CN201478252U - 金属蒸汽真空弧离子源用加热式阴极 - Google Patents

金属蒸汽真空弧离子源用加热式阴极 Download PDF

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吴先映
张旭
彭建华
李强
梁宏
马芙蓉
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Abstract

一种用于金属蒸汽真空弧离子源的加热式阴极。要点是采用电加热器加热阴极，同时采用导热性能差的材料制作底环，从而保证阴极处于合适的高温状态，温度由埋入底环内的热电偶测量。在工字形骨架上用电阻丝绕制电加热器，骨架的内径与阴极材料外径配合。阴极材料通过内压环和外压环固定在底环上，套上电加热器后再装配绝缘套和触发电极即可。电加热器和热电偶的引线选用合适的高温绝缘导线，并通过密封插座与离子源外的加热控制器连接，从而方便地进行温度测量和控制。由于阴极可以处于合适的高温状态，一些低温导电性差高温导电性好的材料和一些高熔点的材料可以用于金属蒸汽真空弧离子源，增加金属蒸汽真空弧离子源产生的离子种类。

Description

金属蒸汽真空弧离子源用加热式阴极
所属技术领域
本实用新型涉及一种用于金属蒸汽真空弧离子源的加热式阴极。
背景技术
由于金属蒸汽真空弧离子源具有束流强、离子种类多、纯度高、电荷态高、引出电压高以及多孔大面积引出的特点，文献《High-current Metal-ion Source for Ion Implantation》ZhangHuixing et al.Rev Sci Instrum，1990，61(1)将金属蒸汽真空弧强流金属离子注入誉为新一代的离子注入技术。如文献《强流金属离子束材料表面改性研究》，张通和，梁宏，马芙蓉，1997，14(3)所描述，金属蒸汽真空弧强流金属离子注入对离子注入材料表面改性研究与应用已经并正在发挥重要而深远的影响。通常的金属蒸汽真空弧离子源的阴极材料都加工成圆柱状，并在一端套上镙纹，拧在带镙扣的底座上，并直接用冷却液冷却，导出离子源工作时真空电弧产生的热量，以保证阴极部件处于合适的温度下(阴极法兰与阳极筒之间用橡胶圈密封，温度不能太高，一般低于100℃)。如美国专利(United States Patent)4714860和中国专利ZL91224858.6描述的金属蒸汽真空弧离子源就是采用的这样的阴极结构。中国专利ZL200820117860.3采用压夹持式阴极结构，适用于一些特殊的难于机械加工的导电固体材料。理论上金属蒸汽真空弧离子源可以产生任何导电的固体材料的离子。但实际上，一些低温下的高阻值材料(例如B、Si、Ge等)由于其低温导电性能差(但高温时导电性能好)，很难用在金属蒸汽真空弧离子源上；而一些熔点很高的复合材料(例如BC、TiB等)，也很难用在金属蒸汽真空弧离子源上。但是，这些材料的离子却有广泛的应用，因此设计适合于将这些材料用在金属蒸汽真空弧离子源上的阴极结构有其特定的意义。
发明内容
本实用新型的目的是设计一种新型的加热式阴极，从而使金属蒸汽真空弧离子源的阴极处于高温状态，适用于将低温导电性差而高温导电性好的和高熔点的导电固体材料用在金属蒸汽真空弧离子源上。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：采用电加热器加热阴极，同时采用导热性能差的材料制作底环，从而保证阴极处于合适的高温状态，温度由埋入底环内的热电偶测量。在工字形骨架上用电阻丝绕制电加热器，骨架的内径与阴极材料外径配合。阴极材料通过内压环和外压环固定在底环上，套上电加热器后再装配绝缘套和触发电极即可。电加热器和热电偶的引线选用合适的高温绝缘导线，并通过密封插座与离子源外的加热控制器连接，从而方便地进行温度测量和控制。
本实用新型的有益效果是，由于采用电加热器加热阴极，同时采用导热性差的材料作底环，从而保持阴极处于高温状态，因此，一些低温导电性差高温导电性好的材料和一些高熔点的材料可以用于金属蒸汽真空弧离子源，从而增加金属蒸汽真空弧离子源产生的离子种类。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是加热式金属蒸汽真空弧离子源弧放电区的结构图。图中1是触发电极接线柱，2是触发电极引线，3是阳极筒，4是阴极材料，5为电阻丝，6是绝缘套，7是触发电极，8是工字形骨架，9是内压环，10是外压环，11是底环，12是热电偶，13是加热器引线，14是热电偶引线，15是密封插座，16是冷却液管道。
具体实施方式
实施例：在图1中阴极材料4穿过内压环9中心孔，外压环10则可以通过镙钉固定在底环11上。由于外压环10和内压环9的接触面为相同角度的锥面，因此紧固外压环10时，内压环9会受到相当的压力。因此内压环9的收缩缝适当的收缩，对阴极材料4施加夹持压力，从而压夹紧阴极材料4，将阴极材料4固定在底环11上。图1中，7是触发电极，它通过绝缘导线与外部接线柱1连接后再与触发电源连接。6是绝缘套，确保触发电极与阴极绝缘。2是阳极筒，与阳极法兰相连。电阻丝5绕在工字形骨架8上组成电加热器，通过加热器引线13和密封插座15与外部加热控制器连接并通过热电偶12进行温度测量和控制。通过给加热控制器设定温度，可以将阴极材料的温度保持在合适的高温状态。将该结构的金属蒸汽真空弧离子源安装在真空系统上，给各个电极加上合适的电源，就可以产生相应阴极材料的离子束。

Claims (3)

1.一种金属蒸气真空弧离子源用加热式阴极，其特征在于采用电加热器加热阴极，同时采用导热性能差的材料制作底环，从而保证阴极处于合适的高温状态，温度由埋入底环内的热电偶测量。
2.根据权利要求1所述结构的金属蒸气真空弧离子源用加热式阴极，其特征在于采用的电加热器由电阻丝在工字形骨架上绕制而成。
3.根据权利要求1所述结构的金属蒸气真空弧离子源用加热式阴极，其特征在于阴极温度可以通过外部温度控制器测量和控制。
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