PL211739B1 - Głowica do nanoszenia cienkich warstw metali i ich związków metodą naparowania łukiem elektrycznym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest głowica do nanoszenia cienkich warstw metali i ich związków metodą naparowania łukiem elektrycznym, znajdująca zastosowanie do wytwarzania cienkich powłok na różnego rodzaju podłożach, szczególnie w warunkach wysokiej próżni.

Znana głowica utworzona jest z katody w kształcie rury, która jest usytuowana wewnątrz komory próżniowej i zamocowana jednym końcem do izolowanego przepustu wykonanego w ścianie komory. Katoda wykonana jest z metalu przeznaczonego na powłokę. Wewnątrz katody umieszczony jest przewód zasilający, który z jednej strony jest połączony z zapłonnikiem usytuowanym na zewnątrz katody, w pobliżu jej pobocznicy, a z drugiej strony podłączony jest do dodatniego bieguna źródła zasilania.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest obecność, w nanoszonej warstwie powłoki, kropelek parowanego metalu o mikronowej średnicy, które powodują jej chropowatość, a tym samym ograniczenie zakresu jej zastosowania.

Głowica, według wynalazku, zawierająca katodę w kształcie rury, wykonaną z materiału na powłokę i wyposażoną w przewód zasilający umieszczony wewnątrz katody, który z jednej strony jest połączony z zapłonnikiem usytuowanym na zewnątrz katody w pobliżu jej pobocznicy, a z drugiej strony podłączony jest do dodatniego bieguna źródła zasilania charakteryzuje się tym, że zawiera separator fazy kropelkowej usytuowany koncentrycznie na zewnątrz katody, przy czym separator fazy kropelkowej stanowią korzystnie podłużne przesłony rozmieszczone radialnie i równomiernie na obwodzie w określonej odległości od zewnętrznej powierzchni katody. Przesłony separatora są osadzone odpowiednio w jednym lub dwóch pierścieniach stabilizujących przymocowanych do katody, albo do przeciwległych ścian komory próżniowej albo w dowolnej kombinacji do katody i ściany komory próżniowej za pomocą izolacyjnych elementów mocujących. Ponadto kąt zawarty pomiędzy sąsiednimi przesłonami separatora fazy kropelkowej oraz ich odległość od powierzchni katody, a także ich szerokość są zależne od rodzaju parowanego materiału katody oraz parametrów prowadzonego procesu technologicznego. Przesłony separatora fazy kropelkowej oraz pierścienie stabilizujące wykonane są z materiału przewodzącego prąd elektryczny.

Głowica do nanoszenia cienkich warstw metali i ich związków metodą naparowania łukiem elektrycznym, według wynalazku, dzięki zastosowaniu separatora ograniczającego zasięg kątowy fazy kropelkowej parującego metalu, umożliwia otrzymywanie warstw nanoszonej powłoki o optymalnych parametrach fizycznych, a tym samym wpływa na poprawę jakości powlekanych produktów. Ponadto głowicę cechuje prostota.

Rozwiązanie, według wynalazku, przedstawione jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój osiowy głowicy, a fig. 2 - przekrój poprzeczny głowicy z poglądowym rozkładem kątowym fazy kropelkowej parującego metalu.

Głowica, według wynalazku, zawiera katodę 1 w kształcie rury, wykonaną z metalu przeznaczonego na powłokę. Wewnątrz katody 1 umieszczony jest przewód zasilający 2, który z jednej strony jest połączony z zapłonnikiem 3 usytuowanym na zewnątrz katody 1 w pobliżu jej pobocznicy, a z drugiej strony podłączony jest do dodatniego bieguna źródła zasilania nieuwidocznionego na rysunku. Głowica wyposażona jest również w separator fazy kropelkowej 4 usytuowany koncentrycznie na zewnątrz katody 1, przy czym separator 4 stanowią podłużne przesłony 5 rozmieszczone radialnie i równomiernie na obwodzie w odległości a od zewnętrznej powierzchni katody 1. Przesłony 5 osadzone są na wcisk w stabilizującym pierścieniu 6, który jest przymocowany do katody 1 przy pomocy izolacyjnego elementu mocującego 7, w postaci sprężynującego krążka. Przesłony 5 oraz pierścień stabilizujący 6 wykonane są z materiału przewodzącego prąd elektryczny, a kąt α zawarty pomiędzy sąsiednimi przesłonami 5 oraz ich odległość a od powierzchni katody 1, a także ich szerokość b są zależne od rodzaju parowanego materiału katody i oraz parametrów prowadzonego procesu technologicznego.

Działanie jest następujące. Po podaniu napięcia rzędu kilkudziesięciu woltów na zapłonnik 3 następuje zapalenie łuku. Na powierzchni katody 1 tworzy się krater roztopionego metalu, z którego wyparowują atomy metalu oraz większe jego cząstki zwane mikrokropelkami. Parujące z powierzchni katody 1, cząstki metalu poruszają się w otaczającej przestrzeni we wszystkich kierunkach. Rozkład gęstości parujących atomów metalu jest w miarę równomierny, natomiast rozkład kątowy fazy mikrokropelkowej f jest nierównomierny i zależy od rodzaju parowanego metalu. Cząstki fazy mikrokropelkowej f parującego metalu w znacznej części osiadają na ściankach separatora 4, nie docierając do podłoża nieuwidocznionego na rysunku. Zastosowanie głowicy z separatorem 4 w procesie nanoszenia

PL 211 739 B1 cienkich warstw metali i ich związków metodą naparowania łukiem elektrycznym na podłoże pozwala oddzielić fazę mikrokropelkową f parującego metalu od jego atomów, które poruszając się po torach prostoliniowych docierają do podłoży tworząc cienką warstwę o lepszych własnościach mechanicznych.

Wykaz oznaczeń na rysunku

- katoda głowicy

- przewód zasilający

- zapłonnik

- separator fazy kropelkowej

- przesłony

- pierścień stabilizujący

- izolacyjny element mocujący a - odległość przesłony od powierzchni katody b - szerokość przesłony f- - rozkład kątowy fazy kropelkowej parującego metalu α - kąt zawarty pomiędzy sąsiednimi przesłonami

Claims (3)

1. Głowica do nanoszenia cienkich warstw metali i ich związków metodą naparowania łukiem elektrycznym zawierająca katodę w kształcie rury, wykonaną z materiału na powłokę i wyposażoną w przewód zasilający umieszczony wewnątrz katody, który z jednej strony jest połączony z zapłonnikiem usytuowanym na zewnątrz katody w pobliżu jej pobocznicy, a z drugiej strony podłączony jest do dodatniego bieguna źródła zasilania, znamienna tym, że zawiera separator fazy kropelkowej (4) usytuowany koncentrycznie na zewnątrz katody (1), przy czym separator (4) stanowią korzystnie podłużne przesłony (5) rozmieszczone radialnie i równomiernie na obwodzie w odległości (ą) od zewnętrznej powierzchni katody (1), które są osadzone odpowiednio w jednym lub dwóch pierścieniach stabilizujących (6) przymocowanych do katody albo do przeciwległych ścian komory próżniowej albo w dowolnej kombinacji do katody i ściany komory próżniowej za pomocą izolacyjnych elementów mocujących (7).

2. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że kąt (α) zawarty pomiędzy sąsiednimi przesłonami (5) separatora fazy kropelkowej (4) oraz ich odległość (a) od powierzchni katody (1), a także ich szerokość (b) są zależne od rodzaju parowanego materiału katody (1) oraz parametrów prowadzonego procesu technologicznego.

3. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że przesłony (5) separatora fazy kropelkowej (4) oraz pierścienie stabilizujące (6) wykonane są z materiału przewodzącego prąd elektryczny.