RU87065U1 - DEVICE FOR CREATING A HOMOGENEOUS GAS DISCHARGE PLASMA IN LARGE VOLUME TECHNOLOGICAL VACUUM CAMERAS - Google Patents
DEVICE FOR CREATING A HOMOGENEOUS GAS DISCHARGE PLASMA IN LARGE VOLUME TECHNOLOGICAL VACUUM CAMERAS Download PDFInfo
- Publication number
- RU87065U1 RU87065U1 RU2009116388/22U RU2009116388U RU87065U1 RU 87065 U1 RU87065 U1 RU 87065U1 RU 2009116388/22 U RU2009116388/22 U RU 2009116388/22U RU 2009116388 U RU2009116388 U RU 2009116388U RU 87065 U1 RU87065 U1 RU 87065U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- creating
- plasma
- hollow cathode
- discharge
- Prior art date
Links
Abstract
1. Устройство для создания однородной газоразрядной плазмы в технологических вакуумных камерах больших объемов, содержащее вакуумную камеру - анод устройства, на одной из стенок этой камеры расположен корпус, в котором размещены электрически соединенные внутренний термоэмиссионный катод и охватывающий его полый катод, а также средство для создания в области катодов продольного магнитного поля, отличающееся тем, что полый катод имеет форму усеченного конуса, направленного своей расширенной выходной частью в вакуумную камеру. ! 2. Устройство для создания однородной газоразрядной плазмы по п.1, отличающееся тем, значение конусности K=(D-d)/L полого катода, определяющее соотношение между диаметрами большего D и меньшего d сечений конуса полого катода и его длиной L, лежит в диапазоне K=0,15-0,4.1. A device for creating a homogeneous gas-discharge plasma in large-volume technological vacuum chambers, containing a vacuum chamber — the anode of the device, a housing is located on one of the walls of this chamber, in which the electrically connected internal thermionic cathode and its hollow cathode are arranged, as well as means for creating in the region of cathodes of a longitudinal magnetic field, characterized in that the hollow cathode has the shape of a truncated cone directed by its expanded outlet part into a vacuum chamber. ! 2. The device for creating a uniform gas-discharge plasma according to claim 1, characterized in that the taper value K = (Dd) / L of the hollow cathode, which determines the ratio between the diameters of the larger D and smaller d sections of the hollow cathode cone and its length L, lies in the range K = 0.15-0.4.
Description
Полезная модель относится к технике получения плазмы для технологических целей, в частности к устройствам генерации однородно распределенной низкотемпературной плазмы инертных и реакционных газов в больших вакуумных объемах технологических установок и может быть использована в ионно-плазменных технологиях очистки, активации, травления, ионно-плазменного легирования поверхности изделий перед напылением покрытий, плазменно-иммерсионной имплантации, ионно-плазменного ассистирования в процессе напыления покрытий, а также в источниках пучков ионов газов большого сечения.The utility model relates to techniques for producing plasma for technological purposes, in particular to devices for generating a uniformly distributed low-temperature plasma of inert and reaction gases in large vacuum volumes of technological installations and can be used in ion-plasma technologies for cleaning, activation, etching, and ion-plasma alloying of the surface products before spraying coatings, plasma-immersion implantation, ion-plasma assisting in the process of spraying coatings, as well as in the source x beams of gas ions of large cross section.
Известны различные системы получения газоразрядной плазмы для технологических применений. Для создания низкотемпературной газоразрядной плазмы в больших объемах наиболее часто используются тлеющий и высокочастотный разряды. Однако в технологиях обработки изделий значительных размеров с использованием рабочих вакуумных камер больших размеров такие разряды имеют ряд недостатков, которые снижают эффективность их применения. Во-первых, повышенное давление существования тлеющего разряда (1-15 Па) приводит к образованию на обрабатываемой поверхности изделий слоя окислов и загрязнений из атмосферы остаточных газов, а вследствие низких значений плотности и температуры заряженных частиц плазмы тлеющего разряда процессы очистки, травления, азотирования и т.д. происходят неэффективно. Во-вторых, использование тлеющего разряда предполагает применение высоких потенциалов (1-2 кВ), что является опасным фактором для жизни обслуживающего персонала и усложняет схемы электропитания установок.Various gas discharge plasma production systems are known for technological applications. To create a low-temperature gas-discharge plasma in large volumes, glow and high-frequency discharges are most often used. However, in technologies for processing products of significant sizes using large working vacuum chambers, such discharges have a number of disadvantages that reduce the effectiveness of their use. Firstly, the increased pressure of the existence of a glow discharge (1-15 Pa) leads to the formation of a layer of oxides and contaminants from the atmosphere of residual gases on the surface of the products to be treated, and due to the low density and temperature of charged particles of the glow discharge plasma, the processes of cleaning, etching, nitriding, and etc. occur inefficiently. Secondly, the use of a glow discharge involves the use of high potentials (1-2 kV), which is a dangerous factor for the life of maintenance personnel and complicates the power supply circuits of plants.
Использование высокочастотного разряда в технологиях ионно-плазменной обработки в больших вакуумных объемах также имеет ограничения, вследствие низкого КПД и высоких энергетических затрат для получения плазмы необходимой плотности, сложности оборудования и техпроцесса, наличия сильных электромагнитных полей, представляющих опасность для жизнедеятельности человека.The use of a high-frequency discharge in ion-plasma processing technologies in large vacuum volumes also has limitations, due to low efficiency and high energy costs for obtaining plasma of the required density, complexity of equipment and process technology, and the presence of strong electromagnetic fields that are dangerous for human life.
С целью повышения плотности плазмы в больших объемах, снижения рабочих давлений, обеспечения управляемости технологическим процессом в широких диапазонах регулировки плотности плазмы и повышения эффективности обработки изделий в больших плазменных объемах наиболее предпочтительным типом разряда является несамостоятельный дуговой разряд с термоэмиссионным катодом.In order to increase plasma density in large volumes, reduce operating pressures, ensure process control in wide ranges of plasma density adjustment and increase the efficiency of processing products in large plasma volumes, the most preferred type of discharge is a non-self-sustaining arc discharge with a thermionic cathode.
Известны устройства [1. Форрестер А.Т. Интенсивные ионные пучки. М.: Мир, 1992, с.157; 2. Москалев Б.И. Разряд с полым катодом. М.: Энергия, 1969, с.164-169], использующие дуговой разряд с полым самонакаливающимся катодом, состоящие из полого катода диаметром 3-10 мм из тантала, помещенного в продольное магнитное поле, и цилиндрического медного анода, расположенного на одной оси с катодом. Такие устройства обеспечивают токи разряда от 30 до 200 А и, соответственно, высокую концентрацию газоразрядной плазмы. Однако, фактором, усложняющим данные устройства, является то, что для возбуждения дугового разряда в таких устройствах необходимо обеспечить следующие жесткие требования: поддерживать достаточно высокое давление в полом катоде (несколько десятков Па), создать высокий поток газа через катод и магнитное поле со значением индукции в полости катода превышающим 0,01 Т, а также должна быть создана предварительная ионизация газа в разрядном промежутке от внешнего ионизатора.Known devices [1. Forrester A.T. Intense ion beams. M .: Mir, 1992, p. 157; 2. Moskalev B.I. Hollow cathode discharge. M .: Energia, 1969, p.164-169], using an arc discharge with a hollow self-heating cathode, consisting of a hollow cathode with a diameter of 3-10 mm from tantalum placed in a longitudinal magnetic field, and a cylindrical copper anode located on the same axis with cathode. Such devices provide discharge currents from 30 to 200 A and, accordingly, a high concentration of gas-discharge plasma. However, the factor complicating these devices is that in order to initiate an arc discharge in such devices, it is necessary to provide the following strict requirements: maintain a sufficiently high pressure in the hollow cathode (several tens of Pa), create a high gas flow through the cathode and magnetic field with an induction value in the cathode cavity exceeding 0.01 T, and preliminary ionization of the gas in the discharge gap from the external ionizer should also be created.
Известны ионные источники [3. Kaufman H.R. et all. Journal Vacuum Science and Technology, 1982, v.21, p.725; 4. Габович М.Д. и др. Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей. М.: Энергоатомиздат, 1986. с.53], в которых плазма, эмитирующая ионы, создается разрядом с термоэмиссионным катодом и цилиндрическим или кольцевым анодом. Для удержания электронов в разряде и повышения эффективности ионизации в этих устройствах используются магнитные поля, создаваемые соленоидом или постоянными магнитами. Характерным примером устройств такого типа является разрядная система генератора плазмы [5. Varga I.K. Journal Vacuum Science and Technology A, 1989, v.7(4), p.2639], состоящая из термокатода и цилиндрического анода, помещенных в продольное магнитное поле. В такой системе электроны, образованные в результате ионизации атомов газа первичными электронами, эмитируемыми термоэмиссионным катодом и ускоренными в прикатодном падении потенциала, имеют возможность диффундировать поперек линий магнитного поля и оседать на аноде. Данное обстоятельство можно рассматривать как эффект потери ионизационно способных электронов из разряда, который приводит к нестабильному горению разряда при низких давлениях с низкой плотностью генерируемой плазмы в рабочем объеме и необходимости использования дополнительного источника напряжения для зажигания разряда. В то же время известно, что в технологиях ионно-плазменной обработки изделий создание плотной плазмы вблизи обрабатываемой поверхности при низких давлениях позволяет обеспечить высокие производительность и качество процессов очистки, травления, ионно-плазменного азотирования и плазмоассистированного напыления покрытий.Known ion sources [3. Kaufman H.R. et all. Journal of Vacuum Science and Technology, 1982, v. 21, p. 725; 4. Gabovich M.D. and other. Beams of ions and atoms for controlled thermonuclear fusion and technological purposes. M .: Energoatomizdat, 1986. p. 53], in which the plasma emitting ions is created by a discharge with a thermionic cathode and a cylindrical or ring anode. To keep the electrons in the discharge and increase the ionization efficiency, these devices use magnetic fields created by a solenoid or permanent magnets. A typical example of devices of this type is the discharge system of a plasma generator [5. Varga I.K. Journal Vacuum Science and Technology A, 1989, v. 7 (4), p. 2639], consisting of a thermal cathode and a cylindrical anode placed in a longitudinal magnetic field. In such a system, electrons formed as a result of ionization of gas atoms by primary electrons emitted by a thermionic cathode and accelerated in a near-cathode potential drop have the ability to diffuse across the lines of the magnetic field and settle on the anode. This circumstance can be considered as the effect of the loss of ionizable electrons from the discharge, which leads to unstable burning of the discharge at low pressures with a low density of the generated plasma in the working volume and the need to use an additional voltage source to ignite the discharge. At the same time, it is known that in technologies of ion-plasma treatment of products, the creation of a dense plasma near the surface to be treated at low pressures allows for high productivity and quality of the cleaning, etching, ion-plasma nitriding and plasma-assisted coating deposition.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели, взятым за прототип, является устройство для создания низкотемпературной газоразрядной плазмы [6. Патент РФ №2116707, публ. 27.07.1998 г.]. В данном устройстве в качестве полого анода большого размера используется внутренняя поверхность вакуумной камеры, а в качестве катода - комбинированный катод, состоящий из термоэмиссионного катода и окружающего его полого цилиндрического катода, электрически соединенного с термоэмиссионным катодом. Вся конструкция комбинированного катода помещена в цилиндрический корпус, расположенный на одной из стенок вакуумной камеры и охваченный соленоидом для создания в области комбинированного катода магнитного поля. Определенное из экспериментов оптимальное соотношение между диаметром D и длиной L полого катода L=(3-4)D этого генератора плазмы связано с тем, что с увеличением длины, с одной стороны, происходит рост тока разряда, а с другой стороны, затрудняется зажигание разряда, что требует увеличения давления газа, необходимого для уверенного зажигания разряда. Еще одним принципиальным элементом конструкции устройства для создания газоразрядной плазмы является то, что выступающая внутрь за стенки вакуумной камеры часть полого катода имеет длину равную D.The closest analogue of the proposed utility model, taken as a prototype, is a device for creating a low-temperature gas-discharge plasma [6. RF patent No. 2116707, publ. July 27, 1998]. In this device, the inner surface of the vacuum chamber is used as a large hollow anode, and a combined cathode consisting of a thermionic cathode and a surrounding cylindrical cylindrical cathode electrically connected to a thermionic cathode is used as a cathode. The entire design of the combined cathode is placed in a cylindrical housing located on one of the walls of the vacuum chamber and covered by a solenoid to create a magnetic field in the region of the combined cathode. The optimal ratio between the diameter D and the length L of the hollow cathode L = (3-4) D of this plasma generator, determined from experiments, is due to the fact that with an increase in length, on the one hand, the discharge current increases, and on the other hand, the discharge is difficult to ignite , which requires an increase in the gas pressure necessary for reliable ignition of the discharge. Another fundamental structural element of the device for creating a gas-discharge plasma is that the part of the hollow cathode protruding inwardly beyond the walls of the vacuum chamber has a length equal to D.
Применение устройства - прототипа для создания низкотемпературной газоразрядной плазмы в технологиях вакуумной ионно-плазменной обработки изделий позволило повысить эффективность генерации плазмы и стабилизации горения дуги при низких давлениях, расширить технологические возможности плазменной обработки, увеличить производительность процессов и улучшить качество плазмоассистированных покрытий. Как заявляют авторы этого изобретения и показали эксперименты по генерации плазмы в вакуумной камере - аноде объемом 0,25 м3 с использованием разработанного устройства при давлении рабочего газа аргона 10-1 Па и токе разряда 100 А была создана плазма со средним значением концентрации 1010 см-3 и неоднородностью распределения по объему всей вакуумной камеры ±20% от среднего значения. Однако, в результате эксплуатации данного устройства было установлено, что неоднородность распределения плазмы, обеспечиваемая при его работе (±20% от среднего значения во всем пространстве вакуумной камеры объемом 0,25 м3), имеет чрезмерно, а в некоторых случаях и недопустимо высокое значение, приводящее к неравномерности плазменной обработки (нагрева, активации, травления, легирования и плазмоассистированного напыления покрытий) изделий, находящихся в разных областях пространства рабочей вакуумной камеры, что обусловливает недостаточное качество технологических процессов.The use of a prototype device for creating a low-temperature gas-discharge plasma in vacuum ion-plasma processing of products allowed to increase the efficiency of plasma generation and stabilize arc burning at low pressures, expand the technological capabilities of plasma processing, increase process productivity and improve the quality of plasma-assisted coatings. As the authors of this invention claim, they showed experiments on plasma generation in a vacuum chamber — an anode of 0.25 m 3 volume using a developed device with an argon working gas pressure of 10 -1 Pa and a discharge current of 100 A; a plasma was created with an average concentration of 10 10 cm -3 and the heterogeneity of the distribution throughout the entire vacuum chamber ± 20% of the average value. However, as a result of the operation of this device, it was found that the heterogeneity of the plasma distribution provided during its operation (± 20% of the average value in the entire space of the vacuum chamber with a volume of 0.25 m 3 ) is excessively, and in some cases, an unacceptably high value leading to uneven plasma treatment (heating, activation, etching, alloying and plasma-assisted coating deposition) of products located in different areas of the working vacuum chamber space, which causes insufficient st quality processes.
Таким образом, задача разработки эффективного устройства для создания однородной газоразрядной плазмы в вакуумных камерах больших объемов остается по-прежнему актуальной.Thus, the task of developing an effective device for creating a uniform gas-discharge plasma in large-volume vacuum chambers remains relevant.
Технический результат достигаемый предлагаемым устройством заключается в увеличении концентрации газоразрядной плазмы и однородности ее распределения в технологических вакуумных камерах больших объемов.The technical result achieved by the proposed device is to increase the concentration of gas-discharge plasma and the uniformity of its distribution in large-volume technological vacuum chambers.
Для достижения указанного технического результата предлагаемое устройство для создания однородной газоразрядной плазмы в технологических вакуумных камерах больших объемов содержит, как и прототип, вакуумную камеру - анод устройства, на одной из стенок этой камеры расположен корпус, в котором размещены электрически соединенные внутренний термоэмиссионный катод и охватывающий его полый катод, а также средство для создания в области катодов продольного магнитного поля. В отличие от прототипа полый катод имеет форму усеченного конуса, направленного своей расширенной частью в вакуумную камеру.To achieve the specified technical result, the proposed device for creating a homogeneous gas-discharge plasma in large-volume technological vacuum chambers contains, like the prototype, a vacuum chamber — the anode of the device, a housing is located on one of the walls of this chamber, in which the electrically connected internal thermionic cathode and its covering are placed a hollow cathode, as well as a means for creating a longitudinal magnetic field in the cathode region. Unlike the prototype, the hollow cathode has the shape of a truncated cone directed by its expanded part into the vacuum chamber.
Целесообразно чтобы значение конусности K=(D-d)/L полого катода, определяющее соотношение между диаметрами большего D и меньшего d сечений конуса полого катода и его длиной L, лежало в диапазоне К=0,15-0,4.It is advisable that the value of the taper K = (D-d) / L of the hollow cathode, which determines the ratio between the diameters of the larger D and smaller d sections of the cone of the hollow cathode and its length L, lies in the range K = 0.15-0.4.
На чертеже представлена схема примера выполнения конструкции предложенного устройства для создания однородной газоразрядной плазмы. Устройство содержит полый катод 1 круговой конической формы (длиной L=500 мм, диаметром большего сечения - выходного отверстия D=180 мм, диаметром меньшего сечения d=80 мм). Полый конический катод 1 электрически соединен с термоэмиссионным катодом 2, размещенным внутри полого конического катода 1. Полый конический катод 1 помещен внутрь цилиндрического корпуса 3, выполненного из немагнитного материала и соединенного с технологической вакуумной камерой 4. Вакуумная камера 4 является анодом устройства, для чего соответствующим образом подключена к источнику питания. Снаружи цилиндрический корпус 3 охвачен средством для создания в области катодов продольного магнитного поля, выполненным в виде соленоида 5. Соленоид 5 создает в области катодов продольное магнитное поле с индукцией 0,02 Т. Термоэмиссионный катод 2 изготовлен из вольфрамовой проволоки диаметром 1,5-2 мм. Рабочий газ (аргон, азот и др.) с расходом 200-1000 см3ат/ч поступает в катодную полость через отверстие 6. В технологической вакуумной камере 4 размещены обрабатываемые изделия 7. Электропитание накала термоэмиссионного катода 2 осуществляется от источника накала 8, а электропитание дугового газового разряда - от выпрямителя 9.The drawing shows a diagram of an example of the construction of the proposed device for creating a uniform gas-discharge plasma. The device contains a hollow cathode 1 of a circular conical shape (L = 500 mm long, with a larger cross-section diameter and an exit hole D = 180 mm, and a smaller cross-section diameter d = 80 mm). The hollow conical cathode 1 is electrically connected to the thermionic cathode 2 located inside the hollow conical cathode 1. The hollow conical cathode 1 is placed inside a cylindrical body 3 made of non-magnetic material and connected to the process vacuum chamber 4. The vacuum chamber 4 is the anode of the device, for which the corresponding connected to a power source. Outside, the cylindrical body 3 is surrounded by a means for creating a longitudinal magnetic field in the form of a solenoid in the cathode region 5. Solenoid 5 creates a longitudinal magnetic field in the cathode region with an induction of 0.02 T. The thermionic cathode 2 is made of a tungsten wire with a diameter of 1.5-2 mm The working gas (argon, nitrogen, etc.) with a flow rate of 200-1000 cm 3 at / h enters the cathode cavity through the hole 6. The processed products are placed in the technological vacuum chamber 4 7. The heat emission of the thermal emission cathode 2 is supplied from the glow source 8, and power supply of the arc gas discharge - from the rectifier 9.
Устройство для создания однородной газоразрядной плазмы работает следующим образом. При подаче электропитания накала к термоэмиссионному катоду 2, постоянного напряжения к разрядному промежутку катод - вакуумная камера - анод от источника накала 8 и выпрямителя 9 соответственно и установлении напуска рабочего газа, эмитируемые термоэмиссионным катодом 2 электроны ионизируют газ, и, вследствие провисания потенциала в полость конического полого катода 1, возникает эффект полого катода, состоящий в образовании катодного падения потенциала у внутренних стенок катодной полости. Электроны, отражаясь от потенциального барьера, совершают колебательные движения в полости и эффективно ионизируют газ. Ионы, ускоренные в прикатодном слое положительного пространственного заряда, бомбардируют поверхность внутренних стенок катодной полости, вызывая эмиссию вторичных электронов, которые усиливают ионизацию газа. Расширяющаяся плазма создает условия для зажигания дугового разряда между коническим полым катодом 1 и стенками вакуумной камеры 4, которая является полым анодом. Таким образом, вакуумная камера 4 заполняется однородной плазмой. Так как площадь полого катода 1 значительно больше площади термоэмиссионного катода 2, также как и в устройстве - прототипе, была достигнута достаточная эффективность генерации плазмы с уменьшением эрозии термоэмиссионного катода 2 - элемента, определяющего срок непрерывной работы устройства, и с максимально сниженной вероятностью перехода диффузной формы разряда в контрагированную с большим расходом материала катода.A device for creating a homogeneous discharge plasma works as follows. When applying electrical power to the thermal emission cathode 2, constant voltage to the discharge gap, the cathode - vacuum chamber - anode from the glow source 8 and rectifier 9, respectively, and establishing a working gas inlet, the electrons emitted by the thermal emission cathode 2 ionize the gas, and, due to the potential sagging into the conical cavity of the hollow cathode 1, the hollow cathode effect occurs, which consists in the formation of a cathodic potential drop at the inner walls of the cathode cavity. Electrons, reflected from the potential barrier, oscillate in the cavity and effectively ionize the gas. Ions accelerated in the near-cathode layer of positive space charge bombard the surface of the inner walls of the cathode cavity, causing the emission of secondary electrons, which enhance the ionization of the gas. The expanding plasma creates the conditions for ignition of an arc discharge between the conical hollow cathode 1 and the walls of the vacuum chamber 4, which is a hollow anode. Thus, the vacuum chamber 4 is filled with a uniform plasma. Since the area of the hollow cathode 1 is much larger than the area of the thermionic cathode 2, as well as in the prototype device, a sufficient plasma generation efficiency was achieved with a decrease in the erosion of the thermionic cathode 2, an element that determines the duration of the continuous operation of the device, and with a reduced probability of diffuse shape transition discharge into a counterparty cathode with a high consumption of material.
Экспериментально определенное оптимальное значение конусности полого катода 1 K=(D-d)/L=0,15-0,4 связано с тем, что уменьшение конусности (например, увеличение длины полого катода 1 при неизменных диаметрах большего и меньшего его концов), с одной стороны, приводит к росту тока разряда и эффективности генерации плазмы, а с другой стороны, приводит к ухудшению однородности распределения плазмы по объему рабочей вакуумной камеры и затрудненному зажиганию разряда, требующего повышения давления рабочего газа и напряжения на разрядном промежутке (см. таблицу). Приведенные в таблице значения токов разряда и значений напряжения его горения получены при токе накала катода 140 А и давлении рабочего газа (аргон), равном 6·10-2 Па. Результаты экспериментов, обозначенные в таблице графой «без полого катода», были получены при отсутствии полого катода 1.The experimentally determined optimal value of the taper of the hollow cathode 1 K = (Dd) / L = 0.15-0.4 is due to the fact that a decrease in taper (for example, an increase in the length of the hollow cathode 1 with constant diameters of the larger and smaller ends), with one on the other hand, it leads to an increase in the discharge current and plasma generation efficiency, and on the other hand, it leads to a deterioration in the uniformity of the plasma distribution over the volume of the working vacuum chamber and to difficult ignition of the discharge, which requires an increase in the working gas pressure and voltage across the discharge gap (see table). The values of the discharge currents and the values of its burning voltage given in the table were obtained at a cathode glow current of 140 A and a working gas pressure (argon) of 6 · 10 -2 Pa. The experimental results indicated in the table by the column “without a hollow cathode” were obtained in the absence of a hollow cathode 1.
В отличие от устройства - прототипа, где применяется полый катод цилиндрической конфигурации, применение в предлагаемом устройстве полого катода конической формы обусловливает возникновение угла отличающегося от 90° между векторами электрического поля в катодном падении потенциала и направленного вдоль оси устройства магнитного поля В. Благодаря этому, электроны, эмитированные внутренней катодной поверхностью конической формы и ускоренные в прикатодном ионном слое, приобретают составляющую скорости параллельную В. В результате все быстрые электроны принудительно направляются к выходному концу конического полого катода 1, что приводит к дополнительному увеличению тока разряда и концентрации генерируемой плазмы, а также эффективности и однородности ее генерации.In contrast to the prototype device, where a hollow cathode of a cylindrical configuration is used, the use of a conical hollow cathode in the proposed device causes an angle different from 90 ° between the electric field vectors in the cathode potential drop and the magnetic field B directed along the device axis. Due to this, the electrons emitted by the conical inner cathode surface and accelerated in the near-cathode ion layer acquire a velocity component parallel to B. As a result, all Red Fast electrons are forcibly sent to the output end of the conical hollow cathode 1, which results in a further increase of the discharge current and the generated plasma concentrations, as well as the efficiency and uniformity of its generation.
Эксперименты по генерации газоразрядной плазмы в такой же, как и в прототипе, технологической вакуумной камере 4 объемом 0,25 м3 и в таких же, как и в прототипе, условиях показали, что с применением предлагаемого устройства была создана плазма аргона с такой же как и в прототипе концентрацией, но с неоднородностью распределения по всему объему вакуумной камеры не хуже ±5% от среднего значения ее плотности, в отличие от значения этой величины ±20%, достигнутого в прототипе. Полученный результат предлагаемого изобретения позволит уменьшить время, повысить производительность и улучшить качество процессов плазменной обработки в больших вакуумных технологических объемах.Experiments on the generation of gas-discharge plasma in the same as in the prototype technological vacuum chamber 4 with a volume of 0.25 m 3 and in the same conditions as in the prototype showed that using the proposed device an argon plasma was created with the same and in the prototype, the concentration, but with a heterogeneity of distribution throughout the volume of the vacuum chamber is not worse than ± 5% of the average value of its density, in contrast to the value of ± 20% achieved in the prototype. The obtained result of the invention will reduce time, increase productivity and improve the quality of plasma processing processes in large vacuum process volumes.
Полезная модель позволит повысить однородность распределения генерируемой газоразрядной плазмы в технологических вакуумных камерах большого объема, а также эффективность и управляемость процессов очистки, активации, травления, ионно-плазменного легирования поверхности изделий перед напылением покрытий, плазменно-иммерсионной имплантации, ионно-плазменного ассистирования в процессе напыления покрытий в условиях высокопроизводительного производства.The utility model will improve the uniformity of the distribution of the generated gas-discharge plasma in large-volume technological vacuum chambers, as well as the efficiency and controllability of the processes of cleaning, activation, etching, ion-plasma alloying of the product surface before spraying coatings, plasma-immersion implantation, and ion-plasma assisting during the spraying process coatings in high-performance production.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009116388/22U RU87065U1 (en) | 2009-04-29 | 2009-04-29 | DEVICE FOR CREATING A HOMOGENEOUS GAS DISCHARGE PLASMA IN LARGE VOLUME TECHNOLOGICAL VACUUM CAMERAS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009116388/22U RU87065U1 (en) | 2009-04-29 | 2009-04-29 | DEVICE FOR CREATING A HOMOGENEOUS GAS DISCHARGE PLASMA IN LARGE VOLUME TECHNOLOGICAL VACUUM CAMERAS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU87065U1 true RU87065U1 (en) | 2009-09-20 |
Family
ID=41168392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009116388/22U RU87065U1 (en) | 2009-04-29 | 2009-04-29 | DEVICE FOR CREATING A HOMOGENEOUS GAS DISCHARGE PLASMA IN LARGE VOLUME TECHNOLOGICAL VACUUM CAMERAS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU87065U1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2513119C2 (en) * | 2012-06-20 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН) | Method of forming self-incandescent hollow cathode from titanium nitride for nitrogen plasma generating system |
| RU2711180C1 (en) * | 2019-04-16 | 2020-01-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Low-temperature magnetoactive plasma formation device in large volumes |
| RU2737006C1 (en) * | 2020-06-09 | 2020-11-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for generation of electromagnetic disturbances in low-temperature magnetoactive plasma |
| WO2022066135A1 (en) * | 2020-09-25 | 2022-03-31 | Национальный Научный Центр "Харьковский Физико-Технический Институт" (Ннц Хфти) | Method for producing cathodic vacuum arc plasma |
-
2009
- 2009-04-29 RU RU2009116388/22U patent/RU87065U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2513119C2 (en) * | 2012-06-20 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук (ИЭФ УрО РАН) | Method of forming self-incandescent hollow cathode from titanium nitride for nitrogen plasma generating system |
| RU2711180C1 (en) * | 2019-04-16 | 2020-01-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Low-temperature magnetoactive plasma formation device in large volumes |
| RU2737006C1 (en) * | 2020-06-09 | 2020-11-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for generation of electromagnetic disturbances in low-temperature magnetoactive plasma |
| WO2022066135A1 (en) * | 2020-09-25 | 2022-03-31 | Национальный Научный Центр "Харьковский Физико-Технический Институт" (Ннц Хфти) | Method for producing cathodic vacuum arc plasma |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5015493A (en) | Process and apparatus for coating conducting pieces using a pulsed glow discharge | |
| US6250250B1 (en) | Multiple-cell source of uniform plasma | |
| Lu et al. | Atmospheric pressure nonthermal plasma sources | |
| JP2006505906A (en) | Method and apparatus for generating high density plasma | |
| US6246059B1 (en) | Ion-beam source with virtual anode | |
| Vintizenko et al. | Hollow-cathode low-pressure arc discharges and their application in plasma generators and charged-particle sources | |
| RU87065U1 (en) | DEVICE FOR CREATING A HOMOGENEOUS GAS DISCHARGE PLASMA IN LARGE VOLUME TECHNOLOGICAL VACUUM CAMERAS | |
| RU134697U1 (en) | HIGH-FREQUENCY RADIATION GENERATOR BASED ON A Hollow Cathode Discharge | |
| Vorobyov et al. | Investigation of the stability of the electron source with a multi-aperture plasma emitter generating a large cross-section electron beam | |
| Kazakov et al. | Influence of electron beam generation on the parameters and emission characteristics of a constricted arc discharge in a pulsed forevacuum plasma-cathode electron source | |
| RU116733U1 (en) | DEVICE FOR CREATING A HOMOGENEOUS DISTRIBUTED GAS DISCHARGE PLASMA IN LARGE VACUUM VOLUMES OF TECHNOLOGICAL INSTALLATIONS | |
| US6870164B1 (en) | Pulsed operation of hall-current ion sources | |
| WO2002019379A1 (en) | Device and process for producing dc glow discharge | |
| RU2167466C1 (en) | Plasma ion source and its operating process | |
| CN112004304B (en) | Corona composite dielectric barrier discharge plasma jet generating device | |
| RU2116707C1 (en) | Device for generation of low-temperature gas- discharge plasma | |
| RU2620603C2 (en) | Method of plasma ion working source and plasma ion source | |
| KR101748739B1 (en) | Atmospheric pressure plasma device with surface dielectric barrier discharge with gas flow guide | |
| RU165688U1 (en) | GAS DISCHARGE PLASMA GENERATOR WITH LOW PRESSURE OF IGNITION DISCHARGE | |
| RU2789534C1 (en) | High-frequency plasma source | |
| RU2799184C1 (en) | Method for generating low-temperature plasma in narrow extended metal tubes | |
| RU2621283C2 (en) | Method for carrying out glow discharge and device for its implementation | |
| RU2237942C1 (en) | Heavy-current electron gun | |
| RU2725788C1 (en) | Device for surface treatment of metal and metal-ceramic articles | |
| RU2371803C1 (en) | Plasma ion source |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20130430 |