CN111900069B - 一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构 - Google Patents

一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构，包括金属壳层、均化隔板、供气通道、基座和阳极，阳极设置在金属壳层的上端，基座固定在金属壳层的下端，且基座通过内部的供气通道与金属壳层内部连通，金属壳层与阳极相连通；金属壳层包括由顶部壳层内环和顶部壳层外环组成的顶部壳层和底部壳层，顶部壳层和底部壳层同轴线布置，均化隔板固定在底部壳层的上端，且底部壳层与均化隔板之间围成缓冲室，顶部壳层固定在均化隔板的上端，且顶部壳层与均化隔板之间围成迂回通道，阳极包括同轴布置的导磁阳极内环和导磁阳极外环。本发明解决在内外永磁体间距过小的情况下，无法同时布置阳极和磁屏的问题，并优化了离子源内的磁场和电场分布。

Description

一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构
技术领域
本发明属于离子源领域，尤其是涉及一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构。
背景技术
传统的电子束热蒸发沉积镀膜是利用加速电子轰击镀膜材料，使之加热蒸发，并沉积于基片上成膜，由于电子束加热能够获得极高的能量密度，因此该方法可以制备多种金属镀膜，且具有较高的纯度和精度，然而由该方法也有着易脱落、镀膜质量差等缺点。为了克服以上缺点，人们开始逐渐将等离子体技术与传统镀膜技术相结合，从而形成了离子束辅助沉积镀膜技术。在电子束对镀材热蒸发产生气相进行沉积镀膜的同时，离子源产生一定能量的离子束进行轰击混合，以达到镀膜改性，增强附着力的目的。同时，镀膜前离子源还可对基片进行轰击溅射清洗，去除基片表面氧化层或污染物来活化基片。
为了加强离子源的电离，需要尽可能延长气体在供气装置中的停留时间，并同时提高出气的均匀性，即提高气体的均化程度。供气装置喷气方式依靠隔板上的小孔。理论上，在相同的气孔面积下，气孔直径越小，出气均匀性越高，但是气孔直径越小，则离子束回流越容易对气孔造成沉积堵塞，从而导致气体均化过程的恶化。
传统有通道的离子源放电时由于等离子与壁面的相互作用会增大等离子体的碰撞损失，因此需要设计一种无通道放电机构的离子源，无通道放电需要将阳极前移至出口处，由此带来了磁场梯度下降，主要电离区随之外推至磁场负梯度处，这对于离子源的稳定放电是极其不利的，故需要对离子源磁场进行外推，常用解决措施就是添加磁屏。在传统的离子源中，供气装置通电用作阳极，磁屏与供气装置通过陶瓷通道和绝缘子进行绝缘。而在采用无通道放电结构的霍尔离子源中，阳极需要前移至出口处，由于没有陶瓷通道，在内外永磁体间距较小的情况下，阳极和磁屏之间的绝缘比较困难，且由于空间有限，同时布置阳极和磁屏十分困难。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构，解决在内外永磁体间距过小的情况下，无法同时布置阳极和磁屏的问题，并优化了离子源内的磁场和电场分布。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构，包括金属壳层、均化隔板、供气通道、基座和阳极，所述的阳极设置在金属壳层的上端，所述的基座固定在金属壳层的下端，且所述基座通过内部的供气通道与金属壳层内部连通，所述的金属壳层与阳极相连通；所述的金属壳层包括顶部壳层和底部壳层，所述的顶部壳层和底部壳层同轴线布置，所述的均化隔板固定在底部壳层的上端，且底部壳层与均化隔板之间围成缓冲室，所述的顶部壳层固定在均化隔板的上端，且顶部壳层与均化隔板之间围成迂回通道，所述的均化隔板上均匀开设有若干个均化孔，所述的顶部壳层上开设有通气缝隙；
所述的阳极包括同轴布置的导磁阳极内环和导磁阳极外环，所述的导磁阳极内环和导磁阳极外环固定在顶部壳层的顶端，且通气缝隙与导磁阳极内环和导磁阳极外环围成的通道连通。
进一步的，所述基座包括两个支撑柱，所述供气通道开设在其中一个支撑柱的内部，且供气通道与缓冲室连通，另一个支撑柱为与电源连接的导电柱。
进一步的，所述顶部壳层包括顶部壳层外环、顶部壳层上内环和顶部壳层下内环，所述顶部壳层下内环固定在均化隔板的内边侧，所述顶部壳层外环固定在均化隔板的外边侧，所述的顶部壳层上内环固定在部壳层下内环的上端，顶部壳层外环、顶部壳层上内环和顶部壳层下内环围成迂回通道，顶部壳层上内环的横板与顶部壳层外环的横板之间留有圆环形通气缝隙。
进一步的，所述顶部壳层外环、顶部壳层上内环和顶部壳层下内环的截面均为倒L型结构，且顶部壳层下内环的横板遮挡其上部的圆环形通气缝隙及其下部的均化隔板上的若干均化孔，顶部壳层下内环的横板端部与顶部壳层外环的竖板之间设有空隙。
进一步，所述导磁阳极内环固定在顶部壳层上内环的上端，所述导磁阳极外环固定在顶部壳层外环的上端，且通过凹槽定位，通过焊接连接。
进一步的，所述顶部壳层外环与均化隔板之间、所述顶部壳层上内环与顶部壳层下内环之间及所述顶部壳层下内环与均化隔板之间均通过凸台定位，且通过焊接连接。
进一步的，所述基座与金属壳层通过螺纹连接。
进一步的，所述导磁阳极内环和导磁阳极外环的材质均为DT4C。
进一步的，在所述均化隔板的中部沿圆周均布十个均化孔。
进一步的，所述底部壳层为圆环类结构，且在圆环底面上开设有螺纹孔。
相对于现有技术，本发明所述的一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构具有以下优势：
本发明所述的一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构，通过导磁阳极的应用，实现了阳极和磁屏的一体化设计，并通过焊接将阳极与供气装置固定，由此解决了阳极和磁屏之间的绝缘问题和空间有限而分布困难的问题，并且导磁阳极作为磁屏对离子源的磁场进行外推优化，以防止工质气体在负梯度电离带来的推力器放电振荡；导磁阳极的存在将离子源原本通道内的电势向外推至通道出口以外，工质气体经过均化后在导磁阳极顶部放电形成等离子体，从而形成了整个无通道放电过程，减少了等离子体对于壁面的碰撞，延长了离子源的工作寿命，并获得了更均匀的等离子体空间分布。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构的剖视图。
附图标记说明：
1-导磁阳极内环，2-导磁阳极外环，3-顶部壳层外环，4-均化隔板，5-底部壳层，6-基座，7-顶部壳层下内环，8-顶部壳层上内环，9-供气通道，10-金属壳层，11-阳极，12-缓冲室，13-迂回通道，14-均化孔，15-通气缝隙。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图2所示，一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构，包括金属壳层10、均化隔板4、供气通道9、基座6和阳极11，所述的阳极11设置在金属壳层10的上端，所述的基座6固定在金属壳层10的下端，且所述基座6通过内部的供气通道9与金属壳层10内部连通，所述的金属壳层10与阳极11相连通；所述的金属壳层10包括顶部壳层和底部壳层5，所述的顶部壳层和底部壳层5同轴线布置，所述的均化隔板4固定在底部壳层5的上端，且底部壳层5与均化隔板4之间围成缓冲室12，所述的顶部壳层固定在均化隔板4的上端，且顶部壳层与均化隔板4之间围成迂回通道13，所述的均化隔板4上均匀开设有若干个均化孔14，所述的顶部壳层上开设有通气缝隙15；
所述的阳极11包括同轴布置的导磁阳极内环1和导磁阳极外环2，导磁阳极内环1和导磁阳极外环2的材质可以均为DT4C，所述的导磁阳极内环1和导磁阳极外环2固定在顶部壳层的顶端，且通气缝隙15与导磁阳极内环1和导磁阳极外环2围成的通道连通。
基座6包括两个支撑柱，所述供气通道9开设在其中一个支撑柱的内部，且供气通道6与缓冲室12连通，另一个支撑柱为与电源连接的导电柱。
顶部壳层包括顶部壳层外环3、顶部壳层上内环8和顶部壳层下内环7，所述顶部壳层下内环7固定在均化隔板4的内边侧，所述顶部壳层外环3固定在均化隔板4的外边侧，所述的顶部壳层上内环8固定在部壳层下内环7的上端，顶部壳层外环3、顶部壳层上内环8和顶部壳层下内环7围成迂回通道13，顶部壳层上内环8的横板与顶部壳层外环3的横板之间留有圆环形通气缝隙。
顶部壳层外环3、顶部壳层上内环8和顶部壳层下内环7的截面均为倒L型结构，且顶部壳层下内环7的横板遮挡其上部的圆环形通气缝隙及其下部的均化隔板4上的若干均化孔14，顶部壳层下内环7的横板端部与顶部壳层外环3的竖板之间设有空隙。
导磁阳极内环1固定在顶部壳层上内环8的上端，所述导磁阳极外环2固定在顶部壳层外环3的上端，且通过凹槽定位，通过焊接连接。顶部壳层外环3与均化隔板4之间、所述顶部壳层上内环8与顶部壳层下内环7之间及所述顶部壳层下内环7与均化隔板4之间均通过凸台定位，且通过焊接连接。基座6与金属壳层10通过螺纹连接，并使用焊接密封，以防止工质气体泄漏。底部壳层5为圆环类结构，且在圆环底面上开设有螺纹孔。
在所述均化隔板4的中部沿圆周均布十个均化孔14气体工质均化效果好，增强离子源工作性能。
本发明的工作过程为：
工质气体进入供气装置后，首先进入底部壳层5与均化隔板4围成的缓冲腔12，工质气体在缓冲腔12中停留并均化；工质气体在缓冲腔12中均化后，通过均化隔板4上的若干均化孔14进入由顶部壳层上内环8、顶部壳层下内环7以及顶部壳层外环3组成的迂回通道13，能够进一步延长工质气体在供气装置内的停留时间，顶部壳层下内环7的截面均为倒L型结构，顶部壳层下内环7的横板遮挡其上部的圆环形通气缝隙及其下部的均化隔板4上的若干均化孔14，既能形成迂回通道结构又能够保护均化隔板4，以免其受到离子束回流的直接沉积；在通过整个迂回通道13后，工质气体即可由顶部壳层上内环8的上部挡板和顶部壳层外环3的横挡板组成的圆环形通气缝隙喷出，进入由导磁阳极内环1和导磁阳极外环2组成的通道，工质气体在此可进行进一步的均化，并且顶部壳层内外环的横板同样起到保护隔板、防止离子束回流沉积的作用；最后，由于导磁阳极内环1和导磁阳极外环2的设置将离子源原本通道内的电势将外推至通道出口以外，工质气体经过均化后在导磁阳极的顶部放电形成等离子体，从而形成了整个无通道放电过程，如此设置减少了等离子体对于壁面的碰撞，延长了离子源的工作寿命，并获得了更均匀的等离子体空间分布；并且本申请的阳极采用导磁材料制成，如此设计的阳极结构，在作为阳极形成轴向电场的同时，还可作为磁屏对离子源的磁场进行外推优化，以防止工质气体在负梯度电离带来的推力器放电振荡。
因此本申请的等离子体的空间分布均匀性更强，这更有利于提升离子源的工作性能。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构，其特征在于：包括金属壳层(10)、均化隔板(4)、供气通道(9)、基座(6)和阳极(11)，所述的阳极(11)设置在金属壳层(10)的上端，所述的基座(6)固定在金属壳层(10)的下端，且所述基座(6)通过内部的供气通道(9)与金属壳层(10)内部连通，所述的金属壳层(10)与阳极(11)相连通；所述的金属壳层(10)包括顶部壳层和底部壳层(5)，所述的顶部壳层和底部壳层(5)同轴线布置，所述的均化隔板(4)固定在底部壳层(5)的上端，且底部壳层(5)与均化隔板(4)之间围成缓冲室(12)，所述的顶部壳层固定在均化隔板(4)的上端，且顶部壳层与均化隔板(4)之间围成迂回通道(13)，所述的均化隔板(4)上均匀开设有若干个均化孔(14)，所述的顶部壳层上开设有通气缝隙(15)；
所述的阳极(11)包括同轴布置的导磁阳极内环(1)和导磁阳极外环(2)，所述的导磁阳极内环(1)和导磁阳极外环(2)固定在顶部壳层的顶端，且通气缝隙(15)与导磁阳极内环(1)和导磁阳极外环(2)围成的通道连通；
所述顶部壳层包括顶部壳层外环(3)、顶部壳层上内环(8)和顶部壳层下内环(7)，所述顶部壳层下内环(7)固定在均化隔板(4)的内边侧，所述顶部壳层外环(3)固定在均化隔板(4)的外边侧，所述的顶部壳层上内环(8)固定在部壳层下内环(7)的上端，顶部壳层外环(3)、顶部壳层上内环(8)和顶部壳层下内环(7)围成迂回通道(13)，顶部壳层上内环(8)的横板与顶部壳层外环(3)的横板之间留有圆环形通气缝隙；
所述顶部壳层外环(3)、顶部壳层上内环(8)和顶部壳层下内环(7)的截面均为倒L型结构，且顶部壳层下内环(7)的横板遮挡其上部的圆环形通气缝隙及其下部的均化隔板(4)上的若干均化孔(14)，顶部壳层下内环(7)的横板端部与顶部壳层外环(3)的竖板之间设有空隙；
所述导磁阳极内环(1)固定在顶部壳层上内环(8)的上端，所述导磁阳极外环(2)固定在顶部壳层外环(3)的上端，且通过凹槽定位，通过焊接连接。
2.根据权利要求1所述的一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构，其特征在于：所述基座(6)包括两个支撑柱，所述供气通道(9)开设在其中一个支撑柱的内部，且供气通道(9)与缓冲室(12)连通，另一个支撑柱为与电源连接的导电柱。
3.根据权利要求1所述的一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构，其特征在于：所述顶部壳层外环(3)与均化隔板(4)之间、所述顶部壳层上内环(8)与顶部壳层下内环(7)之间及所述顶部壳层下内环(7)与均化隔板(4)之间均通过凸台定位，且通过焊接连接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构，其特征在于：所述基座(6)与金属壳层(10)通过螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构，其特征在于：所述导磁阳极内环(1)和导磁阳极外环(2)的材质均为DT4C。
6.根据权利要求4所述的一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构，其特征在于：在所述均化隔板(4)的中部沿圆周均布十个均化孔(14)。
7.根据权利要求4所述的一种离子源导磁阳极供气装置一体化结构，其特征在于：所述底部壳层(5)为圆环类结构，且在圆环底面上开设有螺纹孔。
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