CN1180124C - 管筒状工件内表面束线离子注入装置 - Google Patents

Abstract

管筒状工件内表面束线离子注入装置，它涉及一种对管筒状工件内表面实施离子注入的装置，特别是对细长管内壁实施离子注入的装置。它包含离子注入机(1)、真空室(2)、偏转装置(3)和使偏转装置(3)沿工件A轴线平移并自转的偏转传动装置，偏转装置(3)设置在工件A的内孔中，偏转装置(3)包含有产生与离子束飞行方向相反电场的轴向电极(3-1)和接地电极(3-2)，以及设置在轴向电极(3-1)和接地电极(3-2)之间的径向电极(3-3)，轴向电极(3-1)和接地电极(3-2)与工件A的轴线相垂直，在接地电极(3-2)上开有一个使离子束射向轴向电极(3-1)的孔(3-4)，径向电极(3-3)与工件A的轴线相互平行。该装置彻底解决了细长管工件内表面的离子注入问题。

Description

管筒状工件内表面束线离子注入装置

技术领域：本发明涉及一种对管筒状工件内表面实施离子注入的装置，特别是对细长管内壁实施离子注入的装置。

背景技术：离子注入是一种有效的表面优化的方法，它可以在工件或器件表面引入各种离子，而不受经典平衡热力学限制。但由于离子行走轨迹的视线性(直线性)，使得这种技术难于处理管筒工件的内壁表面，尤其是细长管，离子几乎平行于管的内壁，使细长管的离子注入几乎是不可能。而较大的注入角度又使得溅射极为严重，同时离子的垂直射程也较浅，达不到改性效果。

发明内容：本发明为解决细长筒状工件内表面难以实施离子注入的问题而提供一种管筒状工件内表面束线离子注入装置。该装置包含有离子注入机1和真空室2，该装置还包含有一个使离子注入机1发出的离子束在管筒形的工件A的内孔中发生偏转的偏转装置3，在真空室2的外面还设有使偏转装置3沿工件A轴线平移并自转的偏转传动装置，偏转装置3设置在工件A的内孔中，偏转装置3包含有产生与离子束飞行方向相反电场的轴向电极3-1和接地电极3-2，以及设置在轴向电极3-1和接地电极3-2之间的径向电极3-3，轴向电极3-1和接地电极3-2与工件A的轴线相垂直，在接地电极3-2上开有一个使离子束射向轴向电极3-1的孔3-4，径向电极3-3与工件A的轴线相互平行。工作时工件A接地，径向电极3-3与工件A的管壁之间形成径向电场。上述装置中，离子束在管筒形的工件A的内孔中的运行轨迹为：在离子进入偏转装置3之前，直线飞行；离子进入偏转装置3之后，离子受到两个电场的复合作用，一方面离子由于受到与飞行方向相反的轴向电场的作用而减速；另一方面离子受到径向电场的作用而转向，并向管壁飞去。本发明的管筒状工件内表面束线离子注入装置由于在工件内孔中设置使离子束发生偏转的偏转装置3，它使得进入管筒内的离子在注入点附近进行偏转，即离子先沿管筒的中心轴平行方向进入管筒内部，在进入偏转装置后飞向管壁。借助于使偏转装置3相对于工件沿轴线旋转并平移的装置，即可对管筒工件的内壁进行扫描注入处理。该装置的离子注入能量取决于径向电场的大小，轴向电极3-1的电压大小取决于离子的初始速度。该装置彻底解决了细长管筒工件内表面的离子注入问题。

附图说明：图1是具体实施方式一的结构示意图，图2是具体实施方式二的结构示意图，图3是图2的D-D剖视图，图4是具体实施方式三中偏转装置3的结构示意图，图5是图4的E-E剖视图。

具体实施方式一：参阅图1，本实施方式的管筒状工件内表面束线离子注入装置包含离子注入机1、真空室2、偏转装置3、使偏转装置3沿工件A轴线平移并自转的偏转传动装置、设置在真空室2内的内之架4、悬臂轴5、支撑体6；工件A设置在内支架4上。离子注入机1设在真空室2的外面，其引出口1-1位于真空室2内，离子束沿工件A的轴线运动。偏转装置3设置在工件A的内孔中。偏转装置3由轴向电极3-1、接地电极3-2、径向电极3-3和绝缘体3-5组成。轴向电极3-1和接地电极3-2与工件A的轴线相垂直，在接地电极3-2上开有孔3-4，孔3-4的中心线与工件A的轴线重合。径向电极3-3设在轴向电极3-1和接地电极3-2之间，径向电极3-3与工件A的轴线平行。径向电极3-3、轴向电极3-1和接地电极3-2固定连接在绝缘体3-5上。当离子注入机1注入正离子时，轴向电极3-1和径向电极3-3分别与电源25、电源26的正极相连接；当离子注入机1注入负离子时，轴向电极3-1和径向电极3-3分别与电源25和电源26的负极相连接。偏转装置3固定连接在悬壁轴5的端部，在悬臂轴5上还连接有环形的支撑体6，支撑体6的外周边与工件A的内孔形成滑动配合，上述结构使偏转装置3在工件A内始终位于同一径向位置。在真空室2的外面还设有使偏转装置3沿工件A轴线平移并自转的偏转传动装置，该装置由带有导轨8的支架7、与导轨8相配合的滑板9、行走电机10、旋转电机11、以及相互啮合的齿轮12和齿条13组成，行走电机10和旋转电机11均固定在滑板9上，旋转电机11的转轴与悬臂轴5相连接，行走电机10的转轴与齿轮12固定连接，与导轨8平行设置的齿条13固定连接在支架7上，导轨8与工件A轴线相平行。悬臂轴5与真空室2之间设有动密封24。径向电极3-3、轴向电极3-1和接地电极3-2为板形结构。旋转电机11周期性的正反转，以免导线缠绕。悬臂轴5和支撑体6由绝缘材料制成。

具体实施方式二：参阅图2、图3，本实施方式与具体实施方式一不同的是：悬臂轴5的外端固定连接在内支架4上面的固定架4-1上。由带动工件平移并自转的工件传动装置代替实施方式一的偏转传动装置，该装置由带有外滑轨14的外支架15，与外滑轨14相配合的滑动板16、与工件A紧固连接的外齿圈17、与外齿圈17啮合的上齿轮18、与滑动板16下面的齿条19啮合的下齿轮20、行走电机21和旋转电机22组成，行走电机21的转轴与下齿轮20固定连接，旋转电机22和工件A均设置在滑动板16上，旋转电机22的转轴经传动轴22-1与上齿轮18固定连接，滑动板16的内端与内支架4上面的内滑轨4-2相配合，内滑轨4-2和外滑轨14与工件A的轴线相互平行，滑动板16和传动轴22-1与真空室2之间设有动密封装置23。

具体实施方式三：参阅图4、图5，本实施方式与具体实施方式一、二不同的是，偏转装置3的轴向电极3-1和接地电极3-2为板形结构，径向电极3-3为拱形结构。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二相同。

Claims (7)

1、管筒状工件内表面束线离子注入装置，它包含有离子注入机(1)和真空室(2)，其特征在于它还包含有一个使离子注入机(1)发出的离子束在管筒形的工件A的内孔中发生偏转的偏转装置(3)，在真空室(2)的外面还设有使偏转装置(3)沿工件A轴线平移并自转的偏转传动装置，偏转装置(3)设置在工件A的内孔中，偏转装置(3)包含有产生与离子束飞行方向相反电场的轴向电极(3-1)和接地电极(3-2)，以及设置在轴向电极(3-1)和接地电极(3-2)之间的径向电极(3-3)，轴向电极(3-1)和接地电极(3-2)与工件A的轴线相垂直，在接地电极(3-2)上开有一个使离子束射向轴向电极(3-1)的孔(3-4)，径向电极(3-3)与工件A的轴线相互平行。

2、根据权利要求1所述的管筒状工件内表面束线离子注入装置，其特征在于径向电极(3-3)、轴向电极(3-1)和接地电极(3-2)固定连接在绝缘体(3-5)上。

3、根据权利要求1或2所述的管筒状工件内表面束线离子注入装置，其特征在于偏转装置(3)固定连接在悬壁轴(5)的端部，在悬臂轴(5)上还连接有环形的支撑体(6)，支撑体(6)的外周边与工件A的内孔形成滑动配合。

4、根据权利要求1所述的管筒状工件内表面束线离子注入装置，其特征在于偏转传动装置由带有导轨(8)的支架(7)、与导轨(8)相配合的滑板(9)、行走电机(10)、旋转电机(11)、以及相互啮合的齿轮(12)和齿条(13)组成，行走电机(10)和旋转电机(11)均固定在滑板(9)上，旋转电机(11)的转轴与悬臂轴(5)相连接，行走电机(10)的转轴与齿轮(12)固定连接，与导轨(8)平行设置的齿条(13)固定连接在支架(7)上，导轨(8)与工件A的轴线相平行。

5、根据权利要求3所述的管筒状工件内表面束线离子注入装置，其特征在于悬臂轴(5)的外端固定连接在内支架(4)上面的固定架(4-1)上，该装置还包含有使工件A沿自身轴线旋转并平移的传动装置，它由带有外滑轨(14)的外支架(15)、与外滑轨(14)相配合的滑动板(16)、与工件A紧固连接的外齿圈(17)、与外齿圈(17)啮合的上齿轮(18)、与滑动板(16)下面的齿条(19)啮合的下齿轮(20)、行走电机(21)和旋转电机(22)组成，行走电机(21)的转轴与下齿轮(20)固定连接，旋转电机(22)和工件A均设置在滑动板(16)上，旋转电机(22)的转轴经传动轴(22-1)与上齿轮(18)固定连接，滑动板(16)的内端与内支架(4)上面的内滑轨(4-2)相配合，内滑轨(4-2)和外滑轨(14)与工件A的轴线相互平行。

6、根据权利要求1或2所述的管筒状工件内表面束线离子注入装置，其特征在于径向电极(3-3)、轴向电极(3-1)和接地电极(3-2)为板形结构。

7、根据权利要求1或2所述的管筒状工件内表面束线离子注入装置，其特征在于轴向电极(3-1)和接地电极(3-2)为板形结构，径向电极(3-3)为拱形结构。

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