(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПАРЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ(54) DEVICE FOR EVAPORATION OF ELECTRICAL CONDUCTORS
МАТЕРИАЛОВ В ВАКУУМЕ I2 вестНое устройство, содержащее кольцевой катод, водоохлаждаемый анод и контактирующий с ним изол тор, раздел ющий рабочую поверхность катода от поверхности анода, снабжено магнитной системой с полюсными наконечниками, образующими зазор , над которым расположена рабоча поверхность катода, причем зона контакта ка тод-изол тор смещена относительно оси зазора . Один из вариантов устройства дл испаре ни электропровод щих материалов в вакууме с зоной максимума тангенциальной составл ющей магнитного пол , замкнутой по кольцевой траектории показан на чертеже . Устройство состоит из кольцевого катода 1, выполненного из испар емого материала и снабженного механизмом подачи, водоохлаждаемого анода 2, изол тора 3, раздел ющего участком поверхности 4 рабочую поверхность катода 1 от поверхности анода 2 и магнитной системы, собранной на посто нных кольцевых магнитах 5 и 6, замкнутых между при помощи рма (фланца ) 7 и образующих полюсными наконечниками 8 кольцевую зону с неоднородным магнитпым полем. (Направление магнитного потока в системе показано н чертеже пунктирной линией). Катод 1 с токоподводами расположен в кольцевом .«)ре между полюсными наконечниками 8 магнитов 5 и 6. Катод 1 охлаждаетс )точмой водой охладитс-.ч 9, изолированного от магнитной системы изол торами И) и П. Лнод 2 охлаждме1с. vHcтемой охлаждени 12 и 1;и).щруетс герметичным токовводом 13. Мгх;1ничм подачи vcловно изображен стре;1ками 1 1. Устройство работает следуклцп. образом . При подаче 1И-пак)1;1лтс; имнг- жени lia катод -1 и анод 2 проигхо/ип npo6oii U) поверхности 4 изо;1 торс1 3, на которую предварительно нанесена топка п)ов() нленка и на границе раздела катод-изол тор зарождаетс катодное п тно. Под действие .м неоднородного магпитгюго пол рассе ни (см. пунктир в зазоре мсжду пг) ..иосными наконечниками 8) катодное п 1но совершает сложное движение, быстро пеpe 1eщa clJ вдо.чь линий магнитного по.1 , т. е. по радиусу в зону макси.мума суммарного ПО.-1Я, расположенного вблизи оси зазора .между полюсн1,1.ми Р(акоиечниками 8 магнитной системы и поперек силовы.х .линий магнитного пол . Достигнув максимума пол , катодное п тно движетс го.-1ько лищь поперек силовых линий, пол , т. е. совершает круговое вращение, т. к. в рассматриваемом примере зона магнитного пол замкнута по круговой траектории. Скороеть перемещени катодного н тна зависит от тока дуги и величины тангенциальной составл ющей магнитного пол на рабочей поверхности катода и составл ет дес тки метров в секунду при амплитуде тока дуги 100 А и напр женности пол 200 арстед, причем с ростом тока дуги и величины магнитного пол скорость перемещени катодного п тна возрастает. При горении вакуумной дуги происходит испарение материала катода катодным п тном дуги, генерируетс плазма катодного материала, котора , конденсиру сь на поверхности конденсации, образует покрытие. Отметим, что, с целью увеличени адгезии покрытий ионы плазмы испар емого материала могут быть ускорены электрическим полем, приложенны .м к поверхности конденсации, до энергий в несколько сот электрон-вольт. Часть плазмы (доли процента), генерируема при горении вакуумной дуги, осаждаетс на поверхности 4 изол тора 3 и восстанавливает на ней провод щую пленку, необходимую дл последующего возбуждени вакуумной дуги. Вакуумна дуга горит до момента прохождени тока дуги через ноль, носле чего У тройство вновь готово к работе. При работе устройства катод I расходуетс и принит мает форму, показанную на чертеже щтрихnyiiKTnpoM . Механизм подачи катода обеспечивает перемещение его рабочей поверхности в зону испарени . Таким образом бееконтактное возбуждение вакуумной дуги (отсутствует поджигающий электрод с механически .ад приводо.м) и быстрь й увод катодного п тпа от границы раздела катод-изол тор позвол ет существенно (более чем в 100 раз) увеличить ресурс работы изол тора и тем самьгм в целом повысить надежность )аботы устройства как при питании его от источника посто нного тока (стационарный режп.м) так и переменного (импу.льсный режим ). В последнем случае возможно точное регулирование скорости испарени , а со(тветственно и скорости конденсации дл напы.-пггельных устройств и скорости откачки хчл сорбционных вакуу.мных насосов. Проведены испытани предлагаемого устройств ., работающего в качестве испарител титана в сорбционном вакуумном насосе . Получены следующие параметры: диапазон регулировани скорости испарени от 10- г/час до 30 г/час; максимальна мощность , потребл ема от сети однофазного тока частотой 50 Гц - 3 кВА; врем отка чки объема рабочей камеры старндартной уста} овки вакуумного напылени УВН-2М-2 от форвакуумного давлени 5 10 мм рт. ст. до 10 мм рт. ст. пор дка 15 минут. Такие достоинства устройства как безынерционность включени и выключени , щирокий диапазон регулировани скорости испарени , отсутствие накаленных частей, низкое рабочее нанр жение (до 220 В), универсальность и др. обеспечивают больщие пре имущества по сравнению с известны.ми устройствами как в системах дл получени нокрытий в вакууме из различных провод щих материалов, так и в системах получени безмасл ного вакуума. По сравнению с известным прототипом предлагаемое устройство обладает существенно более высокой надежностью в работе, т. к. позвол ет повысить ресурс работы изол тора - ответственного элемента устройства более чем в 100 раз.MATERIALS IN A VACUUM I2 is a conventional device that contains an annular cathode, a water-cooled anode, and an insulator in contact with it that separates the working surface of the cathode from the surface of the anode and is equipped with a magnetic system with pole tips that form the gap above which is the working surface of the cathode, and This isolator is offset from the axis of the gap. One of the variants of the device for the evaporation of electrically conductive materials in vacuum with the maximum tangential component of the magnetic field closed in a circular path is shown in the drawing. The device consists of an annular cathode 1 made of evaporating material and equipped with a feed mechanism, a water-cooled anode 2, an insulator 3 dividing the working surface of the cathode 1 from the surface of the anode 2 from the surface 4, and the magnetic system assembled on permanent annular magnets 5 and 6, closed between with the help of the rom (flange) 7 and forming with the pole tips 8 an annular zone with a non-uniform magnetic field. (The direction of the magnetic flux in the system is shown in the drawing by a dashed line). The cathode 1 with the current leads is located in the ring. “) Pe between the pole tips 8 of the magnets 5 and 6. The cathode 1 is cooled) with exact water to cool — 9 hours, insulated from the magnetic system by insulators I) and P. Long 2 cooler. vH system cooling 12 and 1; and) is enclosed by a hermetic current lead 13. Mgx; 1 supply of power v is clearly depicted as streamers 1 1 1. The device operates in the following way. in a way. When serving 1I-pack) 1; 1lts; The imia equipment lia cathode -1 and anode 2 loss / un npo6oii U) of surface 4 iso; 1 torso1 3, on which the furnace was applied previously) and () at the interface of the cathode-insulator, a cathode spot appears. Under the action of an inhomogeneous magptigoogo field of scattering (see the dotted line in the gap between each pg) .. with axial tips 8) the cathode p 1 makes a complex movement, quickly turning 1 cj into the magnetic lines of 1, i.e. along the radius in the area of the maxi-mum of the total PO.-1I located near the axis of the gap. between the poles1,1.mi P (magnetic field 8 of the magnetic system and across the force lines of the magnetic field. Having reached the maximum field, the cathode spot moves lisch across the lines of force, the floor, i.e., makes a circular rotation, because in the considered example of zones and the magnetic field is closed along a circular trajectory. The speed of movement of the cathode beam depends on the arc current and the magnitude of the tangential component of the magnetic field on the working surface of the cathode and is tens of meters per second with an amplitude of arc current 100 A and strength of the field 200 Arsted, as the arc current increases and the magnetic field grows, the velocity of the cathode spot increases. When the vacuum arc burns, the cathode material of the cathode arc evaporates, and the plasma of the cathode material is generated, which Coating on the surface of condensation forms a coating. Note that, in order to increase the adhesion of the coatings, the plasma ions of the evaporated material can be accelerated by an electric field applied to the condensation surface, up to energies of several hundred electron volts. A part of the plasma (fractions of a percent) generated when a vacuum arc is burned is deposited on the surface 4 of the insulator 3 and restores the conductive film on it that is necessary for the subsequent initiation of the vacuum arc. The vacuum arc is on until the arc current passes through zero, and then the unit is again ready for operation. When the device is in operation, the cathode I is consumed and takes on the shape shown in the drawing of a graphyiiKTnpoM. The cathode feed mechanism provides movement of its working surface to the evaporation zone. Thus, contact-free excitation of the vacuum arc (there is no ignition electrode with a mechanically-ad drive) and fast removal of the cathode tube from the interface between the cathode and insulator allows significantly (more than 100 times) to increase the service life of the insulator and in general, to increase the reliability of the device operation, both when it is powered from a DC source (stationary mode) and AC (impulse mode). In the latter case, it is possible to precisely control the evaporation rate, and with (respectively, the condensation rate for napa-pggel devices and pumping speed of sorption vacuum pumps. The proposed device has been tested. It works as a titanium evaporator in a sorption vacuum pump. The following are obtained parameters: evaporation rate control range from 10 g / h to 30 g / h; the maximum power consumed from a single-phase current network with a frequency of 50 Hz — 3 kVA; time of pumping out of the working chamber volume of the vacuum vapor deposition of the UVN-2M-2 from the fore vacuum pressure of 5 10 mm Hg to 10 mm Hg for about 15 minutes. Such advantages of the device as inertia on and off, wide range of control of the evaporation rate, no glow parts, low operating voltage (up to 220 V), versatility, etc. provide greater advantages compared to known devices, both in systems for obtaining vacuum noducts from various conductive materials, and in systems for obtaining oil-free vacuum. Compared with the known prototype, the proposed device has a significantly higher reliability in operation, since it allows to increase the service life of the insulator - the responsible element of the device more than 100 times.