一种脉冲碳离子激发源装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种脉冲碳离子激发源装置，包括阳极、第一石墨电极、第二石墨电极、第三石墨引弧和作为消耗性阴极的石墨靶材；从上往下依次设置，且中心在一条直线上；当真空室内达到预定真空度时，分别在第一石墨电极与第三石墨引弧、第一石墨电极与石墨靶材、石墨靶材与阳极之间施加不同电位差；在第一石墨电极与第二石墨电极之间施加一定脉冲直流电压，在第一石墨电极与第二石墨电极之间燃弧，基于冷阴极真空电弧放电原理，依靠设置的三级引弧电极依次产生电离，在引弧电极和阴极之间建立强电场，形成场致电子发射，最终实现阴极和阳极两个主电极之间在低电压下稳定电弧放电。

A pulse carbon ion excitation source device

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲碳离子激发源装置
本技术属于电弧激发源
，特别涉及一种脉冲碳离子激发源装置。
技术介绍
类金刚石(diamondlikecarbon，DLC)薄膜具有优良的物理化学特性，例如：在一定的红外波段范围内透明、硬度高、电阻率高、热导率高、耐磨损、抗腐蚀等，因而在光学、机械、电子等领域都具有广阔的应用前景。随着对DLC薄膜的研究的不断深入，其制备技术也在不断地开发改良。电弧离子镀技术是制备类金刚石薄膜的一种有效方法，其基于冷阴极真空电弧放电理论。在真空条件下，在阴极靶材表面进行连续电弧放电，大量蒸发靶材并电离获得等离子体束流，最终在工件表面沉积成膜。该技术不需要任何辅助电离装置，不需要坩埚，阴极材料的使用率高，结构简单、操作方便。在镀制过程中电弧蒸发源可以任意放置，同时也可以根据需要设计多个蒸发源，安装方位任意，有利于形状复杂或大体积工件的镀膜，达到必要的均匀性。该技术离化率高(一般为70%-80%)，蒸发速率快；通常采用较高的工件负偏压，使得入射离子能量高，从而增强薄膜与基材的结合力以及薄膜的致密度。传统直流工艺下的电弧离子镀存在两类问题，首先是靶材表面产生连续电弧放电形成熔化微区，导致大颗粒熔融并喷溅沉积在膜层里，使得沉积膜层的粗糙度增大和均匀度降低；其次电弧放电产生的热量不能及时发散，且离子在偏压电场的作用下对基体表面进行持续不断地轰击而使基体的温度升高，过高的基体温度会使薄膜内应力增大，影响薄膜的质量，且应用于低回火温度的材料时，高沉积温度会造成工件自身性能变化。目前，针对大颗粒污染问题，现有技术一般通过在电弧离子源发射端安装磁性过滤装置来消除大颗粒的影响，即通过励磁线圈在管道内产生带有曲率的磁场，使激发的带电粒子在磁场中受洛伦兹力约束而发生偏转运动，而大颗粒由于质量大、带电量少，几乎不受磁场作用发生偏转，因此会打在过滤器内壁上达到过滤的目的。另外，将传统的直流负偏压改成脉冲偏压也能够有效改善薄膜的质量及性能，减少大颗粒的尺寸和数量。并且由于增加了频率和占空比，使得脉冲偏压能更有效控制离子的能量，周期性的离子轰击也有利于降低工件表面的沉积温度。现有的电弧离子镀技术依然存在缺点，由于增加了磁过滤装置，对激发的离子进行偏转过滤，导致到达工件表面的离子数量减少，沉积速率降低，而且增加了设备的复杂程度和操作的难度。另外，对工件施加的脉冲偏压虽然一定程度上降低了沉积温度，但是镀膜过程中，工件的负偏压放电依然存在，依然会提高工件温度并降低膜层质量。
技术实现思路
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本技术提供一种脉冲碳离子激发源装置。技术方案：为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：一种脉冲碳离子激发源装置，包括阳极、第一石墨电极、第二石墨电极、第三石墨引弧和作为消耗性阴极的石墨靶材；所述阳极、第一石墨电极、第二石墨电极、第三石墨引弧、石墨靶材从上往下依次设置，且中心在一条直线上；所述阳极与第一石墨电极之间、所述第一石墨电极与第二石墨电极之间、第二石墨电极与所述第三石墨引弧之间、所述第三石墨引弧与石墨靶材之间均相互不连接；当真空室内达到预定真空度时，分别在第一石墨电极与第三石墨引弧、第一石墨电极与石墨靶材、石墨靶材与阳极之间施加不同电位差；在第一石墨电极与第二石墨电极之间施加一定脉冲直流电压，在第一石墨电极与第二石墨电极之间燃弧，随之在电弧激发的离子运动下，第一石墨电极与第三石墨引弧之间击穿电压减小至预加载电位差，在二者之间引起放电，继续维持上述电弧；此时引弧电极间放电产生的等离子体在电场作用下流向石墨靶材，从而减小了第一石墨电极与石墨靶材之间的击穿电压，使得二者之间在预加载的电压下形成电弧放电，等离子体数量继续增长；最终石墨靶材产生的等离子体流向阳极，将二者间击穿电压降低至预加载电压，在石墨靶材与阳极间形成真空电弧放电。进一步的，所述的脉冲碳离子激发源装置，当真空室内达到预定真空度1.5×10-2Pa时，在第一石墨电极与第二石墨电极之间加载440-460V、电流300-350A、频率5Hz的可调脉冲直流电源，在在第一石墨电极与第三石墨引弧之间加载可调电压150-200V的恒压电源，放电瞬间峰值电流能够达到800-1000A；在第一石墨电极与石墨靶材之间加载可调电压200-250V的恒压电源，放电瞬间峰值电流能够达到150-250A；在石墨靶材与阳极之间加载可调电压100-500V的恒压电源，放电瞬间峰值电流能够达到1800-2000A。作为优选方案，所述的脉冲碳离子激发源装置，还包括第一引弧、第二引弧、第三引弧、冷却水管和金属底盘；所述第一石墨电极嵌附于第一引弧，第一引弧通过金属支撑柱与金属底盘相连，并利用第一接线柱供电；所述第二石墨电极嵌附于第二引弧，第二石墨电极通过第二引弧上连接设置的第一点火器与第二点火器电连通，所述第二点火器下端穿过金属底盘，且与金属底盘连接处设置绝缘座绝缘，利用第二点火器下端部供电；所述第三石墨引弧安装固定在第三引弧上，所述第三引弧通过第三接线柱固定在金属底盘上，所述第三接线柱下端穿过金属底盘，且与金属底盘连接处设置绝缘座绝缘，使得中部引弧极与金属底盘绝缘，利用第三接线柱下端部供电；所述石墨靶材安装连接在冷却水管顶端，通过绝缘管件安装在金属底盘的中心预留孔中，利用金属材质的冷却水管供电；当真空室内达到预定真空度时，分别在第一接线柱与第三接线柱、第一接线柱与冷却水管、冷却水管与阳极之间施加不同电位差；在第一接线柱与第二点火器之间施加一定脉冲直流电压。作为优选方案，所述第一石墨电极和第二石墨电极之间通过陶瓷绝缘环分隔开，第二石墨电极与所述第三石墨引弧之间间隙隔开；所述第三石墨引弧与石墨靶材之间间隙隔开。进一步的，所述绝缘环为陶瓷绝缘环，所述陶瓷绝缘环内壁涂敷一层石墨粉，以降低第一石墨电极与第二石墨电极间的电阻。作为优选方案，所述第二点火器上端设置为针状头部，所述第一点火器下端为圆柱状结构，第一点火器下端设置有与第二点火器上端相配合的插槽；所述第二点火器上端通过针状头部插接在第一点火器下端的插槽中。进一步的，所述第一点火器侧壁沿长度方向开槽，为第二点火器与第一点火器的插接提供形变量。进一步的，所述的脉冲碳离子激发源装置，所述绝缘管件包括两个聚四氟乙烯管和发泡硅胶密封片；其中一个聚四氟乙烯管穿设固定在金属底盘中心预留孔中，安装有石墨靶材的冷却水管顶端穿进另一个聚四氟乙烯管和发泡硅胶密封片，插入位于金属底盘中心的聚四氟乙烯管中。两个聚四氟乙烯管分别安置在冷却系统与金属底盘中间，起到绝缘和固定的作用。作为优选方案，所述的脉冲碳离子激发源装置，还包括陶瓷绝缘柱，所述第三引弧通过陶瓷绝缘柱配合第三接线柱实现与金属底盘的中心定位安装。作为优选方案，所述的脉冲碳离子激发源装置，所述冷却水管内套设有进水管，所述进水管下端与进水口相连通，进水管上端开口且与冷却水管内壁相通，冷却水通过进水口进入，到达冷却水管的顶部并吸收石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲碳离子激发源装置，其特征在于，包括阳极（1）、第一石墨电极（22）、第二石墨电极（24）、第三石墨引弧（31）和作为消耗性阴极的石墨靶材（51）；/n所述阳极（1）、第一石墨电极（22）、第二石墨电极（24）、第三石墨引弧（31）、石墨靶材（51）从上往下依次设置，且中心在一条直线上；/n所述阳极（1）与第一石墨电极（22）之间、所述第一石墨电极（22）与第二石墨电极（24）之间、第二石墨电极（24）与所述第三石墨引弧（31）之间、所述第三石墨引弧（31）与石墨靶材（51）之间均相互不连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种脉冲碳离子激发源装置，其特征在于，包括阳极（1）、第一石墨电极（22）、第二石墨电极（24）、第三石墨引弧（31）和作为消耗性阴极的石墨靶材（51）；
所述阳极（1）、第一石墨电极（22）、第二石墨电极（24）、第三石墨引弧（31）、石墨靶材（51）从上往下依次设置，且中心在一条直线上；
所述阳极（1）与第一石墨电极（22）之间、所述第一石墨电极（22）与第二石墨电极（24）之间、第二石墨电极（24）与所述第三石墨引弧（31）之间、所述第三石墨引弧（31）与石墨靶材（51）之间均相互不连接。


2.根据权利要求1所述的脉冲碳离子激发源装置，其特征在于，还包括第一引弧（21）、第二引弧（25）、第三引弧（32）、冷却水管（52）和金属底盘（44）；
所述第一石墨电极（22）嵌附于第一引弧（21），第一引弧（21）通过金属支撑柱（41）与金属底盘（44）相连，并利用第一接线柱（45）供电；
所述第二石墨电极（24）嵌附于第二引弧（25），第二石墨电极（24）通过第二引弧（25）上连接设置的第一点火器（26）与第二点火器（42）电连通，所述第二点火器（42）下端穿过金属底盘（44），且与金属底盘（44）连接处设置绝缘座（43）绝缘，利用第二点火器（42）下端部供电；
所述第三石墨引弧（31）安装固定在第三引弧（32）上，所述第三引弧（32）通过第三接线柱（34）固定在金属底盘（44）上，所述第三接线柱（34）下端穿过金属底盘（44），且与金属底盘（44）连接处设置绝缘座（43）绝缘，使得中部引弧极（3）与金属底盘（44）绝缘，利用第三接线柱（34）下端部供电；
所述石墨靶材（51）安装连接在冷却水管（52）顶端，通过绝缘管件安装在金属底盘（44）的中心预留孔中，利用金属材质的冷却水管（52）供电。


3.根据权利要求1所述的脉冲碳离子激发源装置，其特征在于，
所述第一石...

【专利技术属性】
技术研发人员：蹤雪梅，冯森，刘威，
申请(专利权)人：江苏徐工工程机械研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32