CN111916326A - 一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构 - Google Patents

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魏立秋
李鸿
唐井峰
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Abstract

本发明提供了一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，导磁套筒结构设置在离子源的放电通道的底部，导磁套筒结构包括内导磁套筒、环形导磁板、外导磁套筒和防护罩，内导磁套筒和外导磁套筒同轴嵌套布置，且内导磁套筒的底部与外导磁套筒的底部平齐设置，内导磁套筒的底部与外导磁套筒的底部之间通过环形导磁板连接，内导磁套筒、环形导磁板和外导磁套筒同材质且一体成型设置；防护罩固定在内导磁套筒的顶部，且覆盖内导磁套筒的上端口，在环形导磁板上开设有两个安装孔。本发明解决现有离子源放电通道底部受等离子体回流侵蚀严重以及近阳极区磁场强度过大导致的高电压工况下阳极表面热沉积严重，且通道内无法实现磁场正梯度放电的问题。

Description

一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构
技术领域
本发明属于离子源技术领域，尤其是涉及一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构。
背景技术
近年来，高尖端工业产品对于材料加工的精密度要求日益提高，尤其是材料的镀膜工艺，以往传统的电子束热蒸发和电阻热蒸发沉积技术越来越难以满足工业需求，因此人们开始将目光投向用于航天推进的等离子体技术。
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。
传统离子源等离子空间分布均匀性很强，能够实现在单位时间内对更大面积进行镀膜，但由于其特殊的磁场位型，电子会在放电通道内形成一个负电位，由此吸引离子回流，对放电通道底部造成极其严重的等离子体侵蚀。此外，由于缺少外永磁环，其阳极难以布置在零磁点位置，即大量磁力线径直穿过阳极表面，在高电压的工况下造成严重的阳极表面热沉积问题，且由于近阳极区磁场强度过大，无法实现通道内磁场的正梯度放电，由此导致通道内的电离区拉长，等离子体加速效果较差等不良影响，也会加大磁场约束等离子体的难度，对离子源的性能的提升有着一定的影响。因此，提供一种同时具有防护作用，且能够来削弱近阳极区磁场强度的防护罩是十分必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，解决现有离子源放电通道底部受等离子体回流侵蚀严重以及近阳极区磁场强度过大，由此导致的高电压工况下阳极表面热沉积严重，且通道内无法实现磁场正梯度放电的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，所述导磁套筒结构设置在离子源的放电通道的底部，所述的导磁套筒结构包括内导磁套筒、环形导磁板、外导磁套筒和防护罩，所述的内导磁套筒和外导磁套筒同轴嵌套布置，且内导磁套筒的底部与外导磁套筒的底部平齐设置，所述的内导磁套筒的底部与外导磁套筒的底部之间通过环形导磁板连接，所述的内导磁套筒、环形导磁板和外导磁套筒同材质且一体成型设置；所述的防护罩固定在内导磁套筒的顶部，且覆盖内导磁套筒的上端口，在环形导磁板上开设有两个安装孔，且两个安装孔分别用于离子源阳极导电柱和导气柱的安装，两个安装孔间隔180°布置在环形导磁板上。
进一步的，所述内导磁套筒与防护罩之间焊接连接。
进一步的，所述防护罩为下部设有凸台的圆板结构。
进一步的，所述环形导磁板的宽度与内导磁套筒和外导磁套筒的高度差根据阳极的具体尺寸进行调整。
进一步的，所述内导磁套筒的高度高于外导磁套筒的高度。
进一步的，所述内导磁套筒、环形导磁板和外导磁套筒均由高导磁材料制成。
进一步的，所述内导磁套筒、环形导磁板和外导磁套筒均采用电工纯铁DT4C制成。
进一步的，所述防护罩采用钛合金制成。
相对于现有技术，本发明所述的一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构具有以下优势：
本发明所述的一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，在传统离子源中，在放电通道底部布置钛合金材料，以此防止离子回流对放电通道底部造成严重的等离子体侵蚀，同时利用导磁套筒将磁场进行外推，不仅具有离子源等离子空间分布均匀性强的优点，同时削弱了离子源近阳极区的磁场强度，使得离子源高电压工况下严重的阳极表面热沉积问题得到了改善，且实现了离子源通道内的磁场正梯度放电，对离子源的放电稳定性和工作性能都有很大的提高。
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具有防护功能的离子源的导磁套筒结构的示意图；
图2为本发明实施例所述的一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构的剖视图；
图3为未采用导磁套筒结构的离子源的磁场强度随通道中轴线上位置坐标变化而变化的曲线图；
图4为未采用导磁套筒结构的离子源的磁场位型状况；
图5为采用本发明的导磁套筒结构的离子源的磁场强度随通道中轴线上位置坐标变化而变化的曲线图；
图6为采用本发明的导磁套筒结构的离子源的磁场位型状况。
附图标记说明：
1-内导磁套筒，2-防护罩，3-环形导磁板，4-外导磁套筒，5-安装孔，6-凸台。
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，一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，所述导磁套筒结构设置在离子源的放电通道的底部，所述的导磁套筒结构包括内导磁套筒1、环形导磁板3、外导磁套筒4和防护罩2，所述的内导磁套筒1和外导磁套筒4同轴嵌套布置，且内导磁套筒1的底部与外导磁套筒4的底部平齐设置，所述的内导磁套筒1的底部与外导磁套筒4的底部之间通过环形导磁板3连接，所述的内导磁套筒1、环形导磁板3和外导磁套筒4同材质且一体成型设置；所述的防护罩2固定在内导磁套筒1的顶部，且覆盖内导磁套筒1的上端口，在环形导磁板3上开设有两个安装孔5，且两个安装孔5分别用于离子源阳极导电柱和导气柱的安装，两个安装孔15间隔180°布置在环形导磁板3上。
内导磁套筒1与防护罩2之间焊接连接。防护罩2为下部设有凸台6的圆板结构，凸台6的设置，定位效果好，便于焊接。
环形导磁板3的宽度与内导磁套筒1和外导磁套筒4的高度差根据阳极的具体尺寸进行调整。可以为内导磁套筒1的高度高于外导磁套筒4的高度，如图2所示。
内导磁套筒1、环形导磁板3和外导磁套筒4均由高导磁材料制成；内导磁套筒1、环形导磁板3和外导磁套筒4可以均采用电工纯铁DT4C制成。
防护罩2采用钛合金材料制成，由于离子源的通道底部会遭受严重的等离子体回流轰击，若采用普通不锈钢材料，则无法承受严重的回流轰击，导致防护罩被侵蚀乃至击穿，由此使得内永磁体直接暴露在等离子体下，严重影响了离子源的性能和寿命。
本发明采用的一种具有防护功能的导磁套筒结构，内导磁套筒1、环形导磁板3和外导磁套筒4的一体式结构和防护罩2单独加工，并利用点焊技术进行连接安装，
本发明的导磁套筒结构安装时，需要利用阳极压住导磁套筒结构，然后通过阳极导气柱和导电柱利用螺纹连接与其余部件固定，永磁铁设置在内导磁套筒1与防护罩2之间的空间内。
本发明减缓了离子回流带来的对于放电通道造成的等离子体侵蚀现象，极大削弱了近阳极区磁场强度，减少了径直穿过阳极表面的磁力线数量，实现了通道内磁场正梯度放电，较好地解决了离子源高电压工况下阳极表面热沉积严重的问题，提高了离子源的工作性能和使用寿命。
本申请中，图3和图5中的横坐标均代表以阳极表面为起点的轴向方向坐标，纵坐标均代表磁场强度。
在不采用本发明导磁套筒结构的离子源中，其阳极中径轴线处的磁场强度分布如图3所示(起点为阳极表面)，阳极中径轴线处磁力线分布图及阳极表面的磁力线分布图如图4所示，可见其阳极表面存在着大量磁力线，阳极中径轴线处的磁场最大强度大致在230G左右，磁场强度最大点距离阳极表面约3.5mm处，阳极表面处的磁场强度约为223G左右。采用本发明的导磁套筒结构后，其阳极中径轴线处的磁场强度分布如图5所示，阳极中径轴线处磁力线分布图及阳极表面的磁力线分布图如图6所示，可以明显看出，阳极表面磁力线大量减少，阳极中径轴线处的磁场最大强度大致在200G左右，虽然最大磁场强度有所降低，但是磁场强度最大点距离阳极表面则被外推至10mm处左右，阳极表面处的磁场强度降至60G，下降了近73％。故可进一步确定，本发明导磁套筒结构可以较好地削弱近阳极区磁场强度，减缓高电压工况下阳极表面热沉积严重地问题，实现通道内磁场正梯度放电，提升离子源性能和寿命。
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 (8)

1.一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，其特征在于：所述导磁套筒结构设置在离子源的放电通道的底部，所述的导磁套筒结构包括内导磁套筒(1)、环形导磁板(3)、外导磁套筒(4)和防护罩(2)，所述的内导磁套筒(1)和外导磁套筒(4)同轴嵌套布置，且内导磁套筒(1)的底部与外导磁套筒(4)的底部平齐设置，所述的内导磁套筒(1)的底部与外导磁套筒(4)的底部之间通过环形导磁板(3)连接，所述的内导磁套筒(1)、环形导磁板(3)和外导磁套筒(4)同材质且一体成型设置；所述的防护罩(2)固定在内导磁套筒(1)的顶部，且覆盖内导磁套筒(1)的上端口，在环形导磁板(3)上开设有两个安装孔(5)，且两个安装孔(5)分别用于离子源阳极导电柱和导气柱的安装，两个安装孔(15)间隔180°布置在环形导磁板(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，其特征在于：所述内导磁套筒(1)与防护罩(2)之间焊接连接。
3.根据权利要求2所述的一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，其特征在于：所述防护罩(2)为下部设有凸台(6)的圆板结构。
4.根据权利要求1所述的一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，其特征在于：所述环形导磁板(3)的宽度与内导磁套筒(1)和外导磁套筒(4)的高度差根据阳极的具体尺寸进行调整。
5.根据权利要求4所述的一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，其特征在于：所述内导磁套筒(1)的高度高于外导磁套筒(4)的高度。
6.根据权利要求1所述的一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，其特征在于：所述内导磁套筒(1)、环形导磁板(3)和外导磁套筒(4)均由高导磁材料制成。
7.根据权利要求6所述的一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，其特征在于：所述内导磁套筒(1)、环形导磁板(3)和外导磁套筒(4)均采用电工纯铁DT4C制成。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种具有防护功能的离子源的导磁套筒结构，其特征在于：所述防护罩(2)采用钛合金制成。
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Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1365672A (en) * 1971-10-21 1974-09-04 Atomic Energy Authority Uk Hall current accelerators
DE2712829A1 (de) * 1977-03-23 1978-09-28 Kovalskij Ionenquelle
US5763989A (en) * 1995-03-16 1998-06-09 Front Range Fakel, Inc. Closed drift ion source with improved magnetic field
WO2000042827A1 (en) * 1999-01-18 2000-07-20 Matra Marconi Space France S.A. An ion accelerator
CA2438098A1 (en) * 2001-02-23 2002-09-06 Kaufman & Robinson, Inc. Magnetic field for small closed-drift thruster
US20040060813A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-01 Roman Chistyakov High-power pulsed magnetron sputtering
US20050237000A1 (en) * 2004-04-23 2005-10-27 Zhurin Viacheslav V High-efficient ion source with improved magnetic field
US20080136309A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 Chu Paul K Ion source
US20130026917A1 (en) * 2011-07-29 2013-01-31 Walker Mitchell L R Ion focusing in a hall effect thruster
US20130214684A1 (en) * 2010-11-08 2013-08-22 Volodymyr Vasilievich Vasyliev Method and device for transporting vacuum arc plasma
CN104996000A (zh) * 2013-02-06 2015-10-21 安赛乐米塔尔研究与发展有限责任公司 等离子体源
CN105003409A (zh) * 2015-07-16 2015-10-28 兰州空间技术物理研究所 一种霍尔推力器的阴极中心布局
CN106304603A (zh) * 2016-09-27 2017-01-04 中国科学院合肥物质科学研究院 一种中性束注入器离子源场反向位形等离子体射频驱动器
WO2017046115A1 (fr) * 2015-09-18 2017-03-23 Comat Aerospace Sa Procédé d'alimentation pour la propulsion de satellite et module de propulsion de satellite alimenté selon ce procédé
CN108590994A (zh) * 2018-04-25 2018-09-28 哈尔滨工业大学 一种改变阴极磁场分布的永磁霍尔推力器外磁极结构
CN110470962A (zh) * 2019-09-25 2019-11-19 哈工大机器人（岳阳）军民融合研究院 霍尔离子源励磁线圈绝缘老化程度的评估方法

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1365672A (en) * 1971-10-21 1974-09-04 Atomic Energy Authority Uk Hall current accelerators
DE2712829A1 (de) * 1977-03-23 1978-09-28 Kovalskij Ionenquelle
US5763989A (en) * 1995-03-16 1998-06-09 Front Range Fakel, Inc. Closed drift ion source with improved magnetic field
WO2000042827A1 (en) * 1999-01-18 2000-07-20 Matra Marconi Space France S.A. An ion accelerator
CA2438098A1 (en) * 2001-02-23 2002-09-06 Kaufman & Robinson, Inc. Magnetic field for small closed-drift thruster
US20040060813A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-01 Roman Chistyakov High-power pulsed magnetron sputtering
US20050237000A1 (en) * 2004-04-23 2005-10-27 Zhurin Viacheslav V High-efficient ion source with improved magnetic field
US20080136309A1 (en) * 2006-12-06 2008-06-12 Chu Paul K Ion source
US20130214684A1 (en) * 2010-11-08 2013-08-22 Volodymyr Vasilievich Vasyliev Method and device for transporting vacuum arc plasma
US20130026917A1 (en) * 2011-07-29 2013-01-31 Walker Mitchell L R Ion focusing in a hall effect thruster
CN104996000A (zh) * 2013-02-06 2015-10-21 安赛乐米塔尔研究与发展有限责任公司 等离子体源
CN105003409A (zh) * 2015-07-16 2015-10-28 兰州空间技术物理研究所 一种霍尔推力器的阴极中心布局
WO2017046115A1 (fr) * 2015-09-18 2017-03-23 Comat Aerospace Sa Procédé d'alimentation pour la propulsion de satellite et module de propulsion de satellite alimenté selon ce procédé
CN106304603A (zh) * 2016-09-27 2017-01-04 中国科学院合肥物质科学研究院 一种中性束注入器离子源场反向位形等离子体射频驱动器
CN108590994A (zh) * 2018-04-25 2018-09-28 哈尔滨工业大学 一种改变阴极磁场分布的永磁霍尔推力器外磁极结构
CN110470962A (zh) * 2019-09-25 2019-11-19 哈工大机器人（岳阳）军民融合研究院 霍尔离子源励磁线圈绝缘老化程度的评估方法

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