Плазменный испаритель

.В,ИвановВ,А.СаенкоСР ЛЬтроении, в есения поении детах высоких ааааавив лнен во рас пол одоохлаГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ И(56) Авторское свидетельство ССМ 1096962, кл, С 23 14/26, 1982(57) Использование: в машиносчастности в устройствах для нанкрытий в вакууме при иэготовлей, работающих в условия Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам для нанесения покрытий в вакууме и в разреженных и контролируемых средах при изготовлении деталей, работающих в условиях высоких температур и в агрессивных средах.Целью изобретения является повышение качества покрытий, повышение производительности процесса их нанесения, а также получение покрытий сложного состава,Цель достигается тем, что в устройстве,. содержащем тигель-катод в виде камеры со сверхзвуковым соплом, нагреватель, соленоид и расположенный эа срезом сопла анод, тигель-катод имеет съемное сверхзвуковое сопло, в месте нахождения. исходного материала покрытия установлена регулируемая система охлаждения, а нагреватель расположен в зоне сопла и стенок камеры,температур и в агрессивных средах. Цель изобретения - повышение качества покрытий, повышение производительности процесса их нанесения, а также нанесение покрытий сложного состава. Сущность изобретения, плазменный испаритель содержит тигель-катод, выполненный в виде камеры с соплом и имеющий регулируемую систему охлаждения, установленную в зоне расположения исходного материала. Сопла выполнено сверхзвуковым и съемным, Вокруг стенок камеры и сопла расположены автономный нагреватель и тепловой экран, в зоне критического сечения сопла расположен соленоид. 1 ил. причем.со ческого сеНа че паритель тод 1 вв имеет сис ную в зон непрерыв риала 3 в 4 сосъемн руг стенок двтономн 7. В зоне к положен с НИТНОГО плоскость Для защи быть выпо зом сопла быть как в леноид расположен в зоне критичения сопла.ртеже изображен плазменный исв разрезе, Он содержит тигель-каиде камеры с соплом, который тему 2 охлаждения, расположене однократно заложенного или но подаваемого исходного мате- виде, например, прутка, и камеру ым сверхзвуковым соплом 5, Воккамеры 4 и сопла 5 расположены ый нагреватель 6 и тепловой экран ритического сечения сопла 5 расоленоид 8, причем максимум магполя соленоида 8 совпадает с ю критического сечения сопла 5. ты от перегрева соленоид можетдоохлаждаемым. За среожен анод 9, Он может ждаемым, так и радиаци 183213140 45 Работу испзрителя осуществл глот в двух 50 режимах в зависимости от того, что представляет собой исходный матерслал покрытия - чистый металл или сплав сложного состава, При нанесении покрытия из чис)ого металла соотношение между мощностью 55 Х дуги и охлаждением тигля-катода выбираот ТЭКИМс ЧТОбы НЭ ПОВЕРХНОСТИ ИСХОДНОГО МЗ- териала 3 образовалась зона расплава, Размер этой зоны устанэвлслваот таким, тобы между нею и стенкой тигля-катода остзвзлонно-Охлаждаемым в зависимости от могцности дугового разряда, Тигель-катод 1 находится под потенциалом земли, э питание дугового разряда осуществляется от источника 10, От источника 11 на подложкодержатель 12 с подложкой 13 подаетсяотрицательный потенциал О - 1 Ос)О В дляионной очистки подложксл и осэденил покрытия в условиях ионной бомбзрдироьки,Плазменный испзритель рабо 1 ает сле Одуош)лм образом,В ЗЗВИСИМОСТИ ОТ ВсЛЭ ИСПРЯЕК 1 ОГО МЗтеРИЗЛЗ УСТЭНЗВЛИВЗсот СОГГ 1) ГРсЗГсемсссх ГЕометрических размеро В, Г) зподГотовительном этапе стенки З)сссзрс 1 и 15сопла 5 с помощь)О звтономнОГО )ЗГ 1 евзтеля 6 прогревают до темгВрТуры, блиглой ктемпературе плавления лсходнгч о мзтеризла покрытия 3, Затем поджигаот д)п.ооой разряд между исходным материалом 3, .зходящимся в тигле-катоде, и анодом 9. Одновременно дают охлаждение на охлаждаему)О часть тигля. катода 1 и соленоид 8 и поцклк)чают соленослд 8 к источ;-.".Ку ЭЛ 8 КТРОПИтсэсс)ия, ПОДЖИГ ДУГОВОГО )ЗЗРЯДЭ ОСущЕСТВЛЯЮТ ОДНИМ ИЗ ИЗВВСТНЫ)( СГОс)О- бОВ, НаПрсЛМЕр С ПОМО 1 цЫО ВСПОК;ОГЗтЕЛЬНОго электрода, Вводслмого Внутрь тигля 1 до КЗСЗНИЯ На ДН 8 ЕГО С ИСХОДНЫс (ЗТЕрСЗЛОМ ПокрЫТИя 3. ДЛя ПродОТВрацЕНИЯ КЗСЗНСся вспОМОГЗГельнОГО электрода с тигг 811-(зто- ДОМ 0 ОбЛЗСТИ Крйти 18 СК 010 Сес 18 Я СОПЛЗ 8 ГО бокоВую пОВерхность ззци 1 цзОт изОля" тором. По мере увеличения моцсности дуги выключа)от нагреватель 6 и дальнейшую работу испарителя осуществллОт В сзморазогревном рРжим 8 зз счет подвода тепла ( СТЕНКЗМ КЗМ 8 РЫ с И СОПЛЗ 5 ОТ РсУГОВОГО разряда, С помощью мзг 1 ип)ого поля соле" ноида 8 регулируют заполнение положительным столбом дуги площади критического сечения сопла 5, По достикении рабочего режима испарителя г)одэют отрицательный потенцизса подложкодержатель 12 и подложку 13 от источника 11,открывают заслонку Ил 1 Вводят подложку в стру 10) и начинаот осажден)ле покрытия наподложке 13. ся минимальный промежуток исходного 1,:зтериала в твердом состоянии. При этом тигель-катод охлаждают или принудительно с помощью охлзждзОгцих жидкостей или газов, или за счет радиационного охлаждения с использованием радиаторов-излучателей И ЭКРаНОВ В ЗЗВИСсЛМОСти От МОШНОСтИ ДУГИ л Вида исггзряо лого материаг)а, Таким обраЗом добив)з 10 тся у)еличения прОслзВОДит 8 льности процесса нанесения покрытия, с одной стороны, и предотвзщеня взаимо- ДОЙСТВИЛ РЗСПЛЗВЗ МВТЗЛЛЗ СО СТЕНКЗМИ ТИГ- лл-катода, с Другой стороны, При нанесении покрытия из сплава сложного состава наоборот не допускают обгазовзния на поверхности исходного материала 3 зоны ЦЗСПЛЗВЗ ПУТВМ Г)СГУЛ)с)РОЗЗ 11 Я СИС:есИЫ ОХ- ,сЭКЛЕ 1 И 1 В СтООО 1 У УВВЛИЧЕНИЛ тЕПЛОСЬЕМЗ с него и тзкслм Образом осуществляют горе- НИЕ ДУГИ НЗ ПС) 1 ЕРХ 110 СТИ Ка.с Ода ЛЗ КатОДНЫХ м 1 лкропятен, кзк В обьчно применяемых случ,; ях ГореГ 1 я дуп В среде пониженного давления нз охлакдземом расходуемом катоде, 11 уте) увели 81 сля к 0(1 снсзсги дуги и Охлзжрсэнил с:с, ГГ 1-1(зтодз доби Вз 1 Отся увеуичения ПРОИЗВОДИТЕЛ )Л с ОСТИ ГРОЦЕССа НаНЕСЕНИЯ ГОссс:Л П)И СОХРЗНении СТЕХИОслеТРИИ Нэ)10 симОГО 1 сод 1 ОГО материала покрытия, И В Пвсрв 014, И БО ВТО)Гсм СЛуяэ 8 В ЗЭВИСИМОСТИ с)Г ссЛЗИсЕ(;1(Х СвойСТВ ИСХО)1 ОГО МЗТЕРИЗЛЗ ПОКРЫТИЯ СООТ,ОШ(с 1,;Е тЕМП 8 РЗтУР И ДаВЛЕНИЙ Б ДОКОИТИЕСКОй И ЗЗ 1:РссТ 1)сВСКОЙ ЧЗСТЯХ с еох:(укового сопла поддавиваот путем у(1 ЗОЗц С(81110 0 с ОПЛЗ 5;ЕобкодИМЫХ ЕОМЗтРИЧЕСКсЛХ РЗЗМЕРОВ и РЕГУЛИРОВаНИЯ МОЩНОСТИ ДУГИ НЗ Тсэком УРОВОс ПРИ КОТО" оом обеспечивают Г)ерегрео паров исходноГо материала г 10 рытил выше точкисэсыс 181 сЯ В с 1 ОКРТИсчЕСКОссйс ЧЗСТИ СОПЛЗ 5, С 81 ХЗЭУКОВОЕ сЛСТРЧЕНИЕ ЛХ В ЗЗКРИТИЧР- ской чгстл сопла 5, переохлажденсле и спонтанную конденсацию паров в сверхзву(Овой струе с образованием твер- ДЫХ сЗСТИ 1., МЭТЕР)ЗЛЗ ПОКРЫТИЯ УЛЬтРаМЕЛК О Г О Р 3 3 М Р Р 3 И У 3 К О 10 ф Р сз К Ц с О Н Н 0 ГО 1"ОСТЗВЗ И 1 ЗГ 1 с)ЗВЛЕ 1 не 1)СТЯЩИХ С ВЫСОКОЙ скоростьо чзстиц мз.гериэлз гокрытия на Подпос(Г)с, Пгси этом С помощЬ 10 СОЛЕноИда 8 ГОс)ДЕРК 1 ВЗОс оп ГИМЗЛЬНОЕ ЗаПОЛНЕНИЕ полокительнсм столбом дуги критического сеченля ",Весзс)укОВОГО сОГ)ла 5, чтОбь) ПГ)едотврзтыть Возможность прохокде)ия капельнол фззь), если она образует в процессе испарения исходного материала, из окр 1 тгической части сопла 5 в закритиче- СКусО, ИСХОдиысЛ МЗТЕрИаЛ ПОКрЫтИЯ 3 В ВИДЕ, НаПРсЛМЕР, КРУГЛОГО ПРУтКЗ ПОДасОТ ПО мере его рзсходовзнил, внутрь тигля-катода с помсощыо специального устройства на ЧВРТЕХ 8 Не Пас(ЗЗЗНО).Предлагаемое техническое решение позволяет повысить производительность процесса нанесения покрытия, так как в охлаждаемом тигле-катоде можно расширить зону расплава исходного материала почти до стенок тигля и тем самым увеличить поверхность испарения, не опасаясь взаимодействия жидкого металла с охлаждаемыми стенками тигля Использование соленоида не только для сжатия дугового разряда, а для оптимального заполнения положительным столбом дуги критического сечения сопла позволяет предотвратить попадание возможно образующейся в процессе испарения капельной фазы исходного материала в критическую часть сопла, а следовательно, и на подложку, Перечисленные выше обстоятельства позволяют повысить качество осаждаемых покрытий. Преимуществом является и возможность нанесения покрытий сложных составов, что также придает им новое более высокое качество. Однако главный вклад в качество наносимых покрытий обеспечивается тем, что покрытие15 формируется из ультрадисперсных частицузкого фракционного состава, поступающихна подложку с более высокими скоростями,Последнее достигается путем установки в5 зависимости от вида исходного материаласменного сверхзвукового сопла необходимых геометрических размеров и регулированием мощности дугового разряда,Формула изобретения10 Плазменный испаритель, содержащийтигель-катод в виде камеры со сверхзвуковым соплом, нагреватель, соленоид и расположенный за срезом сопла анод, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения15 качества покрытий, наносимых из чистыхметаллов и сплавов, увеличения производительности процесса, сверхзвуковое соплоявляется съемным, в нижней части камерытигля-катода в зоне расположения испаряе 20 мого материала имеется регулируемая система охлаждения, нагоеватель установлен взоне сопла и стенок камеры над испаряемым материалом, соленоид расположен взоне критического сечения сопла,