RU2516502C1 - Vacuum-arc generator with louver system of plasma filtration from particles - Google Patents
Vacuum-arc generator with louver system of plasma filtration from particles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2516502C1 RU2516502C1 RU2012148229/07A RU2012148229A RU2516502C1 RU 2516502 C1 RU2516502 C1 RU 2516502C1 RU 2012148229/07 A RU2012148229/07 A RU 2012148229/07A RU 2012148229 A RU2012148229 A RU 2012148229A RU 2516502 C1 RU2516502 C1 RU 2516502C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- electrodes
- anode
- conical
- louver system
- Prior art date
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к плазменным технологиям нанесения пленочных покрытий и предназначено для очистки плазменного потока дуговых ускорителей от микрокапельной фракции.The invention relates to plasma technologies for applying film coatings and is intended to clean the plasma stream of arc accelerators from the microdrop fraction.
Формирование плазмы вакуумным дуговым разрядом или дуговым разрядом при пониженном давлении различных газов сопровождается появлением микрокапельной фракции и нейтральной атомарной и молекулярной компоненты продуктов эрозии материала катода. Процентное содержание микрокапельной фракции, размеры микрочастиц зависят от материала катода и тока дуги генератора-испарителя и могут изменяться от нескольких процентов для тугоплавких катодов из вольфрама и молибдена, в частности до более чем 50% для легкоплавких материалов, таких как алюминий, цинк и т.п. Наличие микрокапельной фракции в плазменном потоке резко снижает качество осаждаемых покрытий, особенно тонких, толщиной, сравнимой с размерами микрокапель.The formation of plasma by a vacuum arc discharge or an arc discharge under reduced pressure of various gases is accompanied by the appearance of a microdrop fraction and a neutral atomic and molecular component of the erosion products of the cathode material. The percentage of the droplet fraction, the size of the microparticles depend on the cathode material and the arc current of the evaporator generator and can vary from a few percent for refractory cathodes made of tungsten and molybdenum, in particular up to more than 50% for low-melting materials such as aluminum, zinc, etc. P. The presence of a microdrop fraction in the plasma stream sharply reduces the quality of the deposited coatings, especially thin ones, with a thickness comparable to the size of microdrops.
Известно устройство для формирования плазмы и ее очистки от микрокапельной и нейтральной фракции [RU 2107968, опубл. 27.03.1998 г.], содержащее охлаждаемый катод в виде усеченного конуса, поджигающий электрод, установленный на конической поверхности катода, коаксиально с катодом установленный цилиндрический охлаждаемый анод, источник питания вакуумной дуги, включенный между катодом и анодом, источник питания поджигающего электрода, подключенный отрицательным выходом к катоду, жалюзийную систему аксиально-симметричных коаксиальных, имеющих коническую форму электродов, установленных по оси дугового испарителя так, что поверхностью электродов полностью перекрывается сечение поперек этой оси. Электроды жалюзийной системы электрически соединены последовательно и встречно и подключены к источнику тока, а между жалюзийной системой и анодом дугового испарителя подключен источник напряжения положительным выводом к жалюзийной системе. Пропускание тока по электродам жалюзийной системы приводит к формированию вокруг них магнитного поля, обеспечивающего замагниченность электронов плазмы, что резко уменьшает ток электронов (отрицательной компоненты плазмы) на жалюзи. Подача положительного потенциала на жалюзийные электроды относительно анода испарителя формирует вблизи их поверхности приэлектродное падение напряжения, электрическое поле которого является отражающим для ионов плазменного потока.A device for the formation of plasma and its purification from the microdrop and neutral fraction [RU 2107968, publ. March 27, 1998], containing a truncated cone-shaped cooled cathode, an ignition electrode mounted on the conical surface of the cathode, a cylindrical cooled anode mounted coaxially with the cathode, a vacuum arc power source connected between the cathode and the anode, a ignition electrode power source connected in negative exit to the cathode, a blind system of axially symmetric coaxial, conical electrodes mounted along the axis of the arc evaporator so that the surface of the electrodes is completely Cross section crosses this axis. The electrodes of the louvre system are electrically connected in series and counterclockwise and connected to a current source, and a voltage source is connected between the louvre system and the anode of the arc evaporator by a positive terminal to the louvre system. Passing current through the electrodes of the louvre system leads to the formation of a magnetic field around them, providing magnetization of plasma electrons, which dramatically reduces the current of electrons (negative plasma components) to the blinds. The supply of a positive potential to the louver electrodes relative to the anode of the evaporator forms near-electrode surface voltage drop, the electric field of which is reflective for the ions of the plasma stream.
Устройство имеет следующие недостатки. В соседних промежутках между жалюзийными электродами магнитное поле направлено в противоположные стороны. В одном из промежутков магнитное поле жалюзийной системы суммируется с магнитным полем внешних электромагнитных катушек. В соседнем промежутке эти поля вычитаются, что приводит к нарушению условия замагниченности электронов, увеличению электронного тока на жалюзийную систему и, как следствие, к увеличению мощности источника питания и тепловой нагрузки на электроды жалюзийной системы, Уменьшается эффективность прохождения плазмы через жалюзийную систему. Наличие центрального конического электрода приводит к тому, что вся плазма, формируемая на центральной части катода, попадает внутрь конуса и не проходит через зазоры жалюзийной системы. Это существенно снижает эффективность прохождения плазмы через жалюзийную систему и эффективность устройства в целом. Для магнитной изоляции жалюзийных электродов по ним пропускается большой (1000 - 1500 А) ток, что существенно усложняет источник питания, устройство в целом и снижает его надежность.The device has the following disadvantages. In adjacent gaps between the louvre electrodes, the magnetic field is directed in opposite directions. In one of the gaps, the magnetic field of the louvre system is added to the magnetic field of the external electromagnetic coils. In the adjacent gap, these fields are subtracted, which leads to a violation of the magnetization condition of electrons, an increase in the electronic current to the louvre system and, as a result, to an increase in the power supply and thermal load on the electrodes of the louvre system. The efficiency of plasma passage through the louvre system is reduced. The presence of a central conical electrode leads to the fact that all the plasma formed on the central part of the cathode enters the cone and does not pass through the gaps of the louvre system. This significantly reduces the efficiency of the passage of plasma through the louvre system and the efficiency of the device as a whole. For magnetic insulation of the louvered electrodes, a large (1000 - 1500 A) current is passed through them, which significantly complicates the power source, the device as a whole and reduces its reliability.
Известно устройство с более высоким коэффициентом прозрачности жалюзийной системы, выбранное за прототип [RU 2364003]. Устройство для формирования плазмы и ее очистки от микрокапельной и нейтральной фракции содержит охлаждаемый катод в виде усеченного конуса, поджигающий электрод, установленный на конической поверхности катода, коаксиально с катодом установленный цилиндрический охлаждаемый анод, источник питания вакуумной дуги, включенный между катодом и анодом, источник питания поджигающего электрода, подключенный отрицательным выходом к катоду, осесимметричную жалюзийную систему вставленных друг в друга конических электродов, электрически соединенных между собой последовательно и встречно и подключенных к источнику тока и к положительному выводу источника напряжения, вторым выводом подключенного к аноду дугового испарителя, над анодом, до жалюзийной системы и после нее установлена, по меньшей мере, одна электромагнитная катушка. Перед жалюзийной системой электродов соосно с ней расположен охлаждаемый рассекающий элемент, который является дополнительным анодом. Электрод жалюзийной системы набран из параллельно включенных и спаянных между собой изогнутых трубок, подключенных к системе подачи охлаждающего агента.A device with a higher transparency coefficient of the blinds system, selected for the prototype [RU 2364003]. A device for plasma formation and its purification from the microdrop and neutral fraction contains a cooled cathode in the form of a truncated cone, a firing electrode mounted on the conical surface of the cathode, a cylindrical cooled anode mounted coaxially with the cathode, a vacuum arc power source connected between the cathode and anode, a power source firing electrode, connected by a negative output to the cathode, axisymmetric louvre system of conical electrodes inserted into each other, electrically connected interconnected sequentially and counterclockwise and connected to the current source and to the positive terminal of the voltage source, the second terminal of the arc evaporator connected to the anode, above the anode, to and after the louvre system, at least one electromagnetic coil is installed. In front of the louvre electrode system, a cooled dissecting element is located coaxially with it, which is an additional anode. The electrode of the louvre system is assembled from parallel connected and welded together curved tubes connected to a coolant supply system.
Устройство-прототип имеет следующие недостатки. В соседних промежутках между жалюзийными электродами магнитное поле направлено в противоположные стороны. В одном из промежутков магнитное поле жалюзийной системы суммируется с магнитным полем внешних электромагнитных катушек. В соседнем промежутке эти поля вычитаются, что приводит к нарушению условия замагниченности электронов, увеличению электронного тока на жалюзийную систему и, как следствие, к увеличению мощности источника питания и тепловой нагрузки на электроды жалюзийной системы. Уменьшается эффективность прохождения плазмы через жалюзийную систему. Наличие перед жалюзийной системой электродов соосно с ней рассекающего элемента приводит к тому, что значительная часть плазмы, формируемой на центральной части катода, не проходит через зазоры жалюзийной системы. Это существенно снижает эффективность прохождения плазмы через жалюзийную систему и эффективность устройства в целом. Для магнитной изоляции жалюзийных электродов по ним пропускается большой (350 А) ток, что усложняет источник питания, устройство в целом и снижает его надежность. Значительное количество жалюзийных электродов (больше двух) приводит к тому, что часть плазмы теряется на торцевых частях жалюзийных электродов, снижая эффективность системы.The prototype device has the following disadvantages. In adjacent gaps between the louvre electrodes, the magnetic field is directed in opposite directions. In one of the gaps, the magnetic field of the louvre system is added to the magnetic field of the external electromagnetic coils. In the adjacent gap, these fields are subtracted, which leads to a violation of the magnetization condition of the electrons, an increase in the electron current to the louvre system and, as a result, to an increase in the power source and thermal load on the electrodes of the louvre system. The efficiency of plasma passage through the louvre system is reduced. The presence of a dissecting element coaxially with the dissecting element in front of the louvre system of electrodes leads to the fact that a significant part of the plasma formed on the central part of the cathode does not pass through the gaps of the louvre system. This significantly reduces the efficiency of the passage of plasma through the louvre system and the efficiency of the device as a whole. For magnetic insulation of louvered electrodes, a large (350 A) current is passed through them, which complicates the power source, the device as a whole and reduces its reliability. A significant number of louvered electrodes (more than two) leads to the fact that part of the plasma is lost at the end parts of the louvered electrodes, reducing the efficiency of the system.
Задачей изобретения является создание надежного простого в изготовлении и более эффективного устройства для формирования очищенной от микрочастиц плазмы вакуумной дуги.The objective of the invention is to provide a reliable, easy to manufacture and more efficient device for forming a vacuum arc cleared of microparticles.
Технический результат заключается в увеличении эффективности прохождения плазмы через жалюзийную систему электродов и ионного тока на выходе.The technical result consists in increasing the efficiency of the passage of plasma through the louvered system of electrodes and the ion current at the output.
Указанный технический результат достигается тем, что в вакуумно-дуговом генераторе с жалюзийной системой фильтрации плазмы от микрочастиц, содержащем как и прототип охлаждаемый катод в виде усеченного конуса, поджигающий электрод, установленный на конической поверхности катода, коаксиально с катодом установленный цилиндрический охлаждаемый анод, источник питания вакуумной дуги, включенный между катодом и анодом, источник питания поджигающего электрода, подключенный отрицательным выходом к катоду, осесимметричную жалюзийную систему вставленных друг в друга конических электродов, электрически соединенных между собой последовательно и встречно и подключенных к источнику тока и к положительному выводу источника напряжения, вторым выводом подключенного к аноду дугового испарителя, над анодом, до жалюзийной системы и после нее установлена, по меньшей мере, одна электромагнитная катушка и перед жалюзийной системой электродов, соосно с ней, установлен дополнительный охлаждаемый анод, в отличие от прототипа в центре катода выполнено отверстие в виде встречного, по отношению к внешней поверхности катода, усеченного конуса, а электроды жалюзийной системы выполнены в форме конической многовитковой винтовой линии.The specified technical result is achieved by the fact that in a vacuum-arc generator with a louvered microparticle plasma filtration system containing, like a prototype, a truncated cone-cooled cathode, an ignition electrode mounted on the conical surface of the cathode, a cylindrical cooled anode mounted coaxially with the cathode, a power source a vacuum arc connected between the cathode and the anode, the ignition electrode power source connected to the cathode by a negative output, axisymmetric louvre systems The conical electrodes inserted into each other, electrically interconnected in series and counter-connected and connected to the current source and to the positive terminal of the voltage source, the second terminal of the arc evaporator connected to the anode, above the anode and after the louver system, at least one the electromagnetic coil and in front of the louvre electrode system, coaxially with it, an additional cooled anode is installed, in contrast to the prototype, a hole is made in the center of the cathode in the opposite direction, eniyu to the outer cathode surface, a truncated cone, and the electrodes louver system made in the form of a multi-turn tapered spiral line.
В центральной части катода, в плоскости малого диаметра усеченного конуса установлен диск из тугоплавкого материала, препятствующий функционированию катодного пятна и вакуумно-дугового разряда в целом на центральной части катода.In the central part of the cathode, in the plane of the small diameter of the truncated cone, a disk of refractory material is installed that impedes the functioning of the cathode spot and the vacuum-arc discharge as a whole on the central part of the cathode.
Целесообразно жалюзийную систему выполнить двухэлектродной.It is advisable to perform a two-electrode louvre system.
Для увеличения эффективности очистки плазмы от микрочастиц электроды жалюзийной системы и дополнительный анод выполнены так, чтобы не было прямой видимости рабочей поверхности катода, включая его конические поверхности, из любой точки пространства, расположенного за жалюзийной системой.To increase the efficiency of cleaning plasma from microparticles, the electrodes of the louvre system and an additional anode are made so that there is no direct visibility of the working surface of the cathode, including its conical surfaces, from anywhere in the space located behind the louvre system.
Целесообразно, чтобы электроды жалюзийной системы выполнить с зазорами между соседними витками конической винтовой линии.It is advisable that the electrodes of the louvre system to perform with gaps between adjacent turns of a conical helix.
Электроды жалюзийной системы могут быть выполнены разной длины.The electrodes of the louvre system can be made of different lengths.
На фиг.1 представлен общий вид устройства. Охлаждаемый катод 1 (охлаждение не показано) в виде усеченного конуса установлен по оси устройства. В центральной части катода сделано отверстие в виде обратного, по отношению к внешней поверхности, усеченного конуса. На дне отверстия в плоскости малого диаметра усеченного конуса катода 1 установлен диск 2 из тугоплавкого материала (например, из вольфрама). На внешней боковой поверхности катода 1 установлен поджигающий электрод 3. Коаксиально с катодом 1 установлен цилиндрический охлаждаемый анод 4 (система охлаждения на фиг. не показана). Источник питания 5 вакуумной дуги электрически включен между катодом 1 и анодом 4. Источник питания 6 поджигающего электрода подключен отрицательным выходом к катоду 1, а положительным выходом - к поджигающему электроду 3. Коаксиально с катодом 1 и анодом 4 установлена осесимметричная жалюзийная система вставленных друг в друга двух конических электродов 7. Электроды 7 электрически соединены между собой последовательно и встречно и подключены к положительному выходу источника напряжения 8 и к источнику тока 9. Отрицательный выход источника напряжения 8 подключен к аноду 4. Над анодом 4 коаксиально, до жалюзийной системы, установлены одна или две электромагнитные катушки 10, 11. После жалюзийной системы коаксиально установлена, по крайней мере, одна электромагнитная катушка 12. Перед жалюзийной системой электродов 7 соосно с ней установлен дополнительный охлаждаемый анод 13.Figure 1 presents a General view of the device. The cooled cathode 1 (cooling not shown) in the form of a truncated cone is installed along the axis of the device. A hole was made in the central part of the cathode in the form of a reverse, truncated cone relative to the outer surface. At the bottom of the hole in the plane of the small diameter of the truncated cone of the cathode 1, a disk 2 of refractory material (for example, of tungsten) is installed. A firing electrode 3 is mounted on the outer side surface of the cathode 1. A cylindrical cooled anode 4 is mounted coaxially with the cathode 1 (the cooling system is not shown in FIG.). The power supply 5 of the vacuum arc is electrically connected between the cathode 1 and the anode 4. The power supply 6 of the ignition electrode is connected with a negative output to the cathode 1, and the positive output is connected to the ignition electrode 3. An axisymmetric louver system inserted into each other is installed coaxially with the cathode 1 and anode 4 two conical electrodes 7. The electrodes 7 are electrically connected to each other in series and counterclockwise and are connected to the positive output of voltage source 8 and to current source 9. Negative output of source n voltage 8 is connected to the anode 4. One or two electromagnetic coils 10, 11 are installed coaxially above the anode 4, before the louvre system. At least one electromagnetic coil 12 is coaxially installed after the louvre system. Before the louvre electrode system 7, it is coaxially mounted additional cooled anode 13.
Работает устройство следующим образом. При подаче импульса напряжения от источника 6 на поджигающий электрод 3 происходит электрический пробой между поджигающим электродом 3 и катодом 1. На поверхности катода 1 формируется катодное пятно, являющееся источником плазмы и микрочастиц. Под действием электрического поля между катодом 1 и анодом 4 и магнитного поля электромагнитных катушек 10 и 11 катодное пятно постепенно перемещается с боковой на торцевую поверхность катода 1. В дальнейшем формируемый плазменный поток распространяется вдоль магнитного поля в направлении жалюзийной системы электродов. При прохождении плазменного потока через промежуток между электродами 7 жалюзийной системы микрокапельная фракция и нейтральная компонента осаждаются на поверхностях жалюзийных электродов 7. Основные процессы прохождения заряженных частиц плазмы через жалюзийную систему такие же, как и в прототипе. Ионная компонента плазменного потока под влиянием положительного потенциала жалюзийных электродов 7 отражается от последних. Положительный потенциал на электродах удерживается за счет снижения поперечной проводимости плазмы вследствие замагничивания электронной компоненты магнитным полем, возникающим вблизи электродов 7 в результате суперпозиции магнитных полей от электромагнитных полей катушек 10, 11, 12 и магнитного поля жалюзийных электродов при пропускании по ним электрического тока. После прохождения плазмы через жалюзийную систему электродов 7 за счет осесимметричной геометрии их расположения плазменный поток направлен к оси системы.The device operates as follows. When a voltage pulse is supplied from the source 6 to the ignition electrode 3, an electrical breakdown occurs between the ignition electrode 3 and the cathode 1. A cathode spot is formed on the surface of the cathode 1, which is a source of plasma and microparticles. Under the influence of an electric field between the cathode 1 and the anode 4 and the magnetic field of the electromagnetic coils 10 and 11, the cathode spot gradually moves from the side to the end surface of the cathode 1. Subsequently, the generated plasma stream propagates along the magnetic field in the direction of the louvre electrode system. When the plasma stream passes through the gap between the electrodes 7 of the louvre system, the micro-droplet fraction and the neutral component are deposited on the surfaces of the louvre electrodes 7. The main processes for the passage of charged plasma particles through the louvre system are the same as in the prototype. The ionic component of the plasma flow under the influence of the positive potential of the louvered electrodes 7 is reflected from the latter. The positive potential at the electrodes is maintained by reducing the transverse conductivity of the plasma due to magnetization of the electronic component by a magnetic field arising near the electrodes 7 as a result of a superposition of magnetic fields from the electromagnetic fields of coils 10, 11, 12 and the magnetic field of the louvered electrodes when an electric current is passed through them. After passing the plasma through the louvre system of electrodes 7 due to the axisymmetric geometry of their location, the plasma flow is directed to the axis of the system.
В отличие от прототипа в двухэлектродной жалюзийной системе направление магнитного поля во всем зазоре совпадает с направлением поля катушек 10, 11 и 12. В прототипе невозможно согласовать направления магнитных полей из-за двух причин. Во-первых, в соседних промежутках многоэлектродной жалюзийной системы магнитные поля имеют противоположное направление, что не позволяет согласовать их с направлением полей электромагнитных катушек. Во-вторых, в случае согласованного включения электромагнитных катушек 10 и 11 в прототипе приводит к тому, что силовые линии магнитного поля пересекают электроды жалюзийной системы. Это нарушает условие замагниченности плазменных электронов и не позволяет удержать положительный потенциал смещения на электродах. Встречное же включение катушек 10 и 11 в прототипе приводит к появлению поперечного магнитного поля, ухудшающего транспортировку плазмы. Согласование направлений магнитного поля в предлагаемом устройстве обеспечивает хорошую замагниченность электронов плазмы, эффективное отражение ионов от электродов жалюзийной системы и, соответственно, улучшает транспортировку плазмы вдоль оси и увеличивает эффективность прохождения плазмы через жалюзийную систему. Выполнение электродов 7 в форме конической многовитковой винтовой линии обеспечивает пропорциональное количеству витков винтовой линии уменьшение тока источника. Так например, если в прототипе через параллельно соединенные полые трубки пропускался электрический ток 390 А, в случае конструкции электродов в виде винтовой линии с тринадцатью витками, как показано на Фиг. 1, для создания магнитного поля такой же напряженности потребуется источник тока всего на 30 А. Это упрощает конструкцию жалюзийных электродов, источника тока и повышает их надежность.Unlike the prototype in a two-electrode louvre system, the direction of the magnetic field in the entire gap coincides with the direction of the field of coils 10, 11 and 12. In the prototype, it is impossible to coordinate the directions of magnetic fields for two reasons. Firstly, in adjacent gaps of a multi-electrode blinds system, magnetic fields have the opposite direction, which does not allow them to be coordinated with the direction of the fields of electromagnetic coils. Secondly, in the case of a coordinated inclusion of electromagnetic coils 10 and 11 in the prototype, the magnetic field lines cross the electrodes of the louver system. This violates the condition of magnetization of plasma electrons and does not allow to keep the positive bias potential on the electrodes. The counter inclusion of the coils 10 and 11 in the prototype leads to the appearance of a transverse magnetic field that impairs the transport of plasma. Coordination of the directions of the magnetic field in the proposed device provides a good magnetization of plasma electrons, effective reflection of ions from the electrodes of the louvre system and, accordingly, improves the transportation of plasma along the axis and increases the efficiency of the passage of plasma through the louvre system. The execution of the electrodes 7 in the form of a conical multi-turn helix provides a decrease in the source current proportional to the number of turns of the helix. For example, if in the prototype an electric current of 390 A was passed through parallel-connected hollow tubes, in the case of the design of the electrodes in the form of a helix with thirteen turns, as shown in FIG. 1, to create a magnetic field of the same intensity, a current source of only 30 A is required. This simplifies the design of the louvered electrodes, the current source and increases their reliability.
Наличие в центральной части катода отверстия в виде обратного, по отношению к внешней поверхности, усеченного конуса затрудняет формирование на катоде плазмы, распространение которой вдоль магнитного поля не обеспечивает ее вхождение в зазор жалюзийной системы. Для почти полного исключения вероятности формирования плазмы в центральной части катода на дне отверстия в плоскости малого диаметра усеченного конуса катода установлен диск из тугоплавкого материала. В случае спонтанного перехода дугового разряда на диск он гаснет. Формирование плазмы только на заданной поверхности катода увеличивает эффективность прохождения плазмы через жалюзийную систему электродов.The presence in the central part of the cathode of a hole in the form of a reverse truncated cone with respect to the outer surface makes it difficult to form a plasma at the cathode, the propagation of which along the magnetic field does not ensure its entry into the gap of the louvre system. To almost completely eliminate the probability of plasma formation in the central part of the cathode, a disk of refractory material is installed on the bottom of the hole in the plane of the small diameter of the truncated cone of the cathode. In the case of a spontaneous transition of an arc discharge to a disk, it goes out. The formation of plasma only on a given cathode surface increases the efficiency of the passage of plasma through the louvered electrode system.
Для исключения свободного пролета микрочастиц с рабочей поверхности катода через пространство между жалюзийными электродами эти электроды, выполненные в виде винтовой линии, имеют наклон относительно оси так, чтобы не было прямой видимости торцевой поверхности катода из любой точки пространства, расположенного за жалюзийной системой. Дополнительный анод 13 облегчает зажигание дугового разряда и способствует его стабильному горению, одновременно исключая пролет микрочастиц через центральное отверстие жалюзийного электрода.To prevent free passage of microparticles from the working surface of the cathode through the space between the louvre electrodes, these electrodes, made in the form of a helix, have an inclination relative to the axis so that there is no direct visibility of the end surface of the cathode from any point in space located behind the louvre system. An additional anode 13 facilitates the ignition of the arc discharge and contributes to its stable combustion, while eliminating the passage of microparticles through the central hole of the louvre electrode.
Поскольку при инициировании дугового разряда, а иногда и в процессе его функционирования, а также по мере выработки катода, катодное пятно может находиться на внешней или внутренней конусных поверхностях катода, то для исключения свободного пролета микрочастиц с любой точки обеих конусных поверхностей катода через жалюзийную систему без столкновения с электродами жалюзийной системы эти электроды и дополнительный анод выполнены так, чтобы не было прямой видимости рабочей поверхности катода, включая его конические поверхности, из любой точки пространства, расположенного за жалюзийной системой. Таким образом, обеспечивается высокое качество очистки плазмы от микрочастиц.Since the cathode spot can be located on the external or internal conical surfaces of the cathode when initiating an arc discharge, and sometimes during its functioning, as well as during cathode generation, to exclude the free passage of microparticles from any point on both conical surfaces of the cathode through the louvre system collisions with the electrodes of the louvre system, these electrodes and the additional anode are made so that there is no direct visibility of the working surface of the cathode, including its conical surfaces, from any points of space located behind the louvre system. Thus, a high quality of plasma purification from microparticles is ensured.
Предложенное устройство с двумя жалюзийными электродами позволяет обеспечить не только согласованное включение всех элементов магнитной системы, но и значительно уменьшить угол наклона по отношению к оси жалюзийных электродов, что увеличивает эффективность прохождения плазмы.The proposed device with two louvered electrodes allows us to provide not only a coordinated inclusion of all elements of the magnetic system, but also significantly reduce the angle of inclination with respect to the axis of the louvered electrodes, which increases the efficiency of plasma passage.
Для исключения межвиткового электрического замыкания в жалюзийных электродах, особенно после продолжительной работы и осаждения покрытия, электроды выполняют с зазорами между соседними витками конической винтовой линии.To exclude inter-turn electrical circuit in the louvered electrodes, especially after prolonged use and coating deposition, the electrodes are made with gaps between adjacent turns of a conical helix.
В предлагаемом устройстве электроды жалюзийной системы могут быть выполнены как с одинаковой, так и с разной длиной. Выполнение электродов с разной длиной позволяет оптимизировать конструкцию жалюзийных электродов, уменьшая их угол наклона к оси системы и, соответственно, уменьшая угол подлета ионов плазмы вакуумной дуги к жалюзийным электродам.In the proposed device, the electrodes of the louvre system can be made with the same or with different lengths. The implementation of the electrodes with different lengths allows you to optimize the design of the louvered electrodes, reducing their angle of inclination to the axis of the system and, accordingly, reducing the angle of approach of the plasma ions of the vacuum arc to the louvre electrodes.
Пример. Катод выполнен из титана, размеры катода: усеченный конус длиной 4,5 см, диаметр основания 10,4 см, усеченная часть диаметром 9,2 см. В центральной части конуса со стороны малого диаметра имеется конусное углубление глубиной 3 см и диаметром в основании 4,8 см. Диск 2 толщиной 0,3 см и диаметром 4,8 см выполнен из вольфрама. Жалюзийные электроды выполнены из медной водоохлаждаемой трубки диаметром 0,8 см. Оба жалюзийных электрода выполнены в форме конической многовитковой винтовой линии с тринадцатью витками и углом конуса 15°. Длина малого конуса составила14,5 см, а большого 17,5 см. Электромагнитные катушки 10, 11, 12 и электроды жалюзийной системы создают согласованные по направлению магнитные поля вдоль оси генератора. Для создания магнитного поля и замагничивания электронов плазмы по жалюзийным электродам пропускают ток, равный 30 А (в аналоге - 1500 А, а в прототипе 350 А). На жалюзийную систему электродов подают положительный потенциал смещения, равный 15 В. Ток в электромагнитных катушках 10, 11 и 12 составил 0.9 А, 0.5 А, 0,6 А соответственно. Ток вакуумно-дугового разряда был выбран 120 А. Вакуумно-дуговой разряд инициируется при подаче высоковольтного импульса напряжения положительной полярности от источника питания 6 на поджигающий электрод 3. После пробоя на катоде 1 формируется катодное пятно, являющееся источником металлической плазмы. Под влиянием магнитного поля электромагнитных катушек 10, 11 и электрического поля между катодом 1 и анодом 4 катодное пятно постепенно перемещается на торцевую поверхность катода, обращенную в сторону жалюзийной системы. В дальнейшем плазма распространяется вдоль магнитного поля, созданного электромагнитными катушками 10, 11 и 12 и жалюзийными электродами, выполненными в форме конической многовитковой винтовой линии. Ток ионов из плазмы, измеренный на расстоянии 3 см от выхода жалюзийной системы, составил 5 А, что более чем в 2 раза превысило ток на выходе жалюзийной системы прототипа.Example. The cathode is made of titanium, the dimensions of the cathode are: a truncated cone 4.5 cm long, a base diameter of 10.4 cm, a truncated part with a diameter of 9.2 cm. In the central part of the cone, on the small diameter side, there is a conical recess of 3 cm depth and a diameter of 4 in the base , 8 cm. Disc 2 with a thickness of 0.3 cm and a diameter of 4.8 cm is made of tungsten. The louvre electrodes are made of a water-cooled copper tube with a diameter of 0.8 cm. Both louvered electrodes are made in the form of a conical multi-turn helix with thirteen turns and a cone angle of 15 °. The length of the small cone was 14.5 cm, and the large 17.5 cm. The electromagnetic coils 10, 11, 12 and the electrodes of the louvre system create directionally consistent magnetic fields along the axis of the generator. To create a magnetic field and magnetize plasma electrons, a current of 30 A is passed through the louvered electrodes (in the analog, 1500 A, and in the prototype 350 A). A positive bias potential equal to 15 V is supplied to the louvre electrode system. The current in the electromagnetic coils 10, 11 and 12 was 0.9 A, 0.5 A, 0.6 A, respectively. The vacuum-arc discharge current was chosen to be 120 A. A vacuum-arc discharge is initiated when a high-voltage pulse of positive polarity voltage is supplied from the power source 6 to the ignition electrode 3. After the breakdown, a cathode spot is formed on cathode 1, which is the source of the metal plasma. Under the influence of the magnetic field of the electromagnetic coils 10, 11 and the electric field between the cathode 1 and the anode 4, the cathode spot gradually moves to the end surface of the cathode facing the louvre system. Subsequently, the plasma propagates along the magnetic field created by the electromagnetic coils 10, 11 and 12 and the louvered electrodes, made in the form of a conical multi-turn helix. The ion current from the plasma, measured at a distance of 3 cm from the exit of the blinds system, was 5 A, which was more than 2 times higher than the current at the output of the blinds system of the prototype.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012148229/07A RU2516502C1 (en) | 2012-11-14 | 2012-11-14 | Vacuum-arc generator with louver system of plasma filtration from particles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012148229/07A RU2516502C1 (en) | 2012-11-14 | 2012-11-14 | Vacuum-arc generator with louver system of plasma filtration from particles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012148229A RU2012148229A (en) | 2014-05-20 |
| RU2516502C1 true RU2516502C1 (en) | 2014-05-20 |
Family
ID=50695530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012148229/07A RU2516502C1 (en) | 2012-11-14 | 2012-11-14 | Vacuum-arc generator with louver system of plasma filtration from particles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2516502C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2585243C1 (en) * | 2015-02-03 | 2016-05-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Device for cleaning plasma flow of arc evaporator from micro-droplet fraction |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2097868C1 (en) * | 1996-07-09 | 1997-11-27 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете | Device for cleaning arc evaporator plasma from microparticles (options) |
| RU2107968C1 (en) * | 1996-08-06 | 1998-03-27 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете | Device for cleaning plasma-arc evaporator from microparticles (options) |
| US6360686B1 (en) * | 1997-12-05 | 2002-03-26 | Tegal Corporation | Plasma reactor with a deposition shield |
| RU2364003C1 (en) * | 2008-02-26 | 2009-08-10 | Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт ядерной физики" | Device for cleaning off microparticles from plasma of arc evaporator |
-
2012
- 2012-11-14 RU RU2012148229/07A patent/RU2516502C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2097868C1 (en) * | 1996-07-09 | 1997-11-27 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете | Device for cleaning arc evaporator plasma from microparticles (options) |
| RU2107968C1 (en) * | 1996-08-06 | 1998-03-27 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете | Device for cleaning plasma-arc evaporator from microparticles (options) |
| US6360686B1 (en) * | 1997-12-05 | 2002-03-26 | Tegal Corporation | Plasma reactor with a deposition shield |
| RU2364003C1 (en) * | 2008-02-26 | 2009-08-10 | Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский институт ядерной физики" | Device for cleaning off microparticles from plasma of arc evaporator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2585243C1 (en) * | 2015-02-03 | 2016-05-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Device for cleaning plasma flow of arc evaporator from micro-droplet fraction |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012148229A (en) | 2014-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6305950B2 (en) | Method for transporting vacuum arc plasma | |
| JP2577787B2 (en) | Particle accelerator | |
| US6548817B1 (en) | Miniaturized cathodic arc plasma source | |
| Timko et al. | A One‐Dimensional Particle‐in‐Cell Model of Plasma Build‐Up in Vacuum Arcs | |
| US8857396B2 (en) | Igniter for igniting a fuel-air-mixture using HF corona discharge and engine fitted with such igniters | |
| KR20080094655A (en) | Induction device for generating a plasma | |
| KR102259026B1 (en) | Dielectric barrier discharge ionization source for spectrometry | |
| TWM513445U (en) | Passive composite strong ionization discharge plasma thunder rejection device | |
| US20070034501A1 (en) | Cathode-arc source of metal/carbon plasma with filtration | |
| JP2008521164A (en) | High frequency plasma spark plug | |
| US10722287B2 (en) | Spark ablation device | |
| JPH0343759B2 (en) | ||
| US6465793B1 (en) | Arc initiation in cathodic arc plasma sources | |
| JP2016004784A (en) | Active lightning arrester | |
| RU2516502C1 (en) | Vacuum-arc generator with louver system of plasma filtration from particles | |
| US10032594B2 (en) | High efficiency hollow cathode and cathode system applying same | |
| RU2523658C2 (en) | Electrostatic ion accelerator system | |
| WO2011065171A1 (en) | Plasma processing device | |
| US6465780B1 (en) | Filters for cathodic arc plasmas | |
| Bhuva et al. | Influence of cold hollow cathode geometry on the radial characteristics of downstream magnetized plasma column | |
| Mesyats | Microexplosions on a cathode aroused by plasma-metal interaction | |
| ES2727726T3 (en) | Method of deposition of chemical vapors activated by plasma and apparatus for the same | |
| El Farsy et al. | Ionized particle transport in reactive HiPIMS discharge: correlation between the energy distribution functions of neutral and ionized atoms | |
| Zhuang et al. | Micro-Cathode Arc Thruster Development and Characterization | |
| Srivastava | Selection of dielectric material for producing diffuse dielectric barrier discharge plasma at atmospheric pressure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161115 |