Вакуумное электродуговое устройство

(45) Дата опубликования описания 23,06.7 сударствеиный комите вета Министров ССС 621.387,14(088.8) 53) УД ло делам изобретений и открытий(54) ВАКУУМНОЕ ЭЛЕКТРОДУГОВОЕ УСТРОЙСТВО тве практи- использовав долговеч инжектора пыления его кого уро ческих с нии кат ность и 5 резко сн эродиру Целью надежно ристик ства.вня, которыи в большин лучаев неприемлем. 11 ри одов из твердых металл надежность илазменног ижается в следствие за ющим металлом катода,изобретения является сти и улучшение пуско вакуумного электродуго повышение ых характеого устройИзобретение относится к вакуумным электродуговым устройствам, предназначенным для испарения металлов в вакууме с целью нанесения покрытий, формирования и ускорения потоков металлической плазмы, коммутации больших импульсных токов.Известны вакуумные электродуговые устройства, содержащие анод, катод и поджигающие (или пусковое) устройство, контактирующее с одним из основных электродов - катодом или анодом.Известно также устройство, в котором дуга возбуждается с помощью плазменного инжектора. В таком приооре поджигающее устройство - плазменныи инжектор - находится на некотором расстоянии от катода и, таким образом, защищен от непосредственного воздействия наиболее опасной (в отношении эрозии) части вакуумной дуги - ее катодного пятна.Однако зажечь дугу в таком устройстве возможно только в том случае, если катод ртутный. Если же катод выполнен из твердых металлов, особенно при низких анодных напряжениях, характерных для электродуговых испарителей и стационарных источников металлической плазмы, для зажигания дуги энергию, затрачиваемую на питание плазменного инжектора, приходится повышать до таоус, В. Г. Падалка и А. А. Рома Для этого в предложенном устроистве между анодом и пусковым плазменным инжектором установлен дополнительный электрод, обхватывающий по периметру рабочую поверх ность катода так, что между дополнительнымэлектродом и катодом образован равномерный зазор, при этом плазменный инжектор размещен у катода со стороны его нерабочей поверхности, выход инжектора направлен на катод в область упомянутого зазора. Дополнительный электрод соединен через резистор с положительным полюсом источника питания, а между катодом и дополнительными электродом включен конденсатор.25 Для дальнейшего улучшения пусковых характеристик устройства рекомендуется соосно катоду разместить катушку, создающую магнитное поле, линии напряженности которого в области зазора катод - дополнительный45 50 55 60 электрод образуют с поверхностью катода острый угол, направленный в сторону рабочей поверхности катода,На фиг. 1 представлен один из вариантов предложенного устройства, разрез; на фиг.2 - взаимное расположение плоского катода и катушки электромагнита; на фиг. 3 - схема прибора для случая, если катод имеет форму цилиндра; на фиг. 4 - взаимное расположение катушки и катода цилиндрической формы.Предложенное устройство имеет анод, выполненный в виде полого цилиндра 1, плоский катод 2, размещенный со стороны одного из торцов анода, и кольцевой дополнительный электрод 3 размещенный между катодом и анодом соосно последнему. Электрод 3 обхватывает по периметру центральную нерабочую) поверхность катода, обращенную к аноду,11 ри этом между катодом и электродом 3 имеется равномерный кольцевой зазор 4. Плазменный инжектор 5 размещен у периферийной (нерабочей) поверхности катода, заэкранированной от анодного поля электрода 3. выход инжектора направлен на поверхность катода в область зазора 4 направление инжекции плазмы показано стрелкой) . Снаруки систему электродов 1, 2 и 3 обхватывает катушка электромагнита б, размещенная соосно электродам устройства и отодвинутая от рабочей поверхности катода в сторону анода. Дополнительный электрод 3 соединен с положительным полюсом источника питания через резистор 7. Между катодом и дополнительным электродом включен конденсатор 8.,устройство работает следлощим образом. На анод и катод от источника питания подается напряжение, обеспечивающее стаоильное горение дуги. На дополнительный электрод 3 через резистор 7 от того яе или от отдельного источника питания подается напряжение положительное относительно катода. 11 ри срабатывании инжектора 5 в зазор 4 впрыскивается плазменный сгусток, и на поверхносги катода в этой области возникает катодное пятно. В результате, между электродом 3 и катодом зажигается дуга, поддерживаемая током разряда конденсатора 8. 11 оскольку указанный конденсатор разряжается при этом практически накоротко, ток через дугу оказывается (в несколько раз) больше рабочего тока, генерируемого источником питания устройства. Это обстоятельство и то, что зазор 4, в котором первоначально зажигается дуга, выбирают коротким (1 - 2 мм) по сравнению с расстоянием анод - катод, обеспечивает уверенное зажигание катодного пятна при умеренной энергии, затрачиваемой на формирование инжектором инициирующего плазменного сгустка, и исключает возможность погасания пятна в течение нескольких сотен микросекунд (при емкости конденсатора порядка 1000 мкФ). Этого времени достаточно для заполнения плазмой промежутка анод - катод и для того, чтобы катодное пятно успело перей 5 10 15 20 25 30 35 40 4ти на рабочую поверхность катода (то и другое необходимо для зажигания дуги в основном разрядном промежутке анод - катод).Один из возможных механизмов перехода разряда с места его инициирования на рабочую поверхность катода - это дробление катодного пятна при больших токах разряда конденсатора 8 (порядка нескольких сотен ампер) на несколько пятен и взаимное расталкивание последних. При этом часть пятен неизбежно попадает на рабочую поверхность катода, а те пятна, которые двияутся в противоположную сторону, по окончании разряда конденсатора 8 гаснут.Для ускорения процесса перехода катодного пятна на рабочую поверхность катода рекомендуется соосно катоду разместить катушку электромагнита, создающую магнитное поле, линии напряженности которого образуют с поверхностью катода в области зазора 4 острый угол, направленный в сторону рабочей поверхности катода. При этом в соответствии с принципом максимума магнитного поля пягно наряду с вращательным движением вдоль периметра зазора 4 совершает дрейф в направлении рабочей поверхности катода. Схема, поясняющая взаимное располокение катода 2, дополнительного электрода 3 и электромагнита 6, представлена на фиг. 2, буквой А на ней обозначен острый угол между линиями напряженности магнитного поля (штриховые линии) и поверхностью катода, фигурная скобка и буква В обозначают область рабочей поверхности катода.Преимущество предложенного устройства по сравнению с известными заключается в более высокой надежности и долговечности его при достаточно малом времени срабатывания, обеспечиваемыми в условиях низкого напряжения и больших средних мощностей в дуге, характерных для устройства типа вакуумных электродуговых испарителей металлов, стационарных источников металлической плазмы и т. п. Формула изобретения Вакуумное электродуговое устройство, содержащее анод, катод и пусковой плазменный инжектор, отличающееся тем, что, с целью повышения его надежности и улучшения пусковых характеристик, между анодом и пусковым плазменным инжектором установлен дополнительный электрод, обхватывающий по периметру рабочую поверхность катода так, что между дополнительным электродом и катодом образован равномерный зазор, при этом пусковой плазменный инжектор размещен у катода со стороны его нерабочей поверхности, выход инжектора направлен на катод в область упомянутого зазора, дополнительный электрод соединен через резистор с положительным полюсом источника питания, а между катодом и дополнительнымэлек. тродом включен конденсатор.529715 б Составитель В. фесенкоред И. Михайлова Коррект Подписи Изд.519 осударственного комитета по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РауЗаказ 1261/1Н ипография, пр, Сапунова едактор П. Горькова Тираж 992 вета Министров открытий кая наб., д. 4/5