CS248554B1

CS248554B1 - Electron beam evaporator vacuum evaporation equipment up to 15 kW

Info

Publication number: CS248554B1
Application number: CS958584A
Authority: CS
Inventors: Dusan Liska; Ivan Pecar; Milan Ferdinandy; Jozef Kral
Original assignee: Dusan Liska; Ivan Pecar; Milan Ferdinandy; Jozef Kral
Priority date: 1984-12-11
Filing date: 1984-12-11
Publication date: 1987-02-12

Abstract

Riešenie sa týká zariadenie na odpa- rovanie materiálov vo vákuu elektrónovým lúčom s výkonom do 15 kff, ktoré je určené pre vákuové zariadenie na naparovanie a pre zariadenie na iónové plátovanie s ohy- bom elektronového lúča o 270 °. Zariadenie pozostáva z odparovaoieho kelímku spojeného s jarmon^ elektromagnetického obvodu s nshomogénnym magnetickým polom přepojeným permanentným magnetom a elektromagnetom, z rozoberatslnóho dělaného žeraviaoeho bloku, v ktorom je umies- tnená priamožeravená Spirála cez izolátory spojeného s telesom anódy a kelimkom a zo žiaravzdornej clony.The present invention relates to an electron beam vacuum evaporating apparatus having a capacity of up to 15 kff for vacuum evaporation apparatus and 270 ° ion beam cladding. The apparatus consists of an evaporating crucible coupled to an electromagnetic circuit with a non-homogeneous magnetic field coupled to a permanent magnet and an electromagnet, from a disassembled glow block, in which is mounted a heated spiral through the insulators connected to the anode body and the heat shield.

Description

Vynález sa týká zariadenia na odparovanie materiálov vo vákuu elektronovým lúčom tvořeným svázkom elektronov a výkonom do 15 kW určeným pro vákuové zariadenie na naparovanie a ionové plátovanie.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for evaporating materials in a vacuum by means of an electron beam consisting of an electron beam and a power of up to 15 kW intended for a vacuum apparatus for vapor deposition and ion cladding.

Doteraz známe zariadenia na odparovanie materiálov vo vákuu využívajú pre odparovanie materiálov odporové zdroje, ktoré pozostávajú zo žeravej špirály, lodičky, činka alebo košíka zo žiaruvzdorného materiálu, ktoré sú prechodora prúdu ohrievané tak, že v nich uložený mateřiál sa može odpařovat. lne odparovacie zdroje praoujú tak, že odpařovaný materiál je ohrievaný indukčně. Nevýhoda vThe prior art vacuum evaporation devices utilize resistive sources for evaporation of materials, which consist of a glowing spiral, boat, barbell or basket of refractory material, which is heated by the current transducer so that the stored material can evaporate. Other evaporation sources flow so that the vaporized material is inductively heated. Disadvantage in

uvedených zdrojov je, že možno nimi odpařovat iba také materiály, ktorých bod tavenia vo vákuu je do 1500 °C.said sources are that only those materials whose melting point in vacuum is up to 1500 ° C can be vaporized.

Iné známe zariadenia využívájú na odparovanie zvazok elektrónov, ktorý je emitovaný z odporovo žeravého # v zdro ja elektronov a urychlovaný vysokým potenciálem v magnetickom poli, v ktorom je svazok elektrónov vedený do odparovacieho kelímku· Dopadom urychlených elektrónov s vysokou hustotou energie sa materiál odpařuje. Vačšina doteraz známých konštrukcii používá ako zdroj emitujúcich elektrónov rozžeravené vlákno z tažkotavitelného materiálu, ktoré je připojené na vysoké napatie a z ktorého je zvazok elektronov ohýbaný o 90 až 300 ° a vedený do kelímku. Nejrozšírenejšíe sú zdroje, u kterých je zvazok elektrónov ohýbaný o 90 °, ktoré sa skládajú z dvoch oddělených časti, časti zdroja elektronov a časti kelímku. Nevýhodou daného usporiadania je, že dochádza k poškodzovaniu elektrostatického magn etického obvodu šošoviek optiky odrazenými sekundárnými elektronmi vyřazenými z kelímku a velké rozměry odparovacieh© zdroja.Other known devices utilize a beam of electrons that is emitted from a resistive-burning # electron source and accelerated by a high potential in a magnetic field in which the electron beam is fed to a vaporization crucible. The impact of accelerated electrons with high energy density evaporates the material. Most of the hitherto known designs use as a source of emitting electrons a heated high-voltage, fusible material fiber from which the electron beam is bent 90 to 300 ° and guided into a crucible. The most widespread are sources in which the electron beam is bent by 90 °, consisting of two separate parts, an electron source part and a crucible part. A disadvantage of this arrangement is that the electrostatic magn ethic circuit of the optics lens is damaged by the reflected secondary electrons discarded from the crucible and the large dimensions of the evaporative source.

Sú známe aj niektoré konštrukcie odparovacieh zdroj ov s ohybom elektronového lúča o 270 ⁰ až 300 ⁰ tzv· kompaktněj konštrukcie, kde je část kelimku a část zdrojaSome constructions of evaporative sources with electron beam bending of 270 ⁰ to 300 ^{0 of} so-called compact construction are known, where the crucible part and the source part are

248 854 blízko seba. Nevýhodou uvedených odparovacíoh zdrojov248 854 close to each other. A disadvantage of said evaporation sources

V M je značná hmotnost konštrukcie, nízká životnost žeravého vlákna, ktoré použité konštrukčné riešenie nedostatečné chrání před posobením odrazených sekundárných elektrónov, obtiažna dostupnost jednotlivých komponentov zav riadenia pri údržbě a zlá adaptlvnost pre zariadenia na ionové plátovanie.In M there is a considerable weight of construction, low durability of the filament, which inadequately protects the used design against the deposition of reflected secondary electrons, difficult availability of individual components in maintenance management and poor adaptability for ion cladding devices.

Uvedené nevýhody odstraňuje zariadenie podlá vynálezu, ktorého podst ata spočívá v tom, že pozostáva vThe above-mentioned disadvantages are overcome by the device according to the invention, which consists in that it consists of:

z rozoberatelného žeraviaoeho bloku, v ktorom je umlestnená priamožeravoná katoda v tvare šplrály, ktorá je na vysokom zápomom potenciál!, pričom žeravlaci blok je cez izolátory spojený s telesom anody, ktorá je na zemnom potenciál! a je spojená s telesom kelímku a magnetického ee # obvodu. Zvazok elektronov z priamožeravenej katody urychlovaný vysokým záporným potenoiálom do 20 kV mina anodu, je vedený a ohýbaný v nehomogénnom magnetiokom poli o 27o ⁰dopadá do vybrania v kelímku a svojou energiou sposobuje odpařovaní e materiálu·a removable glow block in which a spiral-shaped, flame-retardant cathode is placed, which is at a high negative potential !, wherein the glow block is connected via insulators to an anode body which is at earth potential! and is coupled to the crucible body and magnetic ee # circuit. Electron beam from direct cathode accelerated by high negative potenial up to 20 kV mine anode, is guided and bent in non-homogeneous magnetic field of 27o ⁰ falls into recess in crucible and its energy causes evaporation of material ·

Výhodou zariadenia podlá vynálezu je to, že jeho konštrukeia zabezpečuje láhkú údržbu, pohodlná reguláciu a nastavenie zvazku elektronov, zníženie hmotnosti a náv rokov na pracnost výroby, zvýšená ochranu před posobením # v odrazových elektronov a výbornú adaptlvnost pre zariadenia na ionové plátovanie.The advantage of the device according to the invention is that its design provides bottle maintenance, convenient regulation and adjustment of the electron beam, reduced weight and labor intake, increased protection from reflection electron deposition # and excellent adaptability for ion cladding devices.

Konstrukčně riešenie zariadenia znázorněné na priloženom výkrese na obr. 1, 2 a 3 v náryse, podoryse a bokoryse pozostáva z měděného kelímku 1, ktorý je vyhotov z vený z dvooh nerozoberatelne vákuotesne spojených časti vytvárajúoich dutý vodou chladený plášt, ktorý je napojený na přívod 2 a odvod 2. chladiaoej vody, pričom v hornéj časti kelímku 1 je vybranie, do ktorého sa ukládá materiál, ktorý sa odpařuje, pričom kellmok 1 je rozobe248 554The construction of the device shown in the attached drawing in FIG. 1, 2 and 3 in front, side and side view consists of a copper crucible 1, which is formed of two non-removably vacuum-tightly connected parts, forming a hollow water-cooled jacket connected to the inlet 2 and the outlet 2 of the cooling water, part of the crucible 1 is a recess in which the material to be vaporized is deposited, the kellmok 1 being disassembled248 554

V v ratelným alebo nerozoberatelným sposobom spojený s jarmora £ magnetického obvodu pozostávajúcim z lávej a prav vej časti, ktoré sú nerozoberatelne spojené s magnetickým nevodivým priečnikom £ a ktoré je mechanicky a magneticky uzavreté perman entným magnetem 6 upevněným v magneticky novodivom držiaku 7 a elektremagnetom 8, ktorý je tvořený jadrom z magneticky makkého materiálu a děvkou ktoréj jeden koniec cez vývod 2 3« poěas prevádzky napájený z vonkajšleho elektrického zdroja jednosměrným regulovatelným napatím a možnostou superponovania striedavého napatia, pričom druhý ^voniec cievky je elektricky a magnev v ticky vodivo spojený cez magneticky vodivú lavú část bočv v nice 10 a pravú část bočnice 11 rozoberatelne spojenu s kelimkom 1, na ktorý je s krůt kov ým spojotn 12 připojený měděný blok 13. ktorý je cez izolátory 14 s vnútornými závltmi na obou koncoch skrutkami 15 spojený s děleným žeraviacím blokom 16 vyrobeným zo Žiaruvzdorného materiálu, ktorý m echan icky a elektricky spája cez príložky 1.7_ a 18 žiaruvzdomú Spirálu 19 umiestnenú v dutině žeraviace ho bloku 20. ktorá představuje asymetrická elektrostatická šošovku, na ktorý sa mechanicky a elektricky pripája počas prevádzky nízkonapatový vonkajší prúdový zdroj, pričom na Spirálu 19. po jej rozžeravení, kedyz jej povrchu emitujú elektrony, sa z vonkajSieho vysokonapatového připojeného zdroja pripája vysoký záporný potenciál, čo sposobuje, že elektrony emitované zo Spirály 19 vytvárajú zvazok, ktorý vystupuje z dutiny asymetrlokej elektrostatickej SoSovky 20 žeravlaceho bloku v vIn a reversible or indelible manner, it is connected to a magnetic circuit of the magnetic circuit consisting of a lava and a right part, which are releasably connected to a magnetic non-conductive crossbeam 6 and which is mechanically and magnetically closed by a permanent magnet 6 which consists of a core of magnetically macaque material and a whore, one end of which is supplied via an external electrical power supply via a direct-controlled adjustable voltage and the possibility of superimposing alternating voltage during operation, the other ^{in the} coil being electrically and magnically conductively connected via a magnetically conductive the left side of the sidewall 10 and the right side of the sidewall 11 are releasably connected to the crucible 1, to which a copper block 13 is connected to the turkey metal connection 12, which is connected to the split heater block via screws 15 at both ends 16, made of a refractory material that mechanically and electrically connects through attachments 1.7 and 18 of a refractory spiral 19 disposed in a hollow block hollow 20 that represents an asymmetric electrostatic lens to which a low voltage external power source is mechanically and electrically connected during operation; wherein on the Spiral 19, after being heated, when electrons emit its surface, a high negative potential is connected from an external high-voltage power supply, causing the electrons emitted from the Spiral 19 to form a beam that exits the cavity of the asymmetrical electrostatic block 20 in the heat block.

16. mina anodu 21 rozoberatelne připojená o blok 13 anody, pričom anoda 21 je na zemnom potenciáli a oproti Spirále 19 je kladná, takže uvedený svazok elektrónov je v nohomogénnom magnetickom poli, ktoré je vytvárané magnetickým obvodom, vedený a ohýbaný o 270?® opisuje oblúk a dopadá do vybrania v kelímku 1, do ktorého sa vkládáThe 16th mine of the anode 21 is detachably connected to the anode block 13, wherein the anode 21 is at ground potential and is positive relative to the Spiral 19, so that said electron beam is guided and bent by 270? In the foot -ogenic magnetic field produced by the magnetic circuit. the arc and falls into the recess in the crucible 1 into which it is inserted

248 S54 odpařovaný materiál, pričom zariadenie je opatřené clono u 22. ktorá je zo žiaruvzdimého materiálu a je rozoberatelnýia spojem připevněná o kelímek 1 tak, že cloní žeraviaol blok 16 a chrání ho před účinkem sálavého tepla zo svazku elektronov a před odrazenými sekundárnými elektronmi, pričom zariadenie možno přípoji* vo vak uovej komoře o teleso komory bud za spodv v nú část o upínaoie profily 23 alebo za homú část jarma £.248 S54 is a vaporized material, wherein the device is provided with a diaphragm 22 which is of refractory material and is releasably fastened to the crucible 1 by shielding it so as to shield the block 16 and protect it from radiant heat from the electron beam and from reflected secondary electrons; the device can be connected in the vacuum chamber to the chamber body either behind the lower part of the clamping profiles 23 or the upper part of the yoke.

Dané konštrukčné riešenie zariadenia kladie miniv málne nároky na pracnost výroby jednotlivých komponentov v v a súčasne zaruču je nižším hmotnost oproti porovnáte!v ným typom zariadení zrovnatelného výkonu a má dobrú adaptivně st pre zariadenie na lenové plátovanie·The design of the device puts minimal demands on the manufacturing effort of the individual components in v and at the same time guarantees a lower weight compared to the comparable types of devices of comparable performance and has a good adaptability for the liner cladding equipment.

Claims

- 5 - SUBJECT OF THE INVENTION 248 5S4 Vacuum-electron beam vaporization apparatus with a power output of up to 15 kW and a 270-bending elbows, characterized by the fact that it consists of a vacuum crucible (1) with a hollow for the flow of heat-coupled conductor (4 ) of an electromagnetic circuit and a non-homogeneous magnetic field, which is connected by a permanent magnet (6), an electromagnet (8) and a side (10) and (11), a removable heater block (16) and a cavity (20) forming an asymmetric electro-magnetic lens, in which a heater spiral (19) is mounted, which is secured by tabs (17) and (18) to an annular block (16) which is connected to the anode block (13) and the crucible (1) via a screw-in insulator (14), the admixture (21) is detachably connected to the anode block (13) and the refractory screen (22) is secured to the crucible (1) in the space between the pole pieces (4). 1 drawing