Электродуговой испаритель легкоплавких металлов

ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ИСПАРИТЕЛЬ ЛЕГКОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ, содержащий катод из тугоплавкого металла, анод и поджигающий электрод, отличающийся тем, что, с целью обеспечения непрерывности работы устройства, катод выполнен в виде двух разновысоких и соосно расположенных стаканов, в нижней части боковой поверхности внутреннего стакана находятся отверстия, служащие для подачи испаряемого материала.

Изобретение относится к электротехнике и электротехнике и может быть применено в технологических процессах, предусматривающих использование интенсивных ионно-атомарных потоков легкоплавких металлов, преимущественно алюминия, для получения пленок и покрытий различной толщины в течение длительного времени.
Известен электродуговой испаритель, в котором подача расплавленного легкоплавкого материала в зону дуги осуществляется под давлением, при этом материал испаряется еще до поступления в дуговой промежуток.
Недостатком устройства является химическое взаимодействие при высоких температурах электродного материала с распыляемым металлом, кроме того, снижается ресурс работы устройства.
Наиболее близким техническим решением данного изобретения является электродуговой испаритель легкоплавких металлов, содержащий катод из тугоплавкого металла, анод и поджигающий электрод.
Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения непрерывности работы устройства.
Цель изобретения - обеспечение непрерывности работы устройства. Для этого в электродуговом испарителе легкоплавких металлов, содержащем катод из тугоплавкого металла, анод и поджигающий электрод, катод выполнен в виде двух разновысоких и соосно расположенных стаканов, имеющих общее основание, причем в нижней части боковой поверхности и внутреннего стакана находятся отверстия, служащие для подачи испаряемого материала.
На чертеже представлена конструкция предлагаемого испарительного устройства с внесенными изменениями в конструкцию катода-тигля.
Устройство содержит катод 1 из тугоплавкого материала, укрепленный на электрическом вводе 2. Катод 1 имеет желобок 3 с помещенным в него расплавляемым металлом 4, который через отверстие 5 поступает в тигель. Боковая поверхность катода 1 вблизи его торца охватывается кольцом 6 с равномерным по всему периметру зазором. Со стороны торца катода 1 расположен кольцевой анод 7, установленный между кольцами 6 и 8 экранов. Напряжение к аноду 7 подведено симметрично расположенными токоподводами 9 и 10 (другие токоподводы на чертеже не приведены), которые выполнены в виде коаксиального кабеля с изолированным от электрической цепи экраном 11. Электродный узел помещен внутри защитного кожуха 12, выполненного в виде стакана, в его днище установлен катод 1, а на стенках стакана закреплены кольца 6 и 8 экрана. Защитный кожух 12 изолирован от электрической цепи. Поджигающий электрод 13 через ограничивающее сопротивление 14 подсоединен к положительному выводу источника тока 15, обеспечивающего также устойчивое горение дуги между электродами 1 и 7. Ток дуги регулируется нагрузочным сопротивлением 16 с величиной, значительно меньшей сопротивления 14. Испаряемый поток осаждается на подложку 17. Подвижной экран 18 служит для перекрытия испаряемого потока от катода 1 до подложки 17. Устройство для электродугового испарения легкоплавких металлов установлено на фланце 19 вакуумной камеры (на чертеже не показана) и снабжено загрузочным приспособлением 20.
Устройство работает следующим образом.
При давлении в объеме ниже 5 10^-1 тор загрузочным приспособлением 20 в желоб 3 катода 1 загружаются кусочки расплавляемого металла 4. Затем устанавливают напряжение холостого хода источника постоянного тока 15 и значение нагрузочного сопротивления 16, соответствующее устойчивому горению дуги в режиме падающего участка вольтамперной характеристики между электродами 1 и 7. Поджигающим электродом 13 на катоде 1 образуют искру, инициирующую возникновение устойчиво горящей дуги между электродами 1 и 7. В результате горения дуги катод 1 разогревается, загруженный в желоб 3 металл 4 плавится и через отверстие 5 истекает в катод 1. До этого времени экран 18 перекрывает поток с катода. В результате попадания расплавленного алюминия в тигель дуга горит на его поверхности и испаряет его. Экран 18 открывается и испаряемый поток осаждается на подложке 17. По мере испарения материала из катода 1 загрузочное приспособление 20 забрасывает в желобок 3 новые порции металла 4 для плавления. При плавлении металла окисла пленка всплывает над уровнем расплава, а чистый металл через отверстие 5 попадает на дно катода 1, из которого происходит его испарение.
Устройство для испарения легкоплавких металлов может быть использовано в технологических процессах, в которых необходимо длительное испарение алюминия.