RU2074903C1 - Apparatus for ionic-plasma treatment of pieces - Google Patents
Apparatus for ionic-plasma treatment of pieces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2074903C1 RU2074903C1 RU93047202A RU93047202A RU2074903C1 RU 2074903 C1 RU2074903 C1 RU 2074903C1 RU 93047202 A RU93047202 A RU 93047202A RU 93047202 A RU93047202 A RU 93047202A RU 2074903 C1 RU2074903 C1 RU 2074903C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- cylindrical electrode
- voltage
- electrode
- source
- Prior art date
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ионно-плазменной технике и может быть использовано для вакуумного нанесения покрытий на изделия из различных материалов, в том числе на длинномерные изделия. The invention relates to ion-plasma technology and can be used for vacuum coating of products from various materials, including long products.
При вакуумном нанесении покрытий качество последних существенно возрастает, если непосредственно перед нанесением поверхность изделия обрабатывается потоком ускоренных ионов
Известно устройство для ионно-плазменной обработки изделий, содержащее спиральный накальный катод и расположенный соосно с ним цилиндрический анод, расположенный внутри спирали катода. Такое расположение анода и катода позволяет увеличить плотность ионов в разряде.In vacuum coating, the quality of the latter increases significantly if, immediately before application, the surface of the product is treated with a stream of accelerated ions
A device for ion-plasma processing of products is known, containing a spiral filament cathode and a cylindrical anode located coaxially with it, located inside the cathode helix. This arrangement of the anode and cathode allows to increase the density of ions in the discharge.
Указанное устройство может быть использовано для обработки поверхности изделия потоком ускоренных ионов, но не обеспечивает нанесение покрытий на изделие. The specified device can be used to process the surface of the product with a stream of accelerated ions, but does not provide coating on the product.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для ионно-плазменной обработки изделий, содержащее два водоохлаждаемых электрода, один из которых выполнен цилиндрической формы и выведен одним концов через изолированный ввод из вакуумной камеры, гасящее устройство, расположенное вокруг цилиндрического электрода со стороны изолированного ввода, поджигающее устройство, расположенное у противоположного конца цилиндрического электрода, и источник питания вакуумной дуги [2]
Цилиндрический электрод является катодом, а корпус вакуумной камеры анодом. Поджигающее устройство соединено с анодом через стабилитрон.The closest technical solution to the proposed one is a device for ion-plasma processing of products, containing two water-cooled electrodes, one of which is cylindrical in shape and output at one end through an insulated inlet from a vacuum chamber, an extinguishing device located around the cylindrical electrode from the side of the insulated inlet, igniting Device located at the opposite end of the cylindrical electrode and vacuum arc power supply [2]
The cylindrical electrode is the cathode, and the casing of the vacuum chamber is the anode. The firing device is connected to the anode through a zener diode.
Указанное устройство позволяет получать покрытия в вакууме, в том числе на длинномерные изделия, однако оно не обеспечивает перед нанесением покрытия необходимой, в особенности для диэлектриков, обработки поверхности изделия ускоренными ионами. В результате из-за низкой адгезии ухудшается качество покрытия. Использование для этой цели автономного источника ускоренных ионов требует дополнительных затрат на реконструкцию вакуумной камеры и увеличение ее габаритов. The specified device allows to obtain coatings in a vacuum, including on long products, however, it does not provide the necessary surface treatment, especially for dielectrics, by accelerated ions before coating. As a result, due to low adhesion, the quality of the coating is deteriorated. The use for this purpose of an autonomous source of accelerated ions requires additional costs for the reconstruction of the vacuum chamber and increase its size.
Задачей изобретения является создание устройства для ионно-плазменной обработки изделий, в т. ч. для длинномерных, которое при оптимальном использовании рабочего пространства камеры обеспечивает перед нанесением покрытия на изделия из различных материалов обработку их поверхности ускоренными ионами, что позволяет улучшить качество нанесенных покрытий. The objective of the invention is to provide a device for ion-plasma processing of products, including for long ones, which, when optimized use of the camera’s working space, provides surface treatment with accelerated ions before coating various products from various materials, which improves the quality of the applied coatings.
Поставленная задача решается следующим образом. Устройство для ионно-плазменной обработки изделий, содержащее два водоохлаждаемых электрода, один из которых выполнен цилиндрической формы и выведен одним концом через изолированный ввод из вакуумной камеры, гасящее устройство, расположенное вокруг цилиндрического электрода со стороны изолированного ввода, поджигающее устройство, расположенное у противоположного конца цилиндрического электрода, и источник питания вакуумной дуги, снабжено высоковольтным и низковольтным источникам питания, переключателем и системой напуска, второй электрод выполнен в виде спирали, окружающей цилиндрический электрод и соосной с ним, и подключен концом, расположенным со стороны гасящего устройства, к положительному полюсу источника питания вакуумной дуги и к отрицательному полюсу высоковольтного источника питания, а обоими концами к низковольтному источнику питания, цилиндрический электрод подключен через переключатель к отрицательному полюсу источника питания вакуумной дуги и к положительному полюсу высоковольтного источника питания, отрицательный полюс высоковольтного источника питания через резистор заземлен. The problem is solved as follows. A device for ion-plasma treatment of products containing two water-cooled electrodes, one of which is cylindrical in shape and withdrawn at one end through an insulated input from a vacuum chamber, an extinguishing device located around the cylindrical electrode from the side of the insulated input, an ignition device located at the opposite end of the cylindrical the electrode, and the vacuum arc power supply, is equipped with high-voltage and low-voltage power sources, a switch and an inlet system, the second the electrode is made in the form of a spiral surrounding the cylindrical electrode and coaxial with it, and is connected by the end located on the side of the quenching device to the positive pole of the vacuum arc power source and to the negative pole of the high voltage power source, and with both ends to the low voltage power source, the cylindrical electrode is connected through the switch to the negative pole of the vacuum arc power source and to the positive pole of the high voltage power source, the negative pole of the high voltage source The power supply through the resistor is grounded.
Предлагаемая конструкция электродов, их пространственное расположение и схема их подключения к источникам питания позволяют создать условия для возникновения в пространстве между электродами скрещенных электрического и магнитного полей. При определенных величинах электрического и магнитного полей, регулируемых источниками питания, и давлении в вакуумной камере, регулируемом системой газонапуска, создаются условия для возникновения электрического разряда в скрещенном электрическом и магнитном полях. При этом устройство работает как Холловский плазменный ускоритель источник ускоренных ионов. Поток ионов, ускоряющихся силами ампера, испускается из межэлектродного пространства в радиальном направлении от цилиндрического электрода. Кроме того, эта же совокупность существенных признаков создают в устройстве условия для инициирования на цилиндрическом электроде вакуумной дуги, при этом устройство работает как вакуумный электродуговой испаритель. Поток вещества, генерируемый катодными пятнами вакуумной дуги, распространяется также в радиальном направлении от цилиндрического электрода и наносится на поверхность изделия. The proposed design of the electrodes, their spatial location and the scheme of their connection to power sources make it possible to create conditions for the appearance of crossed electric and magnetic fields in the space between the electrodes. At certain values of the electric and magnetic fields regulated by the power sources and the pressure in the vacuum chamber regulated by the gas inlet system, conditions are created for the occurrence of an electric discharge in crossed electric and magnetic fields. In this case, the device operates as a Hall plasma accelerator, a source of accelerated ions. The flow of ions accelerated by amperes is emitted from the interelectrode space in the radial direction from the cylindrical electrode. In addition, the same set of essential features creates conditions in the device for initiating a vacuum arc on a cylindrical electrode, while the device operates as a vacuum electric arc evaporator. The substance flow generated by the cathode spots of the vacuum arc also propagates radially from the cylindrical electrode and is applied to the surface of the product.
Таким образом, в предлагаемом устройстве реализуется возможность обрабатывать изделия из различных материалов ускоренными ионами и наносить на них покрытия, при этом ввиду использования для этих целей единого устройства оптимально используется рабочее пространство камеры, что и соответствует поставленной задачей. Thus, in the proposed device, it is possible to process articles of various materials with accelerated ions and coat them, while due to the use of a single device for these purposes, the camera’s working space is optimally used, which corresponds to the task.
Кроме того, при использовании предлагаемого устройства расширяется ассортимент покрытий. In addition, when using the proposed device expands the range of coatings.
На чертеже представлена схема устройства для ионно-плазменной обработки изделий. The drawing shows a diagram of a device for ion-plasma processing of products.
Внутри вакуумной камеры 1 размещены два водоохлаждаемых электрода 2, 3, гасящее 4 и поджигающее 5 устройства. Электрод 2 имеет цилиндрическую форму и выведен одним концом 6 через изолированный ввод 7 из вакуумной камеры 1. Электрод 3 выполнен в виде спирали, окружающей цилиндрический электрод 2 и соосной с ним, концы его 8, 9 через изолированные вводы 10, 11 выведены из вакуумной камеры 1. Гасящее устройство 4 расположено вокруг цилиндрического электрода 2 вблизи конца 6, поджигающее устройство 5 расположено у противоположного конца 12 цилиндрического электрода 2. Камера 1 снабжена системой газонапуска 13. Вне вакуумной камеры расположены источник 14 питания вакуумной дуги, высоковольтный 15 и низковольтный 16 источники питания и переключатель 17 источников питания 14 и 15. Электрод 3, выполненный в виде спирали, подключен концом 8, расположенным со стороны гасящего устройства 4, к положительному полюсу источника 14 питания вакуумной дуги и к отрицательному полюсу высоковольтного 15 источника питания, а обоими концами 8, 9 подключен к низковольтному 16 источнику питания. Цилиндрический электрод 2 подключен к входу 18 переключателя 17, один выход 19 которого подключен к отрицательному полюсу источника 14 питания вакуумной дуги, а другой 20 подключен к положительному полюсу высоковольтного 15 источника питания. Отрицательный полюс высоковольтного 15 источника питания через резистор 21 заземлен. В камере 1 размещены изделия 22 для нанесения покрытий. Inside the vacuum chamber 1 there are two water-cooled electrodes 2, 3, extinguishing 4 and igniting 5 devices. The electrode 2 has a cylindrical shape and is led out by one end 6 through an insulated input 7 from the vacuum chamber 1. The electrode 3 is made in the form of a spiral surrounding a cylindrical electrode 2 and coaxial with it, its ends 8, 9 through the isolated inputs 10, 11 are removed from the vacuum chamber 1. The extinguishing device 4 is located around the cylindrical electrode 2 near the end 6, the ignition device 5 is located at the opposite end 12 of the cylindrical electrode 2. The chamber 1 is equipped with a gas inlet system 13. A power source 14 is located outside the vacuum chamber. of an arc arc, high-voltage 15 and low-voltage 16 power sources and a switch 17 of power sources 14 and 15. The electrode 3, made in the form of a spiral, is connected by the end 8, located on the side of the extinction device 4, to the positive pole of the vacuum arc power source 14 and to the negative pole a high voltage 15 power supply, and at both ends 8, 9 is connected to a low voltage 16 power supply. A cylindrical electrode 2 is connected to the input 18 of the switch 17, one output 19 of which is connected to the negative pole of the vacuum arc power source 14, and the other 20 is connected to the positive pole of the high voltage 15 power source. The negative pole of the high voltage 15 power supply through the resistor 21 is grounded. In the chamber 1 placed products 22 for coating.
В качестве системы газонапуска используется известная система СНА-2 с пьезоэлектрическими исполнительными элементами. As the gas inlet system, the well-known SNA-2 system with piezoelectric actuators is used.
Устройство для ионно-плазменной обработки работает следующим образом. После достижения в вакуумной камере 1 необходимого разрежения не хуже 10-2 Па включается система газонапуска 13, и в камеру 1 подается аргон до установления давления ≈10-1 Па. Переключатель 17 устанавливается в положение вход 18, выход 20, при котором цилиндрический электрод 2, изолированный от вакуумной камеры вводом 7, соединяется с положительным полюсом высоковольтного 15 источника питания. Включается низковольтный 16 источник питания, подключенный через изолированные вводы 10, 11 к концам 8, 9 спирального электрода 3, и через спиральный электрод 3 пропускается ток от 300 до 1000 А, который создает магнитное поле, направленное в осевом направлении.A device for ion-plasma processing works as follows. After reaching the necessary vacuum in the vacuum chamber 1, no worse than 10 -2 Pa, the gas inlet system 13 is turned on, and argon is introduced into the chamber 1 until a pressure of ≈10 -1 Pa is established. The switch 17 is installed in the position of the input 18, output 20, in which the cylindrical electrode 2, isolated from the vacuum chamber by the input 7, is connected to the positive pole of the high-voltage 15 power source. A low-voltage 16 power source is turned on, connected through isolated inputs 10, 11 to the ends 8, 9 of the spiral electrode 3, and a current from 300 to 1000 A is transmitted through the spiral electrode 3, which creates a magnetic field directed in the axial direction.
Включается высоковольтный 15 источник питания, при этом в пространстве между электродами 2 и 3 возникает разряд в скрещенном электрическом, направленном радиально, и магнитном, направленном в осевом направлении, полями, которые создают условия для Холловского плазменного ускорения ионов Ar в радиальном направлении от цилиндрического электрода 2. Ускоренные ионы бомбардируют изделия 22, очищают их и активируют их поверхность. Заряд, перенесенный ионами на изделия и стенки камеры через резистор 21, стекает в высоковольтный источник 15 питания. После необходимой степени обработки изделия 22 высоковольтный 15 и низковольтный 16 источники питания выключаются, прекращается подача Ar, и переключатель 17 устанавливается в положение вход 18, выход 19, при котором цилиндрический электрод 2 соединяется с отрицательным полюсом источника 14 питания вакуумной дуги. При необходимости нанесения покрытий из соединений через систему газонапуска 13 в камеру 1 подается активный газ. Включается источник 14 питания вакуумной дуги, при этом поджигающее устройство 5 инициирует на конце 12 цилиндрического электрода 2 вакуумную дугу. Катодные пятна под действием электрических и магнитных сил движутся по винтовым траекториям от конца 12 электрода 2 к концу 6, где гасятся гасящим устройством 4. При погасании вакуумной дуги поджигающее устройство 5 вновь инициирует ее. Генерируемый катодными пятнами поток вещества распространяется по всей длине электрода 2 в радиальном направлении и создает покрытия на изделиях 22, расположенных по периферии камеры 1. Распределение потока вещества, генерируемого вакуумной дугой, полностью совпадает с пространственным распределением потока ионов Ar, когда устройство функционировало в качестве ионного источника. A high-voltage power source 15 is turned on, while a discharge arises in the space between electrodes 2 and 3 in the crossed axially directed electric and magnetic axially directed fields, which create conditions for the Hall plasma acceleration of Ar ions in the radial direction from cylindrical electrode 2 Accelerated ions bombard articles 22, clean them and activate their surface. The charge transferred by ions to the products and the walls of the chamber through the resistor 21, flows into the high-voltage power source 15. After the necessary degree of processing of the product 22, the high-voltage 15 and low-voltage 16 power sources are turned off, the supply of Ar is stopped, and the switch 17 is set to the input 18, output 19, in which the cylindrical electrode 2 is connected to the negative pole of the vacuum arc power source 14. If it is necessary to coat the compounds through the gas inlet system 13, active gas is supplied to the chamber 1. The vacuum arc power supply 14 is turned on, while the ignition device 5 initiates a vacuum arc at the end 12 of the cylindrical electrode 2. Under the influence of electric and magnetic forces, cathode spots move along helical paths from the end 12 of electrode 2 to the end 6, where they are extinguished by the extinguishing device 4. When the vacuum arc is extinguished, the ignition device 5 again initiates it. The material flow generated by the cathode spots spreads along the entire length of the electrode 2 in the radial direction and creates coatings on the articles 22 located around the periphery of the chamber 1. The distribution of the material flow generated by the vacuum arc completely coincides with the spatial distribution of the Ar ion stream when the device functioned as an ion source.
На предлагаемом устройстве были получены покрытия из Ti и TiN на стеклянных изделиях длиной до 2 м. Покрытия обладают высокой адгезией и однородностью. При нанесении на эти изделия покрытий без ионной обработки адгезия Ti существенно ниже, а покрытия из TiN отслаивались и разрушались. On the proposed device, coatings of Ti and TiN were obtained on glass products up to 2 m long. Coatings have high adhesion and uniformity. When coating on these products without ionic treatment, the adhesion of Ti is much lower, and the coatings of TiN peeled off and collapsed.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93047202A RU2074903C1 (en) | 1993-10-11 | 1993-10-11 | Apparatus for ionic-plasma treatment of pieces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93047202A RU2074903C1 (en) | 1993-10-11 | 1993-10-11 | Apparatus for ionic-plasma treatment of pieces |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93047202A RU93047202A (en) | 1996-07-20 |
| RU2074903C1 true RU2074903C1 (en) | 1997-03-10 |
Family
ID=20148077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93047202A RU2074903C1 (en) | 1993-10-11 | 1993-10-11 | Apparatus for ionic-plasma treatment of pieces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2074903C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3393215A1 (en) | 2017-04-20 | 2018-10-24 | Andrey Senokosov | Arc plasmatron surface treatment |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194223U1 (en) * | 2019-08-05 | 2019-12-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Thin film coating device |
-
1993
- 1993-10-11 RU RU93047202A patent/RU2074903C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 355253, кл. С 23 С 14/32, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР N 901358, кл. С 23 С 14/32, 1982. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3393215A1 (en) | 2017-04-20 | 2018-10-24 | Andrey Senokosov | Arc plasmatron surface treatment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4452686A (en) | Arc plasma generator and a plasma arc apparatus for treating the surfaces of work-pieces, incorporating the same arc plasma generator | |
| CA1170315A (en) | Vacuum-arc plasma apparatus for producing coatings | |
| TW366677B (en) | Plasma generating apparatus and ion source using the same | |
| SE450539B (en) | PLASMA PACKAGING FOR PLANNING TRANSFERS | |
| AU2012371647B2 (en) | Extended cascade plasma gun | |
| WO1982002906A1 (en) | Consumable cathode for electric-arc evaporator of metal | |
| EP0885981A3 (en) | Process and apparatus for treating substrates by means of ions produced by low voltage arc discharge | |
| KR101308884B1 (en) | Method and beam generator for creating a focused plasma beam | |
| GB2117610A (en) | An arc plasma generator and a plasma arc apparatus for treating the surfaces of work-pieces, incorporating the same arc plasma generator | |
| RU2074903C1 (en) | Apparatus for ionic-plasma treatment of pieces | |
| RU2270491C2 (en) | High-frequency neutron source such as neutralizer | |
| KR100270646B1 (en) | Plasma generating apparatus | |
| RU2094896C1 (en) | Fast neutral molecule source | |
| US2909695A (en) | Coaxial magnetohydrodynamics switch device | |
| RU165688U1 (en) | GAS DISCHARGE PLASMA GENERATOR WITH LOW PRESSURE OF IGNITION DISCHARGE | |
| RU2783979C1 (en) | Electric arc plasma torch for machining surfaces of parts | |
| RU2116707C1 (en) | Device for generation of low-temperature gas- discharge plasma | |
| RU2207399C2 (en) | Vacuum electric arc device | |
| RU2098512C1 (en) | Vacuum-arc plasma source | |
| RU2037559C1 (en) | Method and apparatus to deposit coatings on pieces by ionic dispersion method | |
| RU2039845C1 (en) | Inner surface vacuum treatment method | |
| RU195652U1 (en) | METAL SPRAYING DEVICE IN VACUUM | |
| RU2096520C1 (en) | Electric-arc evaporator | |
| RU2371803C1 (en) | Plasma ion source | |
| SU1102408A1 (en) | Ion-getter pump |