引弧电源52在第二阳极机构3与阴极板10之间施加恒定直流电源，对阴极机构1处放电形成的电弧进行牵引至第二阳极机构3上，并且，电子也向第二阳极机构3上进行迁移。
进一步说明的是，辉光的强烈程度即发生等离子体数量的多少，取决于两个因素，即单位空间内Ar原子数量的多少以及起弧电源51起始的电压强弱，单位空间内Ar原子的数量越多，起弧电源51起始的电压越强，则辉光的强度越强，发生的等离子体的数量也就越多，可以理解为，Ar原子越多，电压越强，电子碰撞Ar原子的数量也就越多，产生的Ar正离子的数量也就越多。
但是，起弧电源51的起始电压越大越容易导致打火，造成设备的损害，因此如何在保证辉光强度的同时，尽可能的降低起弧电源51的起始电压，本发明中，通过利用外钢筒16与阴极筒11，在两者之间形成一个较为狭小的空间，利用该空间内形成高浓度的Ar原子空间，再配合第一阳极机构2与阴极板10之间起辉电源51施加的一定的电压，使电子与Ar原子的碰撞比例增加，就可获得高压电源才可获得的辉光强度，通过如此设置，有效的降低了起辉电源51的电压，提高了设备的安全性，本发明起弧电源51的初始电压为200-400V，而稳弧后的电压与电流仅为20V/100A。
其中，在气体放电过程中，阴极板10与外钢筒16以及空心阴极12都会受到高温的灼烧，因此通过设置第一冷却水道101与第二冷却水道141对阴极板10与外钢筒16进行冷却，避免烧毁。
值得注意的是，本发明中，通过在钽管121的端部设置钨管122，利用钨的熔点大于钽的熔点的优势，使钨管122经受Ar气放电过程中高温的灼烧，可以有效的保护钽管121的端部不被高温灼烧消耗，同时不会影响起弧的正常工作，避免了钽管121在使用过程中受灼烧逐步缩短。
如图4所示，作为一种优选的实施方式，所述阴极板10的上部还设置有加气机构6，该加气机构6包括：
加气座61，所述加气座61中部设置有气体流通通道611，该气体流通通道611的下端部与所述空心阴极12中的进气管13连通设置，所述加气座61的外壁通过绝缘套62与所述阴极板10套合设置，且其顶部与所述阴极板10可拆卸连接设置；以及
加气管63，所述加气管63设置于所述加气座61的顶部，其对所述气体流通通道611输入气体。
需要说明的是，利用加气管63对进气管13通入Ar气，使Ar气体在空心阴极12末端的中心处逸散开，可以保证在空心阴极12处的Ar原子分布的最为浓郁。
如图5所示，作为一种优选的实施方式，所述第一阳极机构2包括：
阳极座21，所述阳极座21与所述阴极机构1之间设置有中绝缘板22，该阳极座21与所述阴极板10同轴连接设置，且该阳极座21与所述起弧电源51连接设置；
阳极环23，所述阳极环23设置于所述阳极座21的中心位置处，其正对所述空心阴极12设置，且其与所述阳极座21可拆卸连接设置，该阳极环23的顶部设置有保护环24与保护环垫25；
下绝缘板26，所述下绝缘板26设置于所述阳极座21的下端，其与该阳极座21可拆卸连接；
连接板27，所述连接板27设置于所述下绝缘板26的下方，其与所述辉光区4的上部隔板41连接设置；以及
保护筒28，所述保护筒28的上部与所述阳极座21的下部连接涉足，该保护筒28的下部伸入所述辉光区4内。
进一步的，所述阳极座21上设置有围绕所述阳极环23设置的第三冷却水道211。
更进一步的，所述阳极环23的下部开口为喇叭形朝外扩口设置。
如图7所示，需要说明的是，阳极座21与起弧电源51连接，上绝缘板15隔绝阳极座21与阴极板10，使阳极座21与阴极板10之间形成电势差，进而通过起辉电源51使Ar气电离。
进一步说明的是，通过利用将阳极环23与阳极座21一体设置，在Ar其电离放电形成辉光后，阳极座21对电离后的Ar正离子与电子进行集束处理，使Ar正离子与电子聚拢从阳极座21中部的开口向外射出，在集束过程中，Ar正离子与电子得到电池的加速，使Ar正离子与电子迁移速度更快。
需要注意的是，保护筒28对Ar正离子与电子的迁移路径进行限定保护，避免Ar正离子与电子在迁移过程中，受到其他装置的干扰与影响，使Ar正离子与电子可以迁移至辉光区4内。
其中，由于气体放电辉光过程中会产生高温，阳极座21与阳极环23需要进行冷却，因此通过设置第三冷却水道211对阳极座21与阳极环23进行冷却。
进一步说明的是，第三冷却水道211的出水口与第二冷却水道141的进水口相连通，第二冷却水道141的吹水口与第一冷却水道101的进水口相连通，冷却液自第三冷却水道211开始向上流动经第二冷却水道141从第一冷却水道流出。
更进一步说明的是，在第一冷却水道101、第二冷却水道141以及第三冷却水道211中，冷却液都是自下向上流动，冷却液可以从下部向上涌起，充满第一冷却水道101、第二冷却水道141以及第三冷却水道211，保证第一冷却水道101、第二冷却水道141以及第三冷却水道211中没有冷却死角。
如图6所示，作为一种优选的实施方式，所述第二阳极机构3包括：
辅助阳极座31，所述辅助阳极座31正对所述第一阳极机构2设置，其与所述辉光区4的下部隔板42可拆卸连接设置，且其与所述下部隔板42之间设置有绝缘隔板30，该辅助阳极座31预所述引弧电源52的正极相连接；
阳极杆32，所述阳极杆32设置于所述辅助阳极座31的顶部，其与所述辅助阳极座31可拆卸连接，且其顶部位于所述辉光区4内；
灭弧环33，所述灭弧环33套设于所述阳极杆32的顶部，且其与所述辅助阳极座31之间垫设有第一绝缘套环34；以及
外罩35，所述外罩35罩设于所述阳极杆32的外部，其与所述灭弧环33之间设置有第二绝缘套环36。
进一步的，所述辅助阳极座31内设置有对其与阳极杆32进行冷却的第四冷却水道311。
如图8所示，需要说明的是，引弧电源52的负极与阴极板10连接，正极与辅助阳极座31连接，引弧电源52为恒流直流电源，其电流与电压分别为200A/35V，高于稳弧后的起弧电源51,，通过引弧电源52在阴极板10与辅助阳极座31之间形成的电势差，将位于空心阴极12附近的电弧向下牵引至阳极杆32处，该阳极杆32的材质为铜，同时发生的等离子体中的电子由电场的牵引向阳极杆32集中迁移，不会在向靶材移动，导致靶材被电子碰撞出现损坏甚至是击穿。
进一步说明的是，利用阳极杆32将电弧向下牵引越过辉光区4抵达第二阳极机构2的过程中，是将电子与Ar正离子向下牵引的过程，若是没有第二阳极机构，则大部分的电子与Ar正离子将聚集在空心阴极12处，形成类似灯泡发光的效果，无法在整个辉光区4内形成电弧，也无法适用于大规格工件的加工。
更进一步说明的是，电子在辉光区4内旋阳极杆32迁移的过程中，会与辉光区4内的Ar气再次发生碰撞，分离形成Ar正离子与新的电子，可以提供Ar的离化率，提高单位空间内Ar正离子的浓度，进而提高对工件加工的效率。
值得注意的是，当电弧由空心阴极12吸引至阳极杆32处时，施加在阴极板10与阳极座21之间的起弧电源51可以关闭，引弧电源52作为稳弧电源，维持空心阴极12与阳极杆32之间的辉光电弧。
其中，在辉光区内设置靶材机构7，靶材机构7包括靶材71与偏置电源72，偏置电源72的负极与靶材71连接，其正极接地，靶材71由于偏置电源72的设置，将等离子体中的Ar正离子吸引至靶材71上，Ar正离子对靶材71进行轰击，剥离靶材71(此时靶材为工件基体)表面的杂质，该过程为刻蚀；也可以利用Ar正离子对靶材71(此时靶材为镀料)进行轰击，使靶材溅射出原子，在利用Ar气体的惰性气氛将溅射出的原子沉积到工件基体上，该过程为镀膜。
工作过程：
加气管63通过进气管13，向外钢筒16内会充满Ar气体，充入气体后，起弧电源51在阳极座21与阴极板10之间施加高频高压电源，使Ar气体形成电弧放电，在放电过中，电子轰击Ar原子，使Ar原子电离产生出Ar正离子和新的电子(等离子体)，而与此同时，引弧电源52在辅助阳极座31与阴极板10之间施加恒定直流电源，对空心阴极12处放电形成的电弧进行牵引至阳极杆32上，并且，电子向阴极杆32上进行迁移，而靶材71通过施加偏置电源72，将Ar正离子吸引，对其进行轰击。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种大型低压高效高束流直流空心阴极源，其特征在于，包括：
阴极机构（1），所述阴极机构（1）包括阴极板（10），该阴极板（10）的下方可拆卸连接设置有阴极筒（11），该阴极筒（11）的内部设置有柱形的空心阴极（12），该空心阴极（12）的内部设置有进气管（13）；
第一阳极机构（2），所述第一阳极机构（2）设置于所述阴极机构（1）的下方，其与所述阴极机构（1）可拆卸连接设置，且其为起弧电极机构，该第一阳极机构（2）对所述空心阴极（12）发出的等离子进行集束处理；
第二阳极机构（3），所述第二阳极机构（3）设置于所述第一阳极机构（2）的下方，其与所述第一阳极机构（2）之间间隔辉光区（4），且其为引弧电机机构，该第二阳极机构（3）吸引所述阴极机构（1）发出的电子；以及
控制电源（5），所述控制电源（5）包括起弧电源（51）与引弧电源（52），所述起弧电源（51）的连接所述阴极板（10）与所述第一阳极机构（2），所述引弧电源（52）的负极与所述阴极板（10）连接，所述引弧电源（52）的正极与所述第二阳极机构（3）连接；
所述阴极机构（1）还包括：
中间电极（14），所述中间电极（14）位于所述阴极板（10）的下方，其与所述阴极板（10）之间通过上绝缘板（15）可拆卸连接设置；以及
外钢筒（16），所述外钢筒（16）套设于所述阴极筒（11）外侧，其上下两端通过绝缘环（17）分别与括阴极板（10）以及第一阳极机构（2）连接设置；
所述第一阳极机构（2）包括：
阳极座（21），所述阳极座（21）与所述阴极机构（1）之间设置有中绝缘板（22），该阳极座（21）与所述阴极板（10）同轴连接设置，且该阳极座（21）与所述起弧电源（51）相连接；
阳极环（23），所述阳极环（23）设置于所述阳极座（21）的中心位置处，其正对所述空心阴极（12）设置，且其与所述阳极座（21）可拆卸连接设置，该阳极环（23）的顶部设置有保护环（24）与保护环垫（25）；
下绝缘板（26），所述下绝缘板（26）设置于所述阳极座（21）的下端，其与该阳极座（21）可拆卸连接；
连接板（27），所述连接板（27）设置于所述下绝缘板（26）的下方，其与所述辉光区（4）的上部隔板（41）连接设置；以及
保护筒（28），所述保护筒（28）的上部与所述阳极座（21）的下部连接设置，该保护筒（28）的下部伸入所述辉光区（4）内。
2.根据权利要求1所述的一种大型低压高效高束流直流空心阴极源，其特征在于，所述阴极板（10）的上部设置有第一冷却水道（101），所述中间电极（14）的上下两端部分别设置有第二冷却水道（141）。
3.根据权利要求1所述的一种大型低压高效高束流直流空心阴极源，其特征在于，所述空心阴极（12）包括：
钽管（121），所述钽管（121）与所述阴极筒（11）同轴设置，其下端部设置有钨管（122），且该钨管（122）通过第一绝缘套（123）与所述阴极筒（11）架设连接。
4.根据权利要求1所述的一种大型低压高效高束流直流空心阴极源，其特征在于，所述阴极板（10）的上部还设置有加气机构（6），该加气机构（6）包括：
加气座（61），所述加气座（61）中部设置有气体流通通道（611），该气体流通通道（611）的下端部与所述空心阴极（12）中的进气管（13）连通设置，所述加气座（61）的外壁通过绝缘套（62）与所述阴极板（10）套合设置，且其顶部与所述阴极板（10）可拆卸连接设置；以及
加气管（63），所述加气管（63）设置于所述加气座（61）的顶部，其对所述气体流通通道（611）输入气体。
5.根据权利要求4所述的一种大型低压高效高束流直流空心阴极源，其特征在于，所述阳极座（21）上设置有围绕所述阳极环（23）设置的第三冷却水道（211）。
6.根据权利要求4所述的一种大型低压高效高束流直流空心阴极源，其特征在于，所述阳极环（23）的下部开口为喇叭形朝外扩口设置。
7.根据权利要求1所述的一种大型低压高效高束流直流空心阴极源，其特征在于，所述第二阳极机构（3）包括：
辅助阳极座（31），所述辅助阳极座（31）正对所述第一阳极机构（2）设置，其与所述辉光区（4）的下部隔板（42）可拆卸连接设置，且其与所述下部隔板（42）之间设置有绝缘隔板（30），该辅助阳极座（31）与所述引弧电源（52）的正极相连接；
阳极杆（32），所述阳极杆（32）设置于所述辅助阳极座（31）的顶部，其与所述辅助阳极座（31）可拆卸连接，且其顶部位于所述辉光区（4）内；
灭弧环（33），所述灭弧环（33）套设于所述阳极杆（32）的顶部，且其与所述辅助阳极座（31）之间垫设有第一绝缘套环（34）；以及
外罩（35），所述外罩（35）罩设于所述阳极杆（32）的外部，其与所述灭弧环（33）之间设置有第二绝缘套环（36）。
8.根据权利要求7所述的一种大型低压高效高束流直流空心阴极源，其特征在于，所述辅助阳极座（31）内设置有对其与阳极杆（32）进行冷却的第四冷却水道（311）。
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