RU131552U1 - DEVICE FOR CARBON PLASMA GENERATION - Google Patents
DEVICE FOR CARBON PLASMA GENERATION Download PDFInfo
- Publication number
- RU131552U1 RU131552U1 RU2012148291/07U RU2012148291U RU131552U1 RU 131552 U1 RU131552 U1 RU 131552U1 RU 2012148291/07 U RU2012148291/07 U RU 2012148291/07U RU 2012148291 U RU2012148291 U RU 2012148291U RU 131552 U1 RU131552 U1 RU 131552U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- voltage
- anode
- plasma
- carbon
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Устройство для генерации углеродной плазмы, содержащее вакуумную камеру, в корпусе которой размещена диодная система в виде катода и анода, имеющих общую геометрическую ось, электрически связанные с источником напряжения с накопительной электрической емкостью, отличающееся тем, что катод и анод изготовлены в виде стержней из наноструктурного углеродного волокна длиной 10-10м и диаметром 10-10м, с расстоянием между обращенными друг к другу рабочими торцевыми поверхностями 10-10м, а источником напряжения является генератор импульсов высокого напряжения, в котором помимо накопительной емкости имеется формирователь высоковольтных импульсов, выполненный в виде высоковольтного газоразрядного коммутатора с регулируемым межэлектродным зазором.A device for generating a carbon plasma containing a vacuum chamber, in the housing of which there is a diode system in the form of a cathode and anode having a common geometric axis, electrically connected to a voltage source with an electric storage capacitance, characterized in that the cathode and anode are made in the form of nanostructured rods carbon fiber with a length of 10-10 m and a diameter of 10-10 m, with a distance between working end surfaces facing each other of 10-10 m, and the voltage source is a high-frequency pulse generator voltage, in which, in addition to the storage capacity, there is a shaper of high-voltage pulses made in the form of a high-voltage gas-discharge switch with an adjustable interelectrode gap.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к области приборов, используемых для создания плазмы в технологических циклах промышленного производства (тонкопленочные электронные технологии), научных исследованиях.The proposed utility model relates to the field of devices used to create plasma in technological cycles of industrial production (thin-film electronic technologies), scientific research.
Известен импульсный источник углеродной плазмы (Д.Ф.Алферов, Н.И.Коробова, И.О.Сибиряк. Развитие импульсного сильноточного разряда в вакууме // Физика плазмы. - 1993. Т.19, №3. С.399-410). Источник состоит из поджигающего электрода и вакуумной диодной системы, состоящей из катода и анода, на которую подается рабочее напряжение от источника напряжения. При подаче импульса высоковольтного напряжения между поджигающим электродом и катодом, за счет возникновения разряда в промежутке поджигающий электрод-катод, в диодной системе катод-анод происходит инициирование основного разряда, в процессе которого у рабочей поверхности углеродного катода формируется углеродная плазма.Known pulsed source of carbon plasma (D.F. Alferov, N.I. Korobova, I.O. Sibiryak. Development of a pulsed high-current discharge in vacuum // Plasma Physics. - 1993. V.19, No. 3. S.399-410 ) The source consists of a firing electrode and a vacuum diode system consisting of a cathode and anode, to which the operating voltage from the voltage source is supplied. When a high-voltage voltage pulse is applied between the ignition electrode and the cathode, due to a discharge in the gap between the ignition electrode and the cathode, the main discharge is initiated in the cathode-anode diode system, during which carbon plasma is formed at the working surface of the carbon cathode.
В данном устройстве для инициирования дугового разряда использован поджигающий электрод, действие которого основано на формировании искрового разряда вблизи рабочей поверхности катода. Ресурс такого поджигающего узла крайне ограничен. Это связано с интенсивной эрозией электродов и быстрым запылением поджигающего электрода материалом эродирующего катода. Кроме того, устройство не обладает достаточной степенью воспроизводимости параметров плазмы и точностью управления генерацией плазмы.In this device, an ignition electrode is used to initiate an arc discharge, the action of which is based on the formation of a spark discharge near the working surface of the cathode. The resource of such an incendiary node is extremely limited. This is due to the intense erosion of the electrodes and the rapid dusting of the firing electrode with the material of the eroding cathode. In addition, the device does not have a sufficient degree of reproducibility of the plasma parameters and the accuracy of controlling the generation of plasma.
Известен импульсный генератор плазмы (см. патент на изобретение РФ, №2153782, М.кл. H05H 1/24, опубл. 27.07.2000 г.). Источник содержит расположенные в корпусе вакуумной камеры расходуемый графитовый катод и анод, имеющие общую геометрическую ось, электрически связанные с источником напряжения с емкостным накопителем. Расходуемый графитовый катод в плоскости, обращенной к обрабатываемому изделию, имеет наибольший размер, приблизительно равный наибольшему размеру обрабатываемой поверхности изделия, на которую наносится покрытие. При этом средство поджига дуги содержит размещенные по периметру расходуемого графитового катода и в непосредственной близости от него по меньшей мере два узла поджига, продольная ось каждого из которых направлена на соответствующую область рабочей поверхности расходуемого графитового катода для инициирования дугового разряда. Импульсный источник углеродной плазмы содержит дополнительный электрод, первый конденсатор, второй конденсатор, регулируемую катушку индуктивности для обеспечения электрической связи расходуемого графитового катода с емкостным накопителем.Known pulsed plasma generator (see patent for the invention of the Russian Federation, No. 2153782, M.cl.
Данное устройство выбрано за прототип.This device is selected for the prototype.
Существенное ограничение в использовании данного устройства связано с тем, что оно не обладает достаточной степенью воспроизводимости параметров плазмы и точностью управления генерацией плазмы, в первую очередь, управлением ее объемными параметрами. Кроме того, в процессе эксплуатации режим генерации и чистоты плазмы в существенной степени зависит от узла поджига, в состав которого входит поджигающий металлический электрод. Интенсивная эрозия поджигающего электрода в процессе разряда приводит к нестабильности генерации плазмы.A significant limitation in the use of this device is due to the fact that it does not have a sufficient degree of reproducibility of the plasma parameters and the accuracy of controlling the generation of plasma, primarily the control of its volumetric parameters. In addition, during operation, the regime of generation and purity of the plasma substantially depends on the ignition unit, which includes the igniting metal electrode. Intensive erosion of the ignition electrode during the discharge leads to instability of plasma generation.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение импульсной генерации чистой углеродной плазмы с линейным размером единичного плазменного сгустка 1-7 мм, с возможностью прецизионного регулирования и повышения воспроизводимости параметров плазмы.The technical result of the utility model is to provide pulsed generation of pure carbon plasma with a linear size of a single plasma bunch of 1-7 mm, with the possibility of precision control and increase the reproducibility of plasma parameters.
Достижение технического результата обеспечивается устройством для генерации углеродной плазмы, содержащим вакуумную камеру, в корпусе которой размещена диодная система в виде катода и анода, имеющих общую геометрическую ось, электрически связанные с источником напряжения с накопительной электрической емкостью, отличающееся тем, что катод и анод изготовлены в виде стержней из наноструктурного углеродного волокна длиной 10-3-10-2 м и диаметром 10-5-10-3 м, с расстоянием между обращенными друг к другу рабочими торцевыми поверхностями 10-3-10-2 м, а источником напряжения является генератор импульсов высокого напряжения, в котором помимо накопительной емкости имеется формирователь высоковольтных импульсов, выполненный в виде высоковольтного газоразрядного коммутатора с регулируемым межэлектродным зазором.The achievement of the technical result is ensured by a device for generating carbon plasma containing a vacuum chamber, in the housing of which there is a diode system in the form of a cathode and anode having a common geometric axis, electrically connected to a voltage source with a storage electric capacity, characterized in that the cathode and anode are made in in the form of rods of nanostructured carbon fiber with a length of 10 -3 -10 -2 m and a diameter of 10 -5 -10 -3 m, with a distance between the working end surfaces facing each other of 10 -3 -10 -2 m, and the voltage source is a high voltage pulse generator, in which, in addition to the storage capacity, there is a high-voltage pulse shaper made in the form of a high-voltage gas-discharge switch with an adjustable interelectrode gap.
Рассмотрим, каким образом указанные отличия обеспечивают достижение технического результата.Consider how these differences ensure the achievement of a technical result.
Использование в диодной системе катода и анода в виде стержней из наноструктурного углеродного волокна с указанными выше размерами обеспечивает, при подаче на диодную систему катод-анод высоковольтного импульса напряжения амплитудой 103-104 В и длительностью 10-7-10-6 инициирование искрового, либо дугового вакуумного разряда, приводящего к образованию прикатодной углеродной плазмы с указанными выше параметрами и протеканием электронного тока на анод и ионного тока на катод. Амплитуда тока электронного пучка составляет 1-103 А. При этом анод находится под потенциалом земли, на катод подается отрицательный потенциал. Режим генерации плазмы задается, прежде всего, амплитудой и длительностью приложенного импульса напряжения, а так же величиной электронного тока в случае искрового разряда и совместного протекания ионного и электронного токов в режиме дугового разряда. Чистота состава углеродной плазмы обеспечивается тем, что оба рабочих электрода устройства - катод и анод изготовлены из углеродного волокна. Режим формирования углеродной плазмы с указанными выше параметрами обеспечивается в случае, когда катод и анод имеют длину 10-3-10-2 м, диаметр 10-5-10-3 м и расстояние между рабочими торцевыми поверхностями 10-3-10-2 м.The use of a cathode and anode in the form of rods of nanostructured carbon fiber in the diode system with the dimensions indicated above ensures, when a high voltage pulse with an amplitude of 10 3 -10 4 V and a duration of 10 -7 -10 -6 is applied to the cathode-anode, the spark or an arc vacuum discharge, leading to the formation of a near-cathode carbon plasma with the above parameters and the flow of electron current to the anode and ion current to the cathode. The amplitude of the electron beam current is 1-10 3 A. In this case, the anode is under the ground potential, a negative potential is applied to the cathode. The plasma generation mode is determined primarily by the amplitude and duration of the applied voltage pulse, as well as by the magnitude of the electron current in the case of a spark discharge and the combined flow of ion and electron currents in the arc discharge mode. The purity of the carbon plasma composition is ensured by the fact that both working electrodes of the device — the cathode and anode — are made of carbon fiber. The mode of formation of carbon plasma with the above parameters is provided in the case when the cathode and anode have a length of 10 -3 -10 -2 m, a diameter of 10 -5 -10 -3 m and the distance between the working end surfaces of 10 -3 -10 -2 m .
На чертеже представлена рабочая схема устройства, состоящего из вакуумной камеры 1, имеющей два электроизолированных от камеры проводящих ввода 2, 3 и систему 4 вакуумной откачки до давления 10-4-10-8 Торр. В вакуумной камере 1 размещена вакуумная диодная система, состоящая из соосных катода 5 и анода 6, созданных из наноструктурных углеродных волокон и подключенных к проводящим вводам 2 и 3.The drawing shows a working diagram of a device consisting of a
На диодную систему катод 5 - анод 6 подается высоковольтный импульс напряжения амплитудой 10-3-10-4 В и длительностью 10-7-10-6 c от генератора 7.A high voltage voltage pulse with an amplitude of 10 -3 -10 -4 V and a duration of 10 -7 -10 -6 s from the
Анод 6 заземлен, на катоде 5 отрицательный по отношению к земле потенциал. В результате приложения импульса напряжения с указанными выше параметрам в диоде происходит импульсный вакуумный разряд с образованием у поверхности катода 5 плотной плазмы 8.The
Прецизионное регулирование амплитуды и длительности импульса напряжения, совместно с выбранными геометрическими параметрами катода, анода и величины зазора катод-анод, позволяет с высокой точностью управлять процессом генерации углеродной плазмы.Precise regulation of the amplitude and duration of the voltage pulse, together with the selected geometrical parameters of the cathode, anode, and cathode-anode gap, allows the carbon plasma generation process to be controlled with high accuracy.
По конструкции предлагаемого устройства разработан и изготовлен действующий макет. Основные рабочие элементы устройства - катод и анод изготавливались из полиакрилонитрильного углеродного волокна различной длины и диаметра в указных выше пределах. В импульсном генераторе напряжения с накопительной электрической емкостью использовался газоразрядный коммутатор (Шустов М.А, Протасевич Е.Т. Теория и практика газоразрядной фотографии. Томск. Изд. ТПУ. 2001. 252 с.) Испытания макета показали работоспособность предлагаемой полезной модели в пределах рабочих параметров, указанных в описании, с возможностью прецизионного регулирования интенсивности генерации и чистоты формирования углеродной плазмы, что подтверждает соответствие предлагаемой полезной модели критерию "промышленная применимость".According to the design of the proposed device, a working model was developed and manufactured. The main working elements of the device — the cathode and anode — were made of polyacrylonitrile carbon fiber of various lengths and diameters within the ranges indicated above. In a pulsed voltage generator with an electric storage capacitance, a gas-discharge switch was used (Shustov M.A., Protasevich E.T. Theory and practice of gas-discharge photography. Tomsk. Publishing House TPU. 2001. 252 pp.) Testing the layout showed the operability of the proposed utility model within working parameters specified in the description, with the possibility of precision control of the intensity of generation and purity of the formation of carbon plasma, which confirms the compliance of the proposed utility model with the criterion "industrial applicability the bridge. "
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012148291/07U RU131552U1 (en) | 2012-11-13 | 2012-11-13 | DEVICE FOR CARBON PLASMA GENERATION |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012148291/07U RU131552U1 (en) | 2012-11-13 | 2012-11-13 | DEVICE FOR CARBON PLASMA GENERATION |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU131552U1 true RU131552U1 (en) | 2013-08-20 |
Family
ID=49163315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012148291/07U RU131552U1 (en) | 2012-11-13 | 2012-11-13 | DEVICE FOR CARBON PLASMA GENERATION |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU131552U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112503569A (en) * | 2020-12-16 | 2021-03-16 | 深圳市鑫洋新能源科技有限公司 | Carbon fiber arc ignition structure based on point discharge principle |
-
2012
- 2012-11-13 RU RU2012148291/07U patent/RU131552U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112503569A (en) * | 2020-12-16 | 2021-03-16 | 深圳市鑫洋新能源科技有限公司 | Carbon fiber arc ignition structure based on point discharge principle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU134697U1 (en) | HIGH-FREQUENCY RADIATION GENERATOR BASED ON A Hollow Cathode Discharge | |
| Saifutdinov et al. | Dynamics contraction of DC glow discharge in argon | |
| JP2012521627A (en) | Plasma generator for directing electron flow to target | |
| RU131552U1 (en) | DEVICE FOR CARBON PLASMA GENERATION | |
| RU107657U1 (en) | FORVACUMUM PLASMA ELECTRONIC SOURCE | |
| RU121813U1 (en) | DEVICE FOR MODIFICATION OF SOLID SURFACE | |
| RU2624000C2 (en) | Generator of high-frequency emission based on discharge with hollow cathode | |
| Kovalchuk et al. | Stability of triggering of the switch with sharply non-uniform electric field at the electrode with negative potential | |
| RU165688U1 (en) | GAS DISCHARGE PLASMA GENERATOR WITH LOW PRESSURE OF IGNITION DISCHARGE | |
| RU134728U1 (en) | FORWARE SOURCE OF PULSE ELECTRON BEAM | |
| Zhao et al. | Experimental research on electrical breakdown strength of long-gap vacuum-insulated coaxial line under microsecond pulses | |
| CN106851955A (en) | A kind of device and method of generation large volume homogenous atmospheric-pressure discharge | |
| Chen et al. | Triggering breakdown voltage of a high-current, two-electrode graphite gas switch assisted by ultraviolet pre-ionization | |
| RU2011128767A (en) | METHOD FOR PRODUCING NANOPOWDERS FROM VARIOUS ELECTRIC CONDUCTING MATERIALS | |
| Dandaron et al. | Experimental study of a negative corona in atmospheric-pressure argon | |
| RU2711344C1 (en) | Device for plasma source of non-self-sustained gas discharge with hollow cathode effect | |
| RU2019124162A (en) | ELECTRIC ARC PLASMA TORCH | |
| RU121399U1 (en) | DISCHARGE DEVICE | |
| RU2297117C1 (en) | Device for producing impulse roentgen and neutron radiation | |
| RU158216U1 (en) | SOURCE OF FAST NEUTRAL PARTICLES | |
| RU196889U1 (en) | CONTROLLED DISCHARGE | |
| RU171229U1 (en) | VACUUM DISCHARGE | |
| RU2454046C1 (en) | Plasma electron emitter | |
| RU138351U1 (en) | SOURCE OF IONS | |
| RU116686U1 (en) | CATHODE ASSEMBLY OF A PULSE ARC PLASMA GENERATOR |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20181114 |