UA101678C2 - Vacuum arc evaporator FOR GENERATING cathode plasma - Google Patents
Vacuum arc evaporator FOR GENERATING cathode plasma Download PDFInfo
- Publication number
- UA101678C2 UA101678C2 UAA201104301A UAA201104301A UA101678C2 UA 101678 C2 UA101678 C2 UA 101678C2 UA A201104301 A UAA201104301 A UA A201104301A UA A201104301 A UAA201104301 A UA A201104301A UA 101678 C2 UA101678 C2 UA 101678C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- cathode
- ferromagnetic
- tubular body
- electromagnetic coil
- vacuum
- Prior art date
Links
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 82
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 53
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 abstract description 8
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 abstract description 8
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 abstract description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 10
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 6
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 101000614028 Vespa velutina Phospholipase A1 verutoxin-1 Proteins 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
- C23C14/325—Electric arc evaporation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/08—Ion sources; Ion guns using arc discharge
- H01J27/14—Other arc discharge ion sources using an applied magnetic field
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32055—Arc discharge
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Винахід належить до техніки отримання високошвидкісних потоків плазми при електродуговому випаровуванні твердотільного катода у вакуумі. Він може бути використаний для отримання різних типів покриттів або плівок різного призначення шляхом осадження іонів плазмового потоку на поверхнях оброблюваних виробів.The invention relates to the technique of obtaining high-speed plasma flows during electric arc evaporation of a solid cathode in a vacuum. It can be used to obtain different types of coatings or films for different purposes by deposition of plasma flow ions on the surfaces of processed products.
Відомий вакуумно-дуговий випарник для генерування катодної плазми (див., наприклад, |11).A known vacuum-arc evaporator for the generation of cathode plasma (see, for example, |11).
Цей випарник містить анод, трубчастий корпус з немагнітного металу з закритим зовнішнім торцем. Трубчастий корпус охоплений електромагнітною котушкою. Всередину нього через осьовий отвір в його зовнішній торець введений з використанням вакуумного ущільнення ізольований від корпусу утримувач катода з прикріпленим до нього циліндричним катодом з торцевою випаровуваною поверхнею. Циліндричний катод розташований співвісно з анодом.This vaporizer contains an anode, a tubular body of non-magnetic metal with a closed outer end. The tubular body is surrounded by an electromagnetic coil. A cathode holder isolated from the body with a cylindrical cathode with an end vaporized surface attached to it is inserted into it through an axial hole in its outer end using a vacuum seal. The cylindrical cathode is located coaxially with the anode.
Поблизу торцевої випаровуваної поверхні катода закріплено феромагнітне кільце, діаметр отвору якого перевищує діаметр катода. Поблизу бічної поверхні катода, закріплений електророзрядний запалювальний пристрій. За допомогою цього пристрою здійснюють підпалення дугового розряду. На бічній поверхні катода збуджується катодна пляма, яка під дією магнітного поля переміщується на торцеву випаровувану поверхню. Напруженість магнітного поля, що створюється електромагнітною котушкою, яка охоплює трубчастий корпус, в області робочого торця катода складає 20-30 Е. Деяке підсилення цього магнітного поля в області бічної поверхні у торця катода для прискорення виведення катодної плями на торець катода досягається за допомогою вищезазначеного феромагнітного кільця. Це магнітне поле сприяє також утриманню катодної плями на торці катода.A ferromagnetic ring is fixed near the end evaporated surface of the cathode, the diameter of the hole of which exceeds the diameter of the cathode. An electric discharge ignition device is fixed near the side surface of the cathode. This device is used to ignite an arc discharge. A cathode spot is excited on the side surface of the cathode, which, under the action of the magnetic field, moves to the end evaporated surface. The strength of the magnetic field created by the electromagnetic coil, which covers the tubular body, in the region of the working end of the cathode is 20-30 E. A certain strengthening of this magnetic field in the region of the side surface at the end of the cathode to accelerate the removal of the cathode spot on the end of the cathode is achieved with the help of the above-mentioned ferromagnetic rings This magnetic field also helps to keep the cathode spot on the end of the cathode.
Проте, величина магнітного поля у торцевій поверхні катода є недостатньою для стабільної роботи вакуумно-дугового випарника, особливо в умовах низького тиску Р газу в вакуумній камері (Р « 10 - З Па).However, the magnitude of the magnetic field at the end surface of the cathode is insufficient for the stable operation of the vacuum-arc evaporator, especially in conditions of low pressure Р gas in the vacuum chamber (Р « 10 - З Pa).
Підвищити напруженість магнітного поля у вказаній області можна за допомогою більш потужної електромагнітної котушки, що охоплює трубчастий корпус. Така котушка використовується в іншому відомому вакуумно-дуговому випарнику для генерування катодної плазми (див., наприклад |21). Більш потужне магнітне поле в області робочого торця катода забезпечує не тільки надійнішу стабілізацію катодної плями на випаровуваній (робочій) поверхні катода, а також збільшує стабільність дугового розряду. Проте, для збільшення надійності підпалення дуги за рахунок збільшення швидкості виходу катодної плями дуги з бічної поверхні катода на його випаровуваний робочий торець, необхідно збільшити величину гострого кута нахилу силових ліній магнітного поля до бічної поверхні катода до такої величини, при якій швидкість виходу катодної плями буде достатньою для забезпечення його надійного виводу на робочий торець катода до того, як відбудеться спонтанне згасання дуги. Це забезпечується тим, що катод виконують у вигляді зрізаного конуса, мала основа якого є робочим торцем.It is possible to increase the strength of the magnetic field in the indicated area with the help of a more powerful electromagnetic coil covering the tubular body. Such a coil is used in another known vacuum-arc evaporator for generating cathode plasma (see, for example |21). A stronger magnetic field in the region of the working end of the cathode provides not only more reliable stabilization of the cathode spot on the evaporating (working) surface of the cathode, but also increases the stability of the arc discharge. However, in order to increase the reliability of arc ignition by increasing the rate of exit of the cathode spot of the arc from the side surface of the cathode to its evaporated working end, it is necessary to increase the acute angle of inclination of the lines of force of the magnetic field to the side surface of the cathode to such a value that the exit speed of the cathode spot will be sufficient to ensure its reliable output to the working end of the cathode before the spontaneous extinction of the arc occurs. This is ensured by the fact that the cathode is made in the form of a truncated cone, the small base of which is the working end.
Такий вакуумно-дуговий випарник має наступні істотні недоліки: - вихідні параметри плазмового потоку змінюються залежно від витрати катода при його випаровуванні. Це пов'язано з тим, що при випаровуванні катода збільшується розмір його поперечного перерізу торцевої випаровуваної поверхні, що обумовлено його конічною формою; - для зростання магнітного поля біля торця катода збільшують габарити електромагнітної котушки; - неефективно використовується електрична енергія, що витрачається на створення магнітного поля за допомогою електромагнітної котушки внаслідок значного розсіяння магнітного поля.Such a vacuum-arc evaporator has the following significant disadvantages: - the initial parameters of the plasma flow change depending on the consumption of the cathode during its evaporation. This is due to the fact that during evaporation of the cathode, the size of its cross-section of the end evaporated surface increases, which is due to its conical shape; - to increase the magnetic field near the end of the cathode, the dimensions of the electromagnetic coil are increased; - the electrical energy spent on creating a magnetic field with the help of an electromagnetic coil is used inefficiently due to significant dispersion of the magnetic field.
Відомо про вакуумно-дуговий випарник для генерування катодної плазми |З), який прийнятий за прототип. Він містить: трубчастий корпус, виконаний з немагнітного металу, закритий із зовнішнього торця; електромагнітну котушку, що охоплює трубчастий корпус; циліндричний катод з торцевою випаровуваною поверхнею, прикріплений до утримувача, який з використанням вакуумного ущільнення введений всередину трубчастого корпусу через осьовий отвір в його зовнішньому торці; феромагнітну втулку, що охоплює утримувач катода; феромагнітне кільце, з отвором, діаметр якого перевищує діаметр катода, розміщене поблизу його торцевої випаровуваної поверхні співвісно з ним; електророзрядний запалювальний пристрій, закріплений поблизу бічної поверхні катода. Трубчастий анод цього випарника розташований всередині трубчастого корпуса навпроти катода. Електромагнітна котушка, що охоплює цей корпус в тій частині, яка охоплює бічну поверхню катода, має щільність намотування витків не менш ніж у 2 рази більшу, ніж відповідна щільність намотування навколо анода.It is known about the vacuum-arc evaporator for generating cathode plasma |Z), which is taken as a prototype. It contains: a tubular body made of non-magnetic metal, closed from the outer end; an electromagnetic coil covering a tubular body; a cylindrical cathode with an end vaporized surface, attached to a holder, which, using a vacuum seal, is inserted into the tubular body through an axial hole in its outer end; a ferromagnetic sleeve covering the cathode holder; a ferromagnetic ring, with a hole whose diameter exceeds the diameter of the cathode, placed near its end vaporized surface coaxially with it; electric discharge ignition device fixed near the side surface of the cathode. The tubular anode of this evaporator is located inside the tubular body opposite the cathode. The electromagnetic coil covering this body in the part that covers the side surface of the cathode has a winding density of turns not less than 2 times greater than the corresponding winding density around the anode.
Завдяки феромагнітному кільцю і феромагнітній втулці коректується дія магнітного поля.Due to the ferromagnetic ring and ferromagnetic sleeve, the effect of the magnetic field is corrected.
Така корекція забезпечує гострий кут нахилу силових ліній магнітного поля до бічної поверхні бо циліндричного катода. Такий кут має місце скрізь, де виникає катодна пляма на бічній поверхні катода в межах довжини ділянки електромагнітної котушки, що охоплює бічну поверхню катода, і що має велику щільність намотування.This correction provides a sharp angle of inclination of the lines of force of the magnetic field to the side surface of the cylindrical cathode. Such an angle occurs wherever a cathode spot occurs on the side surface of the cathode within the length of the section of the electromagnetic coil covering the side surface of the cathode and having a high winding density.
При підпаленні дуги в цьому пристрої під дією магнітного поля, нахиленого до бічної поверхні катода, катодна пляма, рухаючись упоперек тангенціальної складової магнітного поля, здійснює дрейф у бік гострого кута нахилу до робочого торця катода (див., наприклад, |41). Після виходу на торець пляма продовжує залишатися на ньому, здійснюючи хаотичні переміщення вздовж радіуса катода і направлений рух поперек тангенціальної складової магнітного поля на робочому торці катода. При цьому, завдяки наявності феромагнітного кільця і феромагнітної втулки, що підсилюють магнітне поле, відхід плями з робочої поверхні, практично виключається навіть за наявності в об'ємі активних газів. Потік ерозійної плазми матеріалу, з якого виготовлений катод, під дією магнітного поля прямує, практично, повністю у бік утримувача, на якому закріплені оброблювані вироби.When an arc is ignited in this device under the influence of a magnetic field inclined to the side surface of the cathode, the cathode spot, moving across the tangential component of the magnetic field, drifts towards the acute angle of inclination to the working end of the cathode (see, for example, |41). After reaching the end, the spot continues to remain on it, performing chaotic movements along the radius of the cathode and directed movement across the tangential component of the magnetic field on the working end of the cathode. At the same time, due to the presence of a ferromagnetic ring and a ferromagnetic sleeve, which strengthen the magnetic field, the removal of the stain from the working surface is practically excluded even in the presence of active gases in the volume. The flow of erosion plasma of the material from which the cathode is made, under the influence of the magnetic field, is directed almost completely towards the holder, on which the processed products are fixed.
Перевагою даного вакуумно-дугового випарника перед іншими аналогами є висока стабільність горіння дуги при використанні довгих циліндричних катодів, які мають великий ресурс, а також більш висока стабільність горіння дуги в умовах більш високого тиску реактивного газу. Це дозволяє підвищити вміст неметалічного компонента реакції в отримуваних покриттях.The advantage of this vacuum-arc evaporator over other analogs is the high stability of arc burning when using long cylindrical cathodes that have a long life, as well as higher stability of arc burning in conditions of higher reactive gas pressure. This makes it possible to increase the content of the non-metallic component of the reaction in the obtained coatings.
Проте, величина магнітного поля на робочій поверхні катода все ще залишається недостатньою. Вона не забезпечує необхідної високої швидкості переміщення катодних плям вакуумної дуги на цій поверхні, щоб зменшити краплинну фазу в продуктах ерозії катода і збільшити ефективність його використання. Збільшення величини магнітного поля в області робочого торця катода шляхом збільшення струму в електромагнітній котушці вище номінального неефективно, оскільки призводить до її перегріву, особливо в тій її частині, яка охоплює катод. Мала величина тангенціальної складової напруженості магнітного поля на робочій поверхні катода є основною причиною малої направленої швидкості переміщення катодної плями в напрямі, перпендикулярному до цієї складової. В цьому випадку швидкість руху катодних плям дуги визначатиметься в основному швидкістю їх хаотичного переміщення, що явно недостатньо для зменшення теплового навантаження на поверхні катода в області катодної плями дуги і зменшення краплинної фази в продуктах ерозії катода. Ці недоліки,However, the magnitude of the magnetic field on the working surface of the cathode still remains insufficient. It does not provide the necessary high speed of movement of the cathode spots of the vacuum arc on this surface in order to reduce the droplet phase in the erosion products of the cathode and increase the efficiency of its use. Increasing the magnitude of the magnetic field in the region of the working end of the cathode by increasing the current in the electromagnetic coil above the nominal value is ineffective, as it leads to its overheating, especially in that part of it that covers the cathode. The small value of the tangential component of the magnetic field strength on the working surface of the cathode is the main reason for the low directional speed of the cathode spot movement in the direction perpendicular to this component. In this case, the speed of movement of the cathode spots of the arc will be determined mainly by the speed of their chaotic movement, which is clearly insufficient to reduce the thermal load on the surface of the cathode in the area of the cathode spot of the arc and to reduce the droplet phase in the cathode erosion products. These disadvantages
Зо властиві вакуумно-дуговому випарнику, прийнятому за прототип, знижують ефективність його роботи і не дозволяють зменшити краплинну фазу плазмового потоку. Вони також є основним гальмом ширшого використання існуючих конструкцій вакуумно-дугових випарників в промисловості для нанесення стабільних за якістю покриттів різних типів вакуумно-дуговим методом.The characteristics of the vacuum-arc evaporator, taken as a prototype, reduce the efficiency of its operation and do not allow reducing the droplet phase of the plasma flow. They are also the main obstacle to the wider use of existing designs of vacuum-arc evaporators in industry for applying quality-stable coatings of various types by the vacuum-arc method.
Задачею, на вирішення якої направлений пропонований винахід, є удосконалення вакуумно- дугового випарника катодної плазми для підвищення ефективності його роботи. Ефективність роботи випарника повинна збільшитися за рахунок зменшення неефективної витрати катодного матеріалу внаслідок його розбризкування з катодних плям дуги, а також за рахунок зменшення дифузійних втрат плазми поперек магнітного поля. Це забезпечить збільшення вихідного іонного струму при одночасному зменшенні швидкості витрати катодного матеріалу. Задача повинна вирішуватися шляхом додавання феромагнітних конструктивних елементів, які разом з наявними в прототипі феромагнітними елементами повинні підвищити напруженість магнітного поля і, відповідно, його тангенціальну складову на випаровуваній поверхні катода. Збільшення напруженості магнітного поля на робочому торці катода не повинне привести до помітного збурення фокусуючого магнітного поля усередині анода.The problem to be solved by the proposed invention is the improvement of the vacuum-arc evaporator of the cathode plasma to increase the efficiency of its operation. The efficiency of the evaporator should increase by reducing the inefficient consumption of cathode material due to its splashing from the cathode spots of the arc, as well as by reducing diffusion losses of the plasma across the magnetic field. This will ensure an increase in the output ion current while simultaneously reducing the consumption rate of the cathode material. The problem should be solved by adding ferromagnetic structural elements, which, together with the ferromagnetic elements present in the prototype, should increase the intensity of the magnetic field and, accordingly, its tangential component on the evaporating surface of the cathode. An increase in the strength of the magnetic field at the working end of the cathode should not lead to a noticeable disturbance of the focusing magnetic field inside the anode.
Поставлена задача вирішується у вакуумно-дуговому випарнику катодної плазми, що патентується. Цей випарник також, як і випарник прийнятий за прототип, містить: анод, трубчастий корпус, виконаний з немагнітного металу, закритий із зовнішнього торця, електромагнітну котушку, що охоплює трубчастий корпус, циліндричний катод із торцевою випаровуваною поверхнею, прикріплений до утримувача, який введений всередину трубчастого корпусу через осьовий отвір в його зовнішньому торці з використанням вакуумного ущільнення, феромагнітну втулку, що охоплює утримувач катода, феромагнітне кільце з діаметром отвору, більшим за діаметр катода, розміщене поблизу його торцевої випаровуваної поверхні співвісно з ним, електророзрядний запалювальний пристрій, закріплений поблизу бічної поверхні катода.The task is solved in a vacuum-arc evaporator of cathode plasma, which is patented. This evaporator also, like the evaporator adopted as a prototype, contains: an anode, a tubular body made of non-magnetic metal, closed from the outer end, an electromagnetic coil covering the tubular body, a cylindrical cathode with an end vaporized surface, attached to a holder, which is inserted inside tubular body through an axial hole in its outer end using a vacuum seal, a ferromagnetic sleeve covering the cathode holder, a ferromagnetic ring with a diameter of the hole larger than the diameter of the cathode, placed near its end vaporized surface coaxially with it, an electric discharge ignition device fixed near the side surface of the cathode.
На відміну від прототипу вакуумно-дуговий випарник катодної плазми, що патентується, включає два кільцевих додаткових феромагнітних елементи, співвісних з утримувачем катода,Unlike the prototype, the patent-pending vacuum-arc evaporator of the cathode plasma includes two ring additional ferromagnetic elements, coaxial with the cathode holder,
один з яких охоплює трубчастий корпус біля зовнішнього торця електромагнітної котушки, а другий охоплює феромагнітну втулку або утримувач катода.one of which covers the tubular body near the outer end of the solenoid coil and the other covers the ferromagnetic sleeve or cathode holder.
При цьому електромагнітна котушка на трубчастому корпусі охоплена трубчастим феромагнітним екраном.At the same time, the electromagnetic coil on the tubular body is covered by a tubular ferromagnetic screen.
Анод розташовано поза вищезазначеним трубчастим корпусом, електроізольований від нього і охоплений окремою електромагнітною котушкою.The anode is located outside the above-mentioned tubular housing, electrically isolated from it and covered by a separate electromagnetic coil.
Торцева випаровувана поверхня катода знаходиться поблизу площини внутрішнього відкритого торця вищезазначеного трубчастого корпусу.The end vaporized surface of the cathode is located near the plane of the inner open end of the above-mentioned tubular body.
Утримувач катода разом з катодом виконаний пересувним вздовж осі випарника при умові, що феромагнітна втулка не змінює свого положення.The cathode holder together with the cathode is made movable along the axis of the evaporator, provided that the ferromagnetic sleeve does not change its position.
Вищезазначені додаткові феромагнітні кільцеві елементи можуть бути виконані у вигляді двох коаксіально розташованих кілець, одне з яких охоплює трубчастий корпус і примикає до феромагнітного екрана біля зовнішнього торця електромагнітної котушки, а друге кільце розміщене всередині трубчастого корпусу і охоплює феромагнітну втулку.The above-mentioned additional ferromagnetic ring elements can be made in the form of two coaxially located rings, one of which covers the tubular body and adjoins the ferromagnetic shield near the outer end of the electromagnetic coil, and the second ring is placed inside the tubular body and covers the ferromagnetic sleeve.
У іншому варіанті одним з вищезазначених додаткових кільцевих елементів може бути зовнішній фланець трубчастого корпусу, виконаний з феромагнітного металу, а іншим - виконаний з феромагнітного металу торець трубчастого корпусу у вигляді кришки, яка охоплює утримувач катода, примикає до зовнішнього фланця трубчастого корпусу і до феромагнітної втулки.In another variant, one of the above-mentioned additional ring elements can be the outer flange of the tubular body made of ferromagnetic metal, and the other - the end of the tubular body made of ferromagnetic metal in the form of a cover that covers the cathode holder, adjoins the outer flange of the tubular body and the ferromagnetic sleeve .
Трубчастий корпус може мати водоохолоджувану бічну поверхню, яка має тепловий контакт з електромагнітною котушкою, що охоплює цей корпус.The tubular housing may have a water-cooled side surface that is in thermal contact with the electromagnetic coil surrounding the housing.
У кожному варіанті довжина вищезазначеної феромагнітної втулки повинна бути не меншою від величини, яка складає половину довжини електромагнітної котушки, що охоплює трубчастий корпус, плюс товщина вищезазначеного додаткового кільцевого феромагнітного елемента, який охоплює трубчастий корпус.In each variant, the length of the above ferromagnetic sleeve must be at least half the length of the electromagnetic coil enclosing the tubular body plus the thickness of the above additional annular ferromagnetic element enclosing the tubular body.
Вищенаведені особливості конструкційного виконання пропонованого вакуумно-дугового випарника у всій своїй сукупності зменшують розсіяння магнітного поля електромагнітної котушки і забезпечують істотне збільшення напруженості магнітного поля на випаровуваній поверхні катода без збільшення в електромагнітній котушці числа ампер-витків. При цьомуThe above features of the design of the proposed vacuum-arc evaporator as a whole reduce the scattering of the magnetic field of the electromagnetic coil and provide a significant increase in the magnetic field strength on the evaporated surface of the cathode without increasing the number of ampere-turns in the electromagnetic coil. With
Зо забезпечується швидший спад напруженості магнітного поля уздовж осі випарника при віддаленні від робочого торця катода. Збільшення напруженості магнітного поля на робочому торці катода не приводить до істотного збурення фокусуючого магнітного поля усередині трубчастого анода з фокусуючою магнітною котушкою, але забезпечує при цьому вищу, ніж в прототипі, стабільність дугового розряду, а також зменшення краплинної фази в продуктах ерозії катода за рахунок збільшення швидкості переміщення катодних плям дуги упоперек тангенціальної складової магнітного поля. Окрім цього, додатково збільшується швидкість плазмових струменів уздовж магнітного поля, що розповсюджуються за рахунок збільшення градієнта тиску плазми в цьому напрямі. Це приводить до відповідного зменшення втрат плазми з цих струменів упоперек магнітного поля на стінки анода. В результаті цього збільшується ефективність роботи випарника, а саме, зменшується неефективна витрата катодного матеріалу, оскільки зменшується його розбризкування з катодних плям дуги. Також зменшуються дифузійні втрати плазми упоперек магнітного поля, що забезпечує збільшення вихідного іонного струму при одночасному зменшенні швидкості витрати катодного матеріалу.This ensures a faster fall of the magnetic field along the axis of the evaporator when moving away from the working end of the cathode. An increase in the strength of the magnetic field on the working end of the cathode does not lead to a significant disturbance of the focusing magnetic field inside the tubular anode with a focusing magnetic coil, but at the same time provides a higher stability of the arc discharge than in the prototype, as well as a decrease in the droplet phase in the cathode erosion products due to an increase speed of movement of the cathode spots of the arc across the tangential component of the magnetic field. In addition, the speed of the plasma jets along the magnetic field, which spread due to the increase in the plasma pressure gradient in this direction, additionally increases. This leads to a corresponding decrease in plasma losses from these jets across the magnetic field to the walls of the anode. As a result, the efficiency of the evaporator increases, namely, the inefficient consumption of cathode material decreases, as its spattering from the cathode spots of the arc decreases. Diffusion losses of the plasma across the magnetic field are also reduced, which ensures an increase in the output ion current with a simultaneous decrease in the flow rate of the cathode material.
Завдяки можливості пересування утримувача катода разом з катодом вздовж осі випарника, при умові, що феромагнітна втулка не змінює свого положення, підтримуються вищенаведені умови його роботи незважаючи на зменшення довжини катода при його випарюванні.Thanks to the possibility of moving the cathode holder together with the cathode along the axis of the evaporator, provided that the ferromagnetic sleeve does not change its position, the above conditions of its operation are maintained despite the decrease in the length of the cathode during its evaporation.
Суть винаходу пояснюється графічними матеріалами.The essence of the invention is explained by graphic materials.
На фіг. 1 показаний один з варіантів патентованого випарника з коаксіальними кільцевими феромагнітними елементами. На фіг. 2 показано другий варіант патентованого випарника з феромагнітною кришкою трубчастого корпуса.In fig. 1 shows one of the variants of the patented evaporator with coaxial ring ferromagnetic elements. In fig. 2 shows the second version of the patented evaporator with a ferromagnetic cover of the tubular body.
Розглянемо перший варіант конкретного виконання вакуумно-дугового випарника для генерування катодної плазми (див. фіг. 1). Цей випарник містить водоохолоджуваний трубчастий корпус 1 з фланцями 2 і 3, виконаний з немагнітної нержавіючої сталі (12Х18Н10Т) із зовнішнім торцем 10. Електромагнітна котушка 4, охоплює водоохолоджуваний трубчастий корпус 1 та розміщена між його фланцями. Циліндричний катод 5 з торцевою випаровуваною поверхнею 6, розташований всередині трубчастого корпуса 1 і прикріплений до трубчастого утримувача катода 7, який введений всередину цього корпусу крізь осьовий отвір в його зовнішньому торці. Утримувач катода 7 введений в трубчастий корпус 1 за допомогою вакуумно-щільного ізолятора 8 з самопідтиснутим сальником 9. Цей сальник закріплений у бо замкнутому об'ємі ізолятора 8, який встановлений в стінці зовнішнього торця 10 трубчастого корпусу 1 на його осі. Вищезгаданий сальник забезпечує поздовжнє переміщення утримувача катода 7, без порушення вакуумних умов усередині випарника. При цьому феромагнітна втулка 11 не змінює свого положення. Феромагнітна втулка 11, охоплює утримувач катода 7.Let's consider the first version of a specific implementation of a vacuum-arc evaporator for generating cathode plasma (see Fig. 1). This evaporator contains a water-cooled tubular body 1 with flanges 2 and 3, made of non-magnetic stainless steel (12X18H10T) with an external end 10. The electromagnetic coil 4 covers the water-cooled tubular body 1 and is placed between its flanges. A cylindrical cathode 5 with an end evaporated surface 6 is located inside the tubular housing 1 and is attached to the tubular holder of the cathode 7, which is introduced inside this housing through an axial hole in its outer end. The cathode holder 7 is inserted into the tubular housing 1 by means of a vacuum-tight insulator 8 with a self-pressurized gland 9. This gland is fixed in the closed volume of the insulator 8, which is installed in the wall of the outer end 10 of the tubular housing 1 on its axis. The above-mentioned oil seal ensures the longitudinal movement of the cathode holder 7, without disturbing the vacuum conditions inside the evaporator. At the same time, the ferromagnetic sleeve 11 does not change its position. Ferromagnetic sleeve 11 covers the cathode holder 7.
Феромагнітне кільце 12 з отвором, діаметр якого більший за діаметр катода 5, розміщене співвісно з катодом поблизу його торцевої випаровуваної поверхні б. Електророзрядний запалювальний пристрій складається з керамічної втулки 13, пристикованої до внутрішньої поверхні феромагнітного кільця 12 поблизу бічної поверхні катода, запалювального електрода 14 з струмопідводом 15 та вакуумно-ущільненого прохідного ізолятора 16, закріпленого у стінці зовнішнього торця 10 трубчастого корпусу 1. Два додаткових кільцевих феромагнітних елементи 17 і 18 розташовані співвісно з утримувачем катода. Один з них 18 охоплює трубчастий корпус 1 біля зовнішнього торця електромагнітної котушки 4. Другий - 17, розміщений всередині трубчастого корпусу 1, охоплює феромагнітну втулку 11. Трубчастий феромагнітний екран 19, який охоплює електромагнітну котушку 4, пристиковано до додаткового кільцевого феромагнітного елемента 18, що охоплює трубчастий корпус у зовнішнього торця електромагнітної котушки 4. Трубчастий водоохолоджуваний анод 20 охоплено окремою фокусуючою електромагнітною котушкою 21 і пристиковано до фланця З трубчастого корпусу 1 через кільцевий ізолятор 22. Феромагнітна втулка 11 прикріплена до закріпленого нерухомо всередині трубчастого корпусу 1 додаткового кільцевого феромагнітного елемента 17 та відділена від трубчастого утримувача катода 7 і від зовнішнього торця катода вакуумно-щільним ізолятором 8 і кільцевим ізолятором 23, відповідно.A ferromagnetic ring 12 with a hole, the diameter of which is larger than the diameter of the cathode 5, is placed coaxially with the cathode near its end evaporated surface b. The electric discharge ignition device consists of a ceramic sleeve 13 attached to the inner surface of a ferromagnetic ring 12 near the side surface of the cathode, an ignition electrode 14 with a current lead 15 and a vacuum-sealed pass-through insulator 16 fixed in the wall of the outer end 10 of the tubular housing 1. Two additional ring ferromagnetic elements 17 and 18 are located coaxially with the cathode holder. One of them 18 covers the tubular housing 1 near the outer end of the electromagnetic coil 4. The second - 17, placed inside the tubular housing 1, covers the ferromagnetic sleeve 11. The tubular ferromagnetic screen 19, which covers the electromagnetic coil 4, is docked to an additional ring ferromagnetic element 18, which covers the tubular housing at the outer end of the electromagnetic coil 4. The tubular water-cooled anode 20 is covered by a separate focusing electromagnetic coil 21 and docked to the flange Z of the tubular housing 1 through the ring insulator 22. The ferromagnetic bushing 11 is attached to the fixed fixed inside the tubular housing 1 additional ring ferromagnetic element 17 and separated from the tubular holder of the cathode 7 and from the outer end of the cathode by a vacuum-tight insulator 8 and a ring insulator 23, respectively.
На фіг. 2 зображено другий варіант виконання патентованого випарника з феромагнітною кришкою трубчастого корпуса. Цей випарник відрізняється від випарника, представленого на фіг. 1, лише іншим конкретним виконанням додаткових кільцевих феромагнітних елементів. Ці елементи розташовані співвісно з утримувачем катода поблизу зовнішнього торця електромагнітної котушки 4. Зокрема, одним із вищезазначених додаткових кільцевих елементів є зовнішній фланець 2 трубчастого корпуса 1, виготовлений з феромагнітного металу. Другим - є торець трубчастого корпусу у вигляді кришки 10, виконаний також з феромагнітного металу.In fig. 2 shows the second version of the patented evaporator with a ferromagnetic cover of a tubular body. This evaporator differs from the evaporator shown in fig. 1, only a different specific implementation of additional ring ferromagnetic elements. These elements are located coaxially with the cathode holder near the outer end of the electromagnetic coil 4. In particular, one of the above-mentioned additional ring elements is the outer flange 2 of the tubular body 1, made of ferromagnetic metal. The second is the end of the tubular body in the form of a cover 10, also made of ferromagnetic metal.
Феромагнітна кришка 10 примикає до зовнішнього фланця 2 трубчастого корпусу 1 і до феромагнітної втулки 11.The ferromagnetic cover 10 adjoins the outer flange 2 of the tubular body 1 and the ferromagnetic sleeve 11.
Зо В обох варіантах пристрій містить генератор високовольтних імпульсів 24 і джерело живлення дуги (на фіг. 1 і 2 не показано).In both versions, the device contains a high-voltage pulse generator 24 and an arc power source (not shown in Figs. 1 and 2).
У двох різновидів випарника довжина феромагнітної втулки 11 повинна бути не менша від величини, яка складає половину довжини електромагнітної котушки 4, плюс товщина додаткового кільцевого феромагнітного елемента. В першому варіанті (див. фіг. 1) це додатковий кільцевий феромагнітний елемент 18, який охоплює трубчастий корпус. В другому варіанті (див. фіг. 2) це феромагнітний фланець 2 трубчатого корпусу 1.In two varieties of the evaporator, the length of the ferromagnetic sleeve 11 must be at least half the length of the electromagnetic coil 4, plus the thickness of the additional ring ferromagnetic element. In the first version (see Fig. 1), it is an additional ring ferromagnetic element 18, which covers the tubular body. In the second version (see Fig. 2), it is a ferromagnetic flange 2 of the tubular body 1.
В обох варіантах випарника торцева випаровувана поверхня катода 6 знаходиться поблизу площини внутрішнього відкритого торця трубчастого корпусу 1.In both versions of the evaporator, the end evaporated surface of the cathode 6 is located near the plane of the inner open end of the tubular housing 1.
Для автоматичного керування положенням катода відносно площини внутрішнього відкритого торця трубчастого корпусу випарник може бути забезпечений системою контролю положення випаровуваної поверхні катода відносно вищезгаданої площини.To automatically control the position of the cathode relative to the plane of the inner open end of the tubular body, the evaporator can be equipped with a system for controlling the position of the evaporated surface of the cathode relative to the above-mentioned plane.
Вакуумно-дуговий випарник кожного з представлених варіантів конкретного виконання працює наступним чином. Підключають електромагнітні котушки 4 і 21 до джерела живлення (на фіг. 1 їі 2 не показано). Завдяки цьому всередині трубчастого корпуса 1 і всередині анода 20, пристикованого до фланця З трубчастого корпусу 1 через кільцевий ізолятор 22, створюються співставлені вздовж осі магнітні поля. В області розміщення катода 5 магнітне поле посилюється за допомогою додаткових кільцевих феромагнітних елементів 17 і 18 (див. фіг. 1) або 2 і 10 (див. фіг. 2) в сукупності з трубчастим феромагнітним екраном 19 і феромагнітною втулкою 11, яка відділена від трубчастого утримувача катода 7 вакуумно-щільним ізолятором 8 з самопідтиснутим сальником 9 та від зовнішнього торця катода кільцевим ізолятором 23.The vacuum-arc evaporator of each of the presented variants of a specific implementation works as follows. Electromagnetic coils 4 and 21 are connected to the power source (not shown in Fig. 1 and 2). Thanks to this, magnetic fields aligned along the axis are created inside the tubular housing 1 and inside the anode 20, docked to the flange C of the tubular housing 1 through the ring insulator 22. In the area where the cathode 5 is located, the magnetic field is strengthened with the help of additional ring ferromagnetic elements 17 and 18 (see Fig. 1) or 2 and 10 (see Fig. 2) in combination with a tubular ferromagnetic screen 19 and a ferromagnetic sleeve 11, which is separated from of the tubular holder of the cathode 7 by a vacuum-tight insulator 8 with a self-pressing packing gland 9 and from the outer end of the cathode by a ring insulator 23.
Найбільше посилення магнітного поля відбувається в області кільцевого зазору між бічною поверхнею катода 5 і внутрішньою поверхнею отвору феромагнітного кільця 12. При цьому силові лінії магнітного поля, перетинаючи бічну поверхню катода 5 і внутрішню поверхню феромагнітного кільця 12, утворюють гострий кут відносно бічної поверхні катода 5.The greatest amplification of the magnetic field occurs in the region of the annular gap between the side surface of the cathode 5 and the inner surface of the hole of the ferromagnetic ring 12. At the same time, the lines of force of the magnetic field, crossing the side surface of the cathode 5 and the inner surface of the ferromagnetic ring 12, form an acute angle relative to the side surface of the cathode 5.
За допомогою джерела живлення вакуумної дуги (на фіг. 1, 2 не показано) між анодом і катодом створюють робочу напругу вакуумної дуги.With the help of a vacuum arc power source (not shown in Fig. 1, 2) between the anode and the cathode, the operating voltage of the vacuum arc is created.
Після чого запалюють електричну дугу шляхом подачі запалювального імпульсу на запалювальний електрод 14 від джерела високовольтних імпульсів 24 через струмопідвід 15, який проходить через прохідний вакуумно-ущільнений ізолятор 16. В результаті чого, 60 відбувається пробій по торцевій поверхні керамічної втулки 13, зверненої в бік бічної поверхні катода і покритою тонкою плівкою струмопровідного матеріалу. Катодна пляма дуги, яка збуджується при цьому на бічній поверхні катода 5 при протіканні розрядного струму між бічною поверхнею катода і внутрішньою поверхнею феромагнітного кільця 12, швидко переміщається з бічної поверхні на робочу торцеву поверхню катода 6. Відомо, що цей процес відбувається під дією вищезгаданого магнітного поля (див., наприклад, |4Ї). Після цього дуговий розряд перекидається на основний анод 20.After that, an electric arc is ignited by applying an ignition pulse to the ignition electrode 14 from the source of high-voltage pulses 24 through the current lead 15, which passes through the vacuum-sealed insulator 16. As a result, 60 a breakdown occurs on the end surface of the ceramic sleeve 13, facing the side surface of the cathode and covered with a thin film of conductive material. The cathodic spot of the arc, which is excited at the same time on the side surface of the cathode 5 when the discharge current flows between the side surface of the cathode and the inner surface of the ferromagnetic ring 12, quickly moves from the side surface to the working end surface of the cathode 6. It is known that this process occurs under the influence of the aforementioned magnetic fields (see, for example, |4Y). After that, the arc discharge is transferred to the main anode 20.
Збільшення напруженості магнітного поля в області робочого торця катода 6 за допомогою вищезазначених феромагнітних елементів забезпечує збільшення тиску плазми в прикатодній області. Це відбувається за рахунок її поперечного стиску магнітним полем до меншого обсягу.An increase in the strength of the magnetic field in the region of the working end of the cathode 6 with the help of the above-mentioned ferromagnetic elements provides an increase in the plasma pressure in the near-cathode region. This happens due to its transverse compression by the magnetic field to a smaller volume.
Внаслідок у зіштовхувальній області плазми збільшується градієнт тиску плазми вздовж магнітного поля. Під дією цього градієнта тиску відбувається додаткове газодинамічне прискорення іонів плазми в напрямку зворотного поздовжнього градієнта магнітного поля. А це в кінцевому етапі призводить до зменшення втрат іонної компоненти плазми всередині анода.As a result, the plasma pressure gradient along the magnetic field increases in the collisional plasma region. Under the influence of this pressure gradient, additional gas-dynamic acceleration of plasma ions occurs in the direction of the reverse longitudinal gradient of the magnetic field. And this ultimately leads to a reduction in the loss of the ionic component of the plasma inside the anode.
Крім того, збільшення напруженості магнітного поля на робочому торці катода 6 відповідно збільшує і напруженість тангенційної складової цього поля на ньому. У результаті цього збільшується азимутальна швидкість руху катодних плям дуги, яка веде до зменшення теплового навантаження в області катодної плями дуги і як наслідок до зменшення генерації краплинної фази в продуктах ерозії катода.In addition, an increase in the intensity of the magnetic field on the working end of the cathode 6 correspondingly increases the intensity of the tangential component of this field on it. As a result, the azimuthal speed of movement of the cathode spots of the arc increases, which leads to a decrease in the thermal load in the area of the cathode spot of the arc and, as a result, to a decrease in the generation of the droplet phase in the cathode erosion products.
При розході катода 5 його випаровувана поверхня 6 буде наближатися до феромагнітної втулки 11. Це приведе до зміни величини напруженості магнітного поля та його конфігурації на випаровуваній поверхні катода. Це в свою чергу вплине на зміну вихідних параметрів плазмового потоку (наприклад, величини вихідного іонного струму), а також, на розподіл його щільності по перерізу плазмового потоку. Це неодмінно позначиться на якості нанесених покриттів. Щоб уникнути цього, катод 5 переміщують вперед на величину зменшення його довжини в процесі ерозії його робочої поверхні 6, так, щоб відстань цієї поверхні від нерухомої феромагнітної втулки 11 весь час залишалася постійною.When the cathode 5 discharges, its evaporated surface 6 will approach the ferromagnetic sleeve 11. This will lead to a change in the magnitude of the magnetic field strength and its configuration on the evaporated surface of the cathode. This, in turn, will affect the change in the initial parameters of the plasma flow (for example, the magnitude of the initial ion current), as well as the distribution of its density across the cross-section of the plasma flow. This will certainly affect the quality of the applied coatings. To avoid this, the cathode 5 is moved forward by the amount of its length reduction in the process of erosion of its working surface 6, so that the distance of this surface from the fixed ferromagnetic sleeve 11 remains constant all the time.
Випробуваний дослідний зразок вакуумно-дугового випарника має наступні основні характеристики: - діаметр катода, мм - 60;The tested prototype of the vacuum-arc evaporator has the following main characteristics: - diameter of the cathode, mm - 60;
Зо - початкова довжина катода, мм - 65; - внутрішній діаметр трубчастого корпусу, мм - 160; - довжина трубчастого корпусу, мм - 160; розміри феромагнітної втулки, мм: - довжина - 90; - зовнішній діаметр - 60; - внутрішній діаметр - 30; розміри феромагнітного кільця, мм: - зовнішній діаметр - 158; - внутрішній діаметр - 64; - товщина - 6.Zo - the initial length of the cathode, mm - 65; - the inner diameter of the tubular body, mm - 160; - length of the tubular body, mm - 160; dimensions of the ferromagnetic sleeve, mm: - length - 90; - outer diameter - 60; - internal diameter - 30; dimensions of the ferromagnetic ring, mm: - outer diameter - 158; - internal diameter - 64; - thickness - 6.
Феромагнітні кільце 12, втулка 11, а також додаткові кільцеві феромагнітні елементи 17, 18 виготовлені зі сталі (ст.3). Всі інші елементи пристрою, крім катода, зі сталі 12Х18Н10Т.Ferromagnetic ring 12, sleeve 11, as well as additional ring ferromagnetic elements 17, 18 are made of steel (item 3). All other elements of the device, except for the cathode, are made of 12X18N10T steel.
Кількість витків у електромагнітній котушці 4 випарника - 1400, з використанням проводу ПЕВ- 1,2. Катод 5 виготовлений з титану марки ВТ-1.The number of turns in the electromagnetic coil 4 of the evaporator is 1400, using PEV-1.2 wire. Cathode 5 is made of VT-1 titanium.
Вакуумно-дуговий випарник випробовувався в комплекті з трубчастим анодом, внутрішній діаметр якого дорівнює 210 мм, довжина - 270 мм. Кількість витків у електромагнітній котушці 21 анода 20 становило 1000 витків, з використанням проводу ПЕВ-О,8.The vacuum-arc evaporator was tested complete with a tubular anode, the inner diameter of which is 210 mm, the length is 270 mm. The number of turns in the electromagnetic coil 21 of the anode 20 was 1000 turns, using PEV-O,8 wire.
Стабільна робота пристрою спостерігалася в діапазоні парціальних тисків азоту від 107 до 1Stable operation of the device was observed in the range of nitrogen partial pressures from 107 to 1
Па та в діапазоні струмів дуги від ІД - 50-110 А. Повний вихідний струм іонів на виході з анода становив 0,1.І. при струмі в електромагнітній котушці 4 випарника - 3,5 А та в електромагнітні котушці 21 аноду 20 -0,5 А.Pa and in the range of arc currents from the ID - 50-110 A. The total output current of ions at the exit from the anode was 0.1 I. when the current in the electromagnetic coil 4 of the evaporator is 3.5 A and in the electromagnetic coil 21 of the anode 20 -0.5 A.
При відсутності додаткових кільцевих феромагнітних елементів 17, 18 і трубчастого феромагнітного екрана 19 вихідний струм іонів був на 30 95 менше і становив 0,07-І. при тих же струмах в електромагнітній котушці.In the absence of additional ring ferromagnetic elements 17, 18 and tubular ferromagnetic screen 19, the output ion current was 30 95 less and was 0.07 I. at the same currents in the electromagnetic coil.
Швидкість витрати титанового катода при струмі дуги Ід - 100А становила не більш 2 мм/год.The consumption rate of the titanium cathode at an arc current of Id - 100A was no more than 2 mm/h.
Вихідний струм іонів не залежав від ступеня витрати катода, якщо витримувалась постійна відстань випаровуваної поверхні катода б від феромагнітної втулки 11. При тривалій роботі вакуумно-дугового випарника його електромагнітна котушка 4 не нагрівалася вище 60 "С.The output current of ions did not depend on the degree of consumption of the cathode, if a constant distance of the evaporating surface of the cathode from the ferromagnetic sleeve 11 was maintained. During long-term operation of the vacuum-arc evaporator, its electromagnetic coil 4 did not heat up above 60 "С.
Випробування запропонованого вакуумно-дугового випарника показали високу стабільність бо дугового розряду і вихідного іонного струму незалежно від витрати катода. Крім цього,Tests of the proposed vacuum-arc evaporator showed high stability of the arc discharge and output ion current regardless of the cathode consumption. Beside this,
запропонований випарник характеризувався більш високим вихідним іонним струмом (не менше, ніж на 3095) завдяки використанню додаткових феромагнітних елементів, та зменшенням швидкості розходу катодного матеріалу за рахунок зменшення генерації краплинної фази (не менше, ніж на 50 95) в порівнянні з прототипом.the proposed evaporator was characterized by a higher output ion current (at least by 3095) due to the use of additional ferromagnetic elements, and a decrease in the rate of consumption of the cathode material due to a decrease in the droplet phase generation (at least by 50 95) compared to the prototype.
Джерела інформації: 1. Андреєв А.А., Саблев Л.П., Григорьев С.Н. Вакуумно-дуговье покрьтия. Харьков, 2010. - 318 с. 2. Аксенов И.И., Белоус В.А., ПТО, Ме3, 1979. - С. 160-162. 3. Аксенов И.И., Брень В.Г., Падалка В.Г., Хороших В.М., Чикрьїжов А.М. Вакуумно-дуговое устройство. А.с. СССР, Мо1111671, 1982 (прототип). 4. Кесаєв И.Г. Катоднье процессьї злектрической дуги. Наука, М.: - С. 169, 1968, 244 с.Sources of information: 1. Andreev A.A., Sablev L.P., Grigoriev S.N. Vacuum-arc coating. Kharkiv, 2010. - 318 p. 2. Aksenov I.Y., Belous V.A., PTO, Me3, 1979. - pp. 160-162. 3. Aksenov I.Y., Bren V.G., Padalka V.G., Khoroshikh V.M., Chikryizhov A.M. Vacuum-arc device. A.s. USSR, Mo1111671, 1982 (prototype). 4. Kesaev I.G. Cathodic processes of the electric arc. Nauka, M.: - P. 169, 1968, 244 p.
Claims (5)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201104301A UA101678C2 (en) | 2011-04-08 | 2011-04-08 | Vacuum arc evaporator FOR GENERATING cathode plasma |
| PCT/UA2012/000020 WO2012138311A1 (en) | 2011-04-08 | 2012-02-29 | Vacuum-arc evaporator for generating a cathode plasma |
| RU2012156045/02A RU2536126C2 (en) | 2011-04-08 | 2012-02-29 | Vacuum-arc evaporator for generation of cathode plasma |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201104301A UA101678C2 (en) | 2011-04-08 | 2011-04-08 | Vacuum arc evaporator FOR GENERATING cathode plasma |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA101678C2 true UA101678C2 (en) | 2013-04-25 |
Family
ID=46969459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAA201104301A UA101678C2 (en) | 2011-04-08 | 2011-04-08 | Vacuum arc evaporator FOR GENERATING cathode plasma |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2536126C2 (en) |
| UA (1) | UA101678C2 (en) |
| WO (1) | WO2012138311A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022066135A1 (en) * | 2020-09-25 | 2022-03-31 | Национальный Научный Центр "Харьковский Физико-Технический Институт" (Ннц Хфти) | Method for producing cathodic vacuum arc plasma |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104595139A (en) * | 2015-01-23 | 2015-05-06 | 哈尔滨工业大学 | Cylindrical cuspend magnetic field thruster |
| CN107795446B (en) * | 2017-09-21 | 2020-01-24 | 北京机械设备研究所 | Cooling device and cooling method for electrode for high-power electric propeller |
| CN111279014A (en) * | 2017-10-03 | 2020-06-12 | 欧瑞康表面处理解决方案股份公司普费菲孔 | Arc source |
| JP6583930B2 (en) * | 2017-11-15 | 2019-10-02 | キヤノントッキ株式会社 | Sputtering apparatus and organic EL panel manufacturing method |
| CN108317062A (en) * | 2017-12-22 | 2018-07-24 | 兰州空间技术物理研究所 | A kind of mixing thruster |
| CN109441747B (en) * | 2018-11-02 | 2020-08-14 | 北京航空航天大学 | Ignition mode of electric propulsion engine |
| CN113438792B (en) * | 2021-06-18 | 2022-09-30 | 北京京仪自动化装备技术股份有限公司 | Intelligent controllable plasma flame device |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9006073D0 (en) * | 1990-03-17 | 1990-05-16 | D G Teer Coating Services Limi | Magnetron sputter ion plating |
| UA10775A (en) * | 1996-04-19 | 1996-12-25 | Валерій Федорович Семенюк | METHOD For vacuum arc coverings application and device for realization the same |
| DE19725930C2 (en) * | 1997-06-16 | 2002-07-18 | Eberhard Moll Gmbh Dr | Process and system for treating substrates using ions from a low-voltage arc discharge |
| CA2411174C (en) * | 2000-05-23 | 2008-05-06 | James F. Groves | A process and apparatus for plasma activated deposition in a vacuum |
| BR0116951B1 (en) * | 2001-03-27 | 2011-06-14 | Powerful magnetic guide arc evaporator for targets having a large surface area. | |
| RU2207399C2 (en) * | 2001-08-07 | 2003-06-27 | Институт проблем машиноведения РАН | Vacuum electric arc device |
| JP2005029855A (en) * | 2003-07-08 | 2005-02-03 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Vacuum arc deposition system, vacuum arc deposition method, and magnetic recording medium |
| UA71517A (en) * | 2003-12-31 | 2004-11-15 | Інститут Технічної Механіки Національної Академії Наук України І Національного Космічного Агентства України | A vacuum-arc evaporator |
| RU2339734C2 (en) * | 2005-12-02 | 2008-11-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "НИИМаш") | Method for coating and facility for its implementation |
| RU2392351C2 (en) * | 2008-08-13 | 2010-06-20 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" | Procedure for application of anti-friction wear resistant coating on item out of metal or alloy |
| RU2382118C1 (en) * | 2009-01-28 | 2010-02-20 | Открытое акционерное общество "Национальный институт авиационных технологий" | Vacuum-arc source of plasma |
| UA71517U (en) * | 2012-03-20 | 2012-07-10 | Частное Акционерное Общество "Завод Полупроводников" | Reactor of trichlorosilane synthesis |
-
2011
- 2011-04-08 UA UAA201104301A patent/UA101678C2/en unknown
-
2012
- 2012-02-29 RU RU2012156045/02A patent/RU2536126C2/en not_active IP Right Cessation
- 2012-02-29 WO PCT/UA2012/000020 patent/WO2012138311A1/en active Application Filing
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022066135A1 (en) * | 2020-09-25 | 2022-03-31 | Национальный Научный Центр "Харьковский Физико-Технический Институт" (Ннц Хфти) | Method for producing cathodic vacuum arc plasma |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2536126C2 (en) | 2014-12-20 |
| RU2012156045A (en) | 2014-09-10 |
| WO2012138311A1 (en) | 2012-10-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA101678C2 (en) | Vacuum arc evaporator FOR GENERATING cathode plasma | |
| US4452686A (en) | Arc plasma generator and a plasma arc apparatus for treating the surfaces of work-pieces, incorporating the same arc plasma generator | |
| EP2639330B1 (en) | Method and device for transporting vacuum arc plasma | |
| US7381311B2 (en) | Filtered cathodic-arc plasma source | |
| EP2602354A1 (en) | Filtered cathodic vacuum arc deposition apparatus and method | |
| US6635156B1 (en) | Producing electric arc plasma in a curvilinear plasmaguide and substrate coating | |
| EP0758408A4 (en) | Rectangular vacuum-arc plasma source | |
| US20070034501A1 (en) | Cathode-arc source of metal/carbon plasma with filtration | |
| JP2005060841A (en) | Cathodic sputtering apparatus | |
| GB2117610A (en) | An arc plasma generator and a plasma arc apparatus for treating the surfaces of work-pieces, incorporating the same arc plasma generator | |
| JP2013543057A (en) | Sputtering source and sputtering method for high pressure sputtering with large targets | |
| RU2382118C1 (en) | Vacuum-arc source of plasma | |
| KR20150020606A (en) | Device for generating plasma and directing an electron beam towards a target | |
| RU87065U1 (en) | DEVICE FOR CREATING A HOMOGENEOUS GAS DISCHARGE PLASMA IN LARGE VOLUME TECHNOLOGICAL VACUUM CAMERAS | |
| RU2482217C1 (en) | Vacuum arc plasma source | |
| RU2709793C1 (en) | Electron-beam gun with increased service life | |
| UA127223C2 (en) | THE METHOD OF CREATING A VACUUM ARC CATHODE PLASMA | |
| RU2607398C2 (en) | Method of coatings application by plasma spraying and device for its implementation | |
| RU2098512C1 (en) | Vacuum-arc plasma source | |
| US3472999A (en) | Electron beam generating device | |
| RU2792344C9 (en) | Gas-discharge electron gun controlled by an ion source with closed electron drift | |
| RU2207399C2 (en) | Vacuum electric arc device | |
| Falabella et al. | Continuous cathodic arc sources | |
| RU2180472C2 (en) | Vacuum-arc plasma source | |
| RU2188521C2 (en) | Plasma-jet engine with closed-circuit electron drift |