RU2585243C1 - Device for cleaning plasma flow of arc evaporator from micro-droplet fraction - Google Patents
Device for cleaning plasma flow of arc evaporator from micro-droplet fraction Download PDFInfo
- Publication number
- RU2585243C1 RU2585243C1 RU2015103597/07A RU2015103597A RU2585243C1 RU 2585243 C1 RU2585243 C1 RU 2585243C1 RU 2015103597/07 A RU2015103597/07 A RU 2015103597/07A RU 2015103597 A RU2015103597 A RU 2015103597A RU 2585243 C1 RU2585243 C1 RU 2585243C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- electrodes
- evaporator
- arc
- arc evaporator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к плазменным технологиям нанесения пленочных покрытий, предназначено для очистки плазменного потока дуговых испарителей от микрокапельной фракции и может быть использовано в электронной, инструментальной, оптической, машиностроительной и других отраслях промышленности.The invention relates to plasma technologies for applying film coatings, is intended for cleaning the plasma stream of arc evaporators from the microdrop fraction and can be used in electronic, instrumental, optical, engineering and other industries.
Плазменные вакуумные установки, использующие электродуговой разряд для испарения материалов, широко применяются в технологических процессах нанесения покрытий различного назначения. Формирование плазмы вакуумным дуговым разрядом или дуговым разрядом при пониженном давлении различных газов сопровождается формированием микрокапельной фракции и нейтральной атомарной и молекулярной компоненты, процентное содержание которых зависит от материала катода и тока дуги испарителя. Наличие микрокапельной фракции в плазменном потоке резко снижает качество осаждаемых покрытий, особенно тонких, толщиной, сравнимой с размерами микрокапель. Покрытия, обладающие высокими свойствами, удается получить при очистке плазмы вакуумной дуги от микрокапельной фракции с помощью плазменных фильтров.Plasma vacuum installations using an electric arc discharge for the evaporation of materials are widely used in technological processes of coating for various purposes. The formation of plasma by a vacuum arc discharge or an arc discharge under reduced pressure of various gases is accompanied by the formation of a microdrop fraction and a neutral atomic and molecular components, the percentage of which depends on the cathode material and the arc current of the evaporator. 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. Coatings with high properties can be obtained by cleaning the plasma of a vacuum arc from a microdrop fraction using plasma filters.
Известно устройство для очистки плазмы дугового испарителя от микрочастиц [патент РФ №2108636, опубл. 10.04.1998]. Это устройство содержит жалюзийную систему плоских электродов, установленных под углом к 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 замагничивание электронов плазмы, что резко уменьшает ток электронов (отрицательной компоненты плазмы) на жалюзи. Подача положительного потенциала на жалюзи относительно анода испарителя формирует вблизи поверхности жалюзи приэлектродное падение потенциала, электрическое поле которого является отражающим для ионов плазменного потока.A device for cleaning the plasma of an arc evaporator from microparticles [RF patent No. 2108636, publ. 04/10/1998]. This device contains a louvre system of flat electrodes mounted at an angle to the axis of the arc evaporator so that the surface of the electrodes completely overlaps the cross section across 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. The passage of current through the electrodes of the louvre system leads to the formation of a magnetic field around them, which ensures the 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 louvers relative to the anode of the evaporator forms near the surface of the louvres an electrode drop in potential, the electric field of which is reflective for the ions of the plasma stream.
Недостатком устройства является снижение коэффициента прозрачности фильтра для плазменного потока из-за изменения направления напряженности магнитного поля в соседних зазорах жалюзийной системы коаксиальных электродов. В тех зазорах, где направление магнитных силовых линий жалюзийной системы совпадает с направлением магнитных силовых линий ближайшей к фильтру электромагнитной катушки дугового испарителя, эффективность прохождения плазменного потока будет высокая, благодаря усилению результирующего магнитного поля, обеспечивающего замагниченность плазменных электронов. Однако в соседних зазорах магнитное поле жалюзийной системы имеет противоположную направленность, что резко снижает эффективность прохождения плазмы через эти зазоры. Как результат, в целом снижается эффективность прохождения плазмы через плазменный фильтр жалюзийного типа.The disadvantage of this device is the reduction of the transparency coefficient of the filter for plasma flow due to a change in the direction of the magnetic field strength in the adjacent gaps of the louvre system of coaxial electrodes. In those gaps where the direction of the magnetic lines of force of the louvre system coincides with the direction of the magnetic lines of the electromagnetic coil of the arc evaporator closest to the filter, the efficiency of the plasma flow will be high due to the amplification of the resulting magnetic field, which provides magnetization of plasma electrons. However, in adjacent gaps, the magnetic field of the louvre system has an opposite direction, which dramatically reduces the efficiency of plasma passage through these gaps. As a result, the overall efficiency of the passage of plasma through the louvre type plasma filter is generally reduced.
Известно также устройство для очистки плазмы дугового испарителя от микрочастиц, выбранное за прототип [патент РФ №2107968, опубл. 27.03.1998]. Устройство содержит жалюзийную систему коаксиальных электродов, перекрывающих апертуру испарителя, 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. После прохождения плазмы через коаксиальную жалюзийную систему электродов очищенный плазменный поток сохраняет аксиальную симметрию.Also known is a device for cleaning the plasma of an arc evaporator from microparticles, selected for the prototype [RF patent No. 2107968, publ. 03/27/1998]. The device comprises a louvre system of coaxial electrodes that overlap the aperture of the evaporator, are electrically connected to each other in series and counterclockwise and connected to a current source and to the positive terminal of the voltage source, the second terminal of the arc evaporator connected to the anode. After the plasma passes through the coaxial louvre system of electrodes, the purified plasma stream retains axial symmetry.
Недостатком устройства-прототипа также является снижение коэффициента прозрачности фильтра для плазменного потока из-за изменения направления напряженности магнитного поля в соседних зазорах жалюзийной системы коаксиальных электродов. В тех зазорах, где направление магнитных силовых линий жалюзийной системы совпадает с направлением магнитных силовых линий ближайшей к фильтру электромагнитной катушки дугового испарителя, эффективность прохождения плазменного потока будет высокая, благодаря усилению результирующего магнитного поля, обеспечивающего замагниченность плазменных электронов. Однако в соседних зазорах магнитное поле жалюзийной системы имеет противоположную направленность, что резко снижает эффективность прохождения плазмы через эти зазоры. Как результат в целом снижается эффективность прохождения плазмы через плазменный фильтр жалюзийного типа.The disadvantage of the prototype device is also a decrease in the transparency coefficient of the filter for the plasma flow due to a change in the direction of the magnetic field strength in the adjacent gaps of the louvre system of coaxial electrodes. In those gaps where the direction of the magnetic lines of force of the louvre system coincides with the direction of the magnetic lines of the electromagnetic coil of the arc evaporator closest to the filter, the efficiency of the plasma flow will be high due to the amplification of the resulting magnetic field, which provides magnetization of plasma electrons. However, in adjacent gaps, the magnetic field of the louvre system has an opposite direction, which dramatically reduces the efficiency of plasma passage through these gaps. As a result, the efficiency of plasma passage through the louvre type plasma filter is generally reduced.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности прохождения плазменного потока через жалюзийную систему электродов.The task of the invention is to increase the efficiency of the passage of a plasma stream through a louvered electrode system.
Технический результат заключается в повышении производительности за счет увеличения общего потока плазмы на выходе плазменного фильтра, представляющего собой жалюзийную систему электродов.The technical result consists in increasing productivity by increasing the total plasma flow at the output of the plasma filter, which is a louvered system of electrodes.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки плазменного потока дуговых испарителей от микрокапельной фракции, содержащем, как и прототип, жалюзийную систему, выполненную в виде набора электродов, перекрывающих апертуру испарителя, 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, в отличие от прототипа, каждый электрод жалюзийной системы выполнен из двух прилегающих друг к другу элементов, которые подключены к источнику тока таким образом, чтобы по ним протекал ток в противоположных направлениях.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for cleaning the plasma flow of arc evaporators from the microdrop fraction, containing, like the prototype, a louvre system made in the form of a set of electrodes that overlap the aperture of the evaporator, are electrically connected to each other in series and opposite and connected to a current source and to the positive terminal of the voltage source, the second terminal connected to the anode of the arc evaporator, in contrast to the prototype, each electrode of the louver system is made of two adjacent to each other elements that are connected to a current source so that current flows through them in opposite directions.
Пример выполнения заявляемого устройства представлен на фиг. 1 - общий вид и на фиг. 2 - вид сбоку; где 1 - первый элемент электрода жалюзийной системы, 2 - второй элемент электрода жалюзийной системы, направление движения плазменного потока - 3. Точками и крестиками вблизи элементов электродов обозначены направления движения тока по элементам электродов жалюзийной системы. Для того чтобы реализовать такие токи в элементах электродов, их необходимо электрически соединить последовательно источнику тока. Такое подключение для электродов реализуется стандартным образом, так же как и в прототипе, поэтому ни источник тока, ни электрическое соединение электродов на фиг. 1 не показаны. Вся система электродов должна находиться под положительным потенциалом относительно анода дугового испарителя. Для этого, как и в прототипе, между анодом и жалюзийной системой включен источник напряжения (не показан). Угол конусности элементов 1 и 2 электродов, расстояния между электродами и их ширина выбраны таким образом, что полностью перекрывают апертуру дугового испарителя. Электрическое соединение элементов 1, а также 2 конических электродов показано на главном виде. При таком их соединении токи в соседних элементах электродов будут направлены навстречу друг другу так, как это показано стрелками 4.An exemplary embodiment of the inventive device is shown in FIG. 1 is a general view, and in FIG. 2 is a side view; where 1 is the first element of the electrode of the louvre system, 2 is the second element of the electrode of the louvre system, the direction of plasma flow is 3. Dots and crosses near the elements of the electrodes indicate the direction of current flow through the elements of the electrodes of the blinds system. In order to realize such currents in the elements of the electrodes, they must be electrically connected in series with the current source. Such a connection for the electrodes is implemented in a standard way, as well as in the prototype, therefore, neither the current source nor the electrical connection of the electrodes in FIG. 1 are not shown. The entire electrode system must be at positive potential relative to the anode of the arc evaporator. For this, as in the prototype, a voltage source (not shown) is connected between the anode and the louvre system. The taper angle of the
Работает устройство следующим образом. При пропускании тока по элементам 1 и 2 электродов от источника тока во всех зазорах жалюзийной системы создают магнитное поле одного и того же направления. Это поле должно совпадать по своему направлению с полем ближайшей к плазменному фильтру катушки вакуумно-дугового испарителя. Такое согласование магнитных полей катушки дугового испарителя и жалюзийной системы плазменного фильтра обеспечивает эффективное замагничивание электронной компоненты плазменного потока 3 и его прохождение через фильтр без пересечения магнитных силовых линий. При прохождении плазменного потока 3 через устройство очистки плазмы микрокапельная фракция и нейтральная компонента осаждаются на поверхности жалюзи. Основные процессы прохождения заряженных частиц плазмы через систему жалюзи такие же, как и в прототипе. Ионная компонента плазменного потока 3 под влиянием положительного потенциала жалюзи отражается от последних. Положительный потенциал на электродах удерживается за счет снижения поперечной проводимости плазмы вследствие замагничивания электронной компоненты магнитным полем, возникающим вокруг электродов при пропускании по ним электрического тока. После прохождения плазмы через систему жалюзи за счет симметричной геометрии их расположения плазменный поток направлен к оси системы. Плазменный поток вблизи оси при прохождении через систему очистки испытывает двойное отражение. Причем, как и в прототипе, если вершину конусной системы направить в сторону дугового испарителя, то получим расходящийся плазменный поток, а если ее направить в противоположную сторону, то будем иметь сфокусированный поток. Таким образом, при прохождении системы очистки плазменный поток не меняет своего направления, что позволяет очень просто встраивать такое устройство в действующие вакуумно-дуговые установки нанесения покрытий.The device operates as follows. When passing current through the
Пример Example
Устройство для очистки плазменного потока дуговых испарителей от микрокапельной фракции используется совместно с вакуумно-дуговым испарителем, оснащенным титановым катодом. Ток разряда был выбран 100 А. Ток в ближайшей к плазменному фильтру катушке вакуумно-дугового испарителя (фокусирующая катушка) был выбран 0,3 А. Каждый элемент жалюзийной системы выполнен из медных водоохлаждаемых трубок диаметром 3 мм, спаянных между собой. Трубки соединены с патрубком ввода и патрубком вывода хладагента для подключения к системе охлаждения. Внешний габаритный диаметр первого элемента 220 мм, второго - 213 мм. Ширина жалюзи 48 мм. Угол наклона жалюзи к направлению распространения плазменного потока 21°. Для создания электромагнитного поля и замагничивания электронов плазмы по каждому элементу жалюзийной системы пропускают ток, равный 350 А, в противоположном направлении относительно друг друга. На жалюзийную систему в целом подают положительный потенциал смещения, равный 15 В. Плотность ионного тока регистрировалась коллектором. На расстоянии 50 мм от выходного торца прототипа, электроды коаксиальной жалюзийной системы которого состоят из одного элемента, значение плотности ионного тока было 11,8 А/м2, при использовании жалюзийной системы с коаксиальными электродами, выполненными из двух прилегающих друг к другу элементов, согласно предлагаемому изобретению получено значение плотности ионного тока 14,7 А/м2, что показывает повышение эффективности прохождения плазменного потока через жалюзийную систему электродов.A device for cleaning the plasma flow of arc evaporators from the microdrop fraction is used in conjunction with a vacuum arc evaporator equipped with a titanium cathode. The discharge current was chosen to be 100 A. The current in the coil of the vacuum-arc evaporator closest to the plasma filter (focusing coil) was chosen to be 0.3 A. Each element of the louvre system is made of 3 mm diameter water-cooled copper tubes welded together. The tubes are connected to the inlet pipe and the refrigerant outlet pipe for connecting to the cooling system. The external overall diameter of the first element is 220 mm, of the second - 213 mm. The width of the blinds is 48 mm. The angle of inclination of the blinds to the direction of propagation of the plasma stream is 21 °. To create an electromagnetic field and magnetize plasma electrons, a current of 350 A is passed through each element of the louvre system in the opposite direction relative to each other. A positive bias potential of 15 V is applied to the louvre system as a whole. The ion current density was recorded by the collector. At a distance of 50 mm from the output end of the prototype, the electrodes of the coaxial louvre system of which consist of one element, the ion current density was 11.8 A / m 2 when using a louvre system with coaxial electrodes made of two adjacent elements, according to the proposed invention obtained a value of the ion current density of 14.7 A / m 2 , which shows an increase in the efficiency of the passage of the plasma stream through the louvered system of electrodes.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015103597/07A RU2585243C1 (en) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | Device for cleaning plasma flow of arc evaporator from micro-droplet fraction |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015103597/07A RU2585243C1 (en) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | Device for cleaning plasma flow of arc evaporator from micro-droplet fraction |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2585243C1 true RU2585243C1 (en) | 2016-05-27 |
Family
ID=56096004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015103597/07A RU2585243C1 (en) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | Device for cleaning plasma flow of arc evaporator from micro-droplet fraction |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2585243C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2657273C1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-06-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of filtration of drop phase during deposition from vacuum-arc discharge plasma |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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) |
RU2108636C1 (en) * | 1996-04-23 | 1998-04-10 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете | Gear cleaning plasma of arc evaporator from microparticles |
US8604418B2 (en) * | 2010-04-06 | 2013-12-10 | Axcelis Technologies, Inc. | In-vacuum beam defining aperture cleaning for particle reduction |
RU2516502C1 (en) * | 2012-11-14 | 2014-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Vacuum-arc generator with louver system of plasma filtration from particles |
-
2015
- 2015-02-03 RU RU2015103597/07A patent/RU2585243C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2108636C1 (en) * | 1996-04-23 | 1998-04-10 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете | Gear cleaning plasma of arc evaporator from microparticles |
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) |
US8604418B2 (en) * | 2010-04-06 | 2013-12-10 | Axcelis Technologies, Inc. | In-vacuum beam defining aperture cleaning for particle reduction |
RU2516502C1 (en) * | 2012-11-14 | 2014-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Vacuum-arc generator with louver system of plasma filtration from particles |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2657273C1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-06-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of filtration of drop phase during deposition from vacuum-arc discharge plasma |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6305950B2 (en) | Method for transporting vacuum arc plasma | |
US7381311B2 (en) | Filtered cathodic-arc plasma source | |
US10518270B2 (en) | Dust collector and air conditioner | |
US5468363A (en) | Magnetic-cusp, cathodic-arc source | |
EP2810297A1 (en) | Method and apparatus for improved sensitivity in a mass spectrometer | |
US20070034501A1 (en) | Cathode-arc source of metal/carbon plasma with filtration | |
JP2011504545A (en) | Droplet-free film forming apparatus manufactured by arc evaporation method | |
RU2585243C1 (en) | Device for cleaning plasma flow of arc evaporator from micro-droplet fraction | |
US6465793B1 (en) | Arc initiation in cathodic arc plasma sources | |
CN109082635B (en) | Large-area pulse magnetic filtering device | |
US20080175720A1 (en) | Contoured electrodes for an electrostatic gas pump | |
US9624570B2 (en) | Compact, filtered ion source | |
RU2097868C1 (en) | Device for cleaning arc evaporator plasma from microparticles (options) | |
JP2013540200A (en) | Filter for removing macro particles from plasma beam | |
Bilek et al. | Characterization of a linear Venetian-blind macroparticle filter for cathodic vacuum arcs | |
CN106999952A (en) | Dust arrester unit | |
RU2107968C1 (en) | Device for cleaning plasma-arc evaporator from microparticles (options) | |
JP5377892B2 (en) | A system that facilitates improving the performance of electrostatic precipitators | |
CN102592930B (en) | Ion source | |
CN100460556C (en) | Free open type coil filter | |
RU2516502C1 (en) | Vacuum-arc generator with louver system of plasma filtration from particles | |
KR200487382Y1 (en) | Filter apparatus for arc ion evaporator used in cathodic arc plasma deposition system | |
RU2657273C1 (en) | Method of filtration of drop phase during deposition from vacuum-arc discharge plasma | |
RU2039849C1 (en) | Vacuum arc unit | |
RU2108636C1 (en) | Gear cleaning plasma of arc evaporator from microparticles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190204 |