анодный узел устройства для обработки изделий с использованием плазмы газового разряда

Формула изобретения

1. АНОДНЫЙ УЗЕЛ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАЗМЫ ГАЗОВОГО РАЗРЯДА, содержащий анод, средства электропитания разряда и средство соединения анода со средствами электропитания, отличающийся тем, что анод выполнен в виде расположенных по замкнутому контуру электроизолированных одна от другой секций с индивидуальными средствами соединения со средствами электропитания в виде токопроводов, средства электропитания разряда выполнены в виде источника постоянного тока и многофазного источника переменного тока, фазы которого соединены звездой, выводы фаз источника переменного тока соединены с соответствующими токоподводами к секциям анодов, общая точка звезды заземлена и связана с положительным полюсом источника постоянного тока, а отрицательный полюс выполнен с клеммой для соединения с катодом разрядного устройства.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что он снабжен выпрямительными элементами, установленными между выводами фаз многофазного источника переменного тока и соответствующими токоподводами к секциям анода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки изделий в вакууме и может быть использовано в установках для нагрева и комплексной обработки изделий в газовой плазме двухступенчатого вакуумнодугового разряда.

Известен анодный узел устройства для обработки изделий с использованием плазмы газового разряда, содержащий анод, средства электропитания разряда в виде источников постоянного тока и средство соединения анода с источником постоянного тока.

Недостатком известного анодного узла является то, что при использовании анодных узлов вышеописанной конструкции в установках для вакуумно-плазменной обработки изделий в плазме газового разряда (например, при химико-технической обработке, обжиге, нанесении тонкопленочных покрытий) невозможно осуществить равномерную обработку изделий по всей поверхности обработки в связи с тем, что в процессе работы электрическое поле анода постоянно сконцентрировано в одной определенной зоне установки. Это не позволяет управлять областью плазмы повышенной плотности путем изменения положения этой области относительно обрабатываемой поверхности изделий. На участках изделий, расположенных в зоне с повышенной плотностью плазмы, обработка ведется более интенсивно, что вызывает неоднородность обработки поверхности в целом.

Цель изобретения повышение однородности обработки за счет обеспечения возможности изменения положения области плазмы с повышенной плотностью по заданной траектории.

Поставленная цель достигается тем, что в анодном узле устройства для обработки изделий с использованием плазмы газового разряда, содержащем анод, средства электропитания разряда и средство соединения анода со средствами электропитания, анод выполнен в виде расположенных по замкнутому контуру электроизолированных одна от другой секций с индивидуальными средствами соединения со средствами электропитания в виде токоподводов. В качестве средств электропитания разряда использованы источник постоянного тока и многофазный источник переменного тока, фазы которого соединены "звездой". Выводы фаз соединены с соответствующими токоподводами к секциям анода. Общая точка "звезды" связана с "землей" и с положительным полюсом источника постоянного тока, отрицательный полюс которого выполнен с клеммой для соединения с катодом разряда. Целесообразно между выводами фаз многофазного источника переменного тока и соответствующими токоподводами к секциям анода устанавливать выпрямительные элементы.

На фиг.1 изображен анодный узел устройства для обработки изделий с использованием плазмы газового разряда; на фиг.2 вариант использования заявляемого узла в установке для вакуумно-плазменной обработки изделий, в частности установке для азотирования.

Анодный узел содержит анод 1, выполненный преимущественно из трех расположенных по замкнутому контуру, изолированных одна от другой секции 2 с индивидуальными токоподводами 3. Используемый в качестве многофазного источника переменного тока трехфазный трансформатор 4, подключенный к сети 5 переменного тока, и источник 6 постоянного тока выполняют функцию средств электропитания двухступенчатого вакууамно-дугового разряда (ДВДР). Трехфазный трансформатор 4 соединен с индивидуальными токоподводами 3 к секциям 2 анода 1, преимущественно через выпрямительные элементы 7. Общая точка соединения фаз трансформатора 4 и положительный полюс источника 6 постоянного тока соединены с "землей" преимущественно через диод 8. При использовании описанного анодного узла в установке для вакуумно-плазменной обработки изделий 9 общая точка соединения фаз трансформатора 4 и положительный полюс источника 6 выведены на корпус вакуумной камеры 10. Положительный полюс источника 6 соединен с интегрально-холодным катодом 11 двухступенчатого вакуумно-дугового разряда.

Работа анодного узла рассмотрена на примере использования его в установке для азотирования, которая содержит цилиндрическую вакуумную камеру 10, в которой на верхнем фланце установлен катод 11 ДВДР и непроницаемое для ионов металла средство 12. На нижнем фланце камеры установлены три изолированных секции 2 анода 1 с токоподводами 3. Вдоль цилиндрической внутренней поверхности камеры установлены омический нагреватель 13 и тепловые экраны 14. Электропитание ДВДР производится от источника 6 постоянного тока, отрицательный полюс которого соединен с катодом 11, а положительный полюс с вакуумной камерой 10 через диод 8. Секции 2 анода 1 через выпрямительные элементы 7 соединены с выводами вторичной обмотки трехфазного трансформатора 4.

Азотирование проводится при давлении азота в камере 10^-1 Па. Изделия 9 с помощью омического нагревателя 13 прогреваются до температуры 500^оС. После достижения рабочей температуры включается источник 6 постоянного тока и возбуждается ДВДР между катодом ДВДР и вакуумной камерой. Включая трансформатор, подают выпрямленное напряжение на секции 2 анода 1. Происходит возбуждение газовой ступени ДВДР в объеме вакуумной камеры 10. На каждой из секций анода появляется выпрямленное пульсирующее напряжение с частотой 50 Гц. С такой же частотой происходит перемещение области с максимальной плотностью плазмы внутри объема. Благодаря этому изделия 9 подвергаются однородной обработке, что способствует образованию однородного по толщине диффузионного слоя на поверхности изделия, установленного по периферии камеры 10. Необходимая толщина слоя определяется временем обработки, рабочей температурой, током ДВДР.