×
21.01.2020
220.017.f76d

Устройство источника плазмы несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области ионно-лучевой вакуумной обработке материалов и может быть использовано в плазменных источниках заряженных частиц и, в частности, в машиностроении для упрочнения режущего инструмента, повышения эксплуатационных свойств деталей машин и механизмов. Устройство источника плазмы несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода, содержащее полый катод основного разряда, анод основного разряда, полый катод вспомогательного разряда, устройство для подачи газа, ускоряющий электрод, коллектор, эмиссионное окно в виде сетки отличается тем, что эмиссионное окно выполнено в виде коаксиальных полых цилиндров, радиусы которых связаны соотношением R=nR, где n - порядковый номер цилиндра, начиная с первого, а длина L цилиндров связана с радиусом первого цилиндра соотношениемТехнический результат - повышение равномерности обработки крупногабаритных изделий и скорости процесса. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области ионно-лучевой вакуумной обработке материалов и может быть использовано в плазменных источниках заряженных частиц и в частности в машиностроении для упрочнения режущего инструмента, повышения эксплуатационных свойств деталей машин и механизмов.

Известно устройство источника плазмы [С.А. Линник, А.В. Гайдайчук, И.В.Шаманин. Источник плазмы тлеющего разряда с эффектом полого катода для модификации свойств поверхности и нанесения покрытий. - Известия Томского политехнического университета. 20П. Т.318. №2. с. 86], включающее вакуумную камеру, полый катод, анод, крышку с отверстием для подачи газа, разделительную переборку с отверстием, источник напряжения.

Недостатком прототипа является малая апертура (действующее отверстие) источника плазмы.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство источника плазмы [А.В. Визирь, Е.М. Окс, П.М. Щанин, Г.Ю. Юшков. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для широкоапертурных источников. - Журнал технической физики, 1997, том 67, №6. с. 27] несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода, содержащее полый катод основного разряда, анод основного разряда, полый катод вспомогательного разряда, устройство для подачи газа, ускоряющий электрод, коллектор, эмиссионное окно в виде сетки.

Недостатком аналога является малая апертура источника плазмы.

Задачей настоящего изобретения является увеличение апертуры источника плазмы.

Техническим результатом является повышение равномерности обработки крупногабаритных изделий и скорости процесса.

Технический результат достигается тем, что в устройстве источника плазмы несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода, содержащем полый катод основного разряда, анод основного разряда, полый катод вспомогательного разряда, устройство для подачи газа, ускоряющий электрод, коллектор, эмиссионное окно выполнено в виде коаксиальных полых цилиндров радиусы которых связаны соотношением

Rn=n⋅R1,

где n - порядковый номер цилиндра, начиная с первого, а длина L цилиндров связана с радиусом первого цилиндра соотношением

В последнее время в связи с постепенным внедрением ионных и электронных технологий в производство возрастает интерес к получению пучков с большим поперечным сечением [Бугаев С.П. Электронные пучки большого сечения / С.П. Бугаев, Ю.Е. Крейедель, П.М. Щанин. М.:Энергоатомиздат, 1984. 112 с.], которые дают возможность быстрой обработки крупных деталей без сканирования по поверхности образца или без его перемещения, а также одновременной обработки большой партии мелких деталей. Эффектом полого катода является большая величина тока, протекающего через разряд, по сравнению с системой с плоскими электродами, имеющей геометрические размеры того же порядка. Такой тип разряда реализуется в полости, когда ее диаметр (2R1 примерно соответствует длине отрицательного свечения. Электроны производят эффективную ионизацию за счет осцилляции между катодным падением потенциала противоположных стенок полости при этом характерный размер катодной полости (2R1) должен быть меньше длины свободного пробега электронов. В разряде с полым катодам происходит резкое падение напряжения горения разряда и увеличение его тока. Экспериментально установлено, что минимум напряжения или максимум разрядного тока (при поддержании заданного напряжения) наблюдается при отношении длины L цилиндрического полого катода к его диаметру (2R1) примерно равным 10 (Крейндель Ю.Е. Плазменные источники электронов / Ю.Е. Крендель. М.: Атомиздат, 1977. 145 с.). Для функционирования разряда в сильноточном низковольтном режиме горения необходимо обеспечить давление в разрядном промежутке порядка 1 Па. Для сохранения же электрической прочности ускоряющего промежутка и транспортировки ускоренного пучка на значительные расстояния давление в этих областях должно быть ниже 10-2 Па. Снижение давления в разрядном промежутке приводит к быстрому росту напряжения разряда, и он переходит в высоковольтную слаботочную форму либо обрывается при недостаточном напряжении источника питания. Инжекция электронов позволяет понизить минимальное давление, при котором существует разряд в полом катоде до значения <10-2 Па [А.В. Визирь, Е.М. Окс, П.М. Щанин, Г.Ю. Юшков. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для широкоапертурных источников. - Журнал технической физики, 1997, том 67, №6. с. 27]. Для стабилизации эмиссионной поверхности плазмы эмиссионное окно перекрывают мелкоструктурной сеткой. Замена мелкоструктурной сетки на совокупность коаксиальных полых цилиндров позволяет, при одинаковом характеристическом размере(одинаковом размере ячеек сетки и диаметре цилиндров (2R1)) примерно в 5 раз увеличить выходную аппретуру(при одинаковом геометрическом размере эмиссионного окна) эмиссионного окна. Увеличение ионного потока с единицы площади свидетельствует об повышении плотности плазмы, что интенсифицирует (ускоряет) процессы обработки деталей. Поскольку зазоры между коаксиальными цилиндрами являются кольцевыми полыми катодами, то это позволяет создавать источники плазмы с любыми требуемыми поперечными сечениями пучков, а также дополнительно повысить плотность плазменного потока. Увеличение поперечного сечения пучка ионов, а также повышение плотности потока ионов, позволяют повысить равномерность обработки крупногабаритных изделий и скорость процесса.

На фиг. 1 изображена схема устройства источника плазмы несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода. Схема содержит полый катод основного разряда 1, анод основного разряда 2, полый катод вспомогательного разряда 5, отверстие для подачи газа 7, эмиссионное окно выполненное в виде коаксиальных полых цилиндров 4, керамические кольца 3, 6, сетка для ослабления провисания потенциала 8, ускоряющий электрод 9, коллектор 10.

На фиг. 2 изображено эмиссионное окно выполненное в виде коаксиальных полых цилиндров радиусы которых связаны соотношением

Rn⋅R1,

где n - порядковый номер цилиндра, начиная с первого, а длина L цилиндров связана с радиусом первого цилиндра соотношением

Пример конкретной реализации устройства.

Источник плазмы несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода помещаем в вакуумную камеру, где создается давление 5⋅10-3 Па. В отверстие 7 подаем рабочий газ понижающий давление во вспомогательном полом катоде 5(длиной и диаметром 12,5 см) до 2 Па. На торце полого катода 5 имеется центральное отверстие диаметром 5 мм, которое расположено соосно с отверстием 7 мм в полом катоде 1. Из-за перепада давления при протекании газа через отверстия в электродах 1 и 5 давление газа в полом катоде основного разряда 1 (длиной, шириной и высотой 40 см.) составит примерно 10-2 Па. Вспомогательный разряд инициируется разрядом на поверхности керамического кольца 6 и возникает в начальный момент приложения напряжения от регулируемого выпрямителем с напряжением до 3 кВ и током до 0,3 А между полым катодом 5 и электродом 1, являющегося анодом вспомогательного разряда. Для ослабления провисания потенциала в катодную полость вспомогательного разряда отверстие в торцевом электроде закрывается вольфрамовой сеткой с размером ячейки 0,2 мм 8. Дополнительная инжекция электронов в катодную полость основного разряда осуществляется при их отборе из плазмы вспомогательного разряда, зажигаемого между полым катодом 5 и электродом 1. Основной разряд зажигаем между полым катодом основного разряда 1 и размещенным внутри анодом 2, представляющим стержень диаметром 8 мм, включив регулируемый выпрямитель с напряжением до 2 кВ и током до 1 А. При токе электронов в вспомогательном разряде 50 мА основной разряд стабильно зажигается при давлении вплоть до 5×10-3 Па. Включаем ускоряющее ионы напряжение величиной до 5 кВ, приложенное между катодом 1 и ускоряющим электродом 9, находящимся при отрицательном относительно коллектора 10 потенциалом.

Отбор ионов из плазмы основного разряда осуществляем через круглое эмиссионное окно 4 представляющее собой коаксиальные цилиндры круглого сечения, радиусы которых связаны соотношением

Rn=nR1,

где n - порядковый номер цилиндра, начиная с первого, R1=4 мм, расположенное на боковой поверхности полого катода основного разряда 1. Длина L цилиндров, определенная из выражения L/2R1=10, равна 80 мм. При данных размерах число полых катодов в эмиссионном окне равно 24(n=24).

Предлагаемое устройство позволяет:

1. получать пучки ионов с требуемым поперечным сечением,

2. повысить равномерность ионной обработки за счет применения пучков ионов с большим поперечным сечением,

3. сократить время технологического процесса за счет увеличения плотности ионного пучка и применения пучков с большим поперечным сечением.


Устройство источника плазмы несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода
Устройство источника плазмы несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода
Устройство источника плазмы несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода
Устройство источника плазмы несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода
Устройство источника плазмы несамостоятельного газового разряда с эффектом полого катода
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 31-40 of 471 items.
13.01.2017
№217.015.6650

Композиция для производства сахарного печенья функционального назначения

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству мучных кондитерских изделий. Предложена композиция для производства сахарного печенья функционального назначения, включающая смесь муки, подслащивающий агент в виде сахара, масло сливочное, молоко сгущенное, соль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592106
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6666

Кондитерская смесь для изготовления персипана

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству кондитерских изделий. Предложена кондитерская смесь для изготовления персипана, включающая размолотые ядра абрикосовой косточки, подслащивающий компонент, патоку, какао-порошок, наполнитель, при этом она дополнительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592109
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.6668

Композиция для производства сахарного печенья функционального назначения

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству мучных кондитерских изделий. Предложена композиция для производства сахарного печенья функционального назначения, включающая мучную смесь, содержащую пшеничную муку, подслащивающий агент в виде сахара, масло сливочное,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592110
Дата охранного документа: 20.07.2016
13.01.2017
№217.015.7187

Способ производства хлебобулочных изделий

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству хлебобулочных изделий, предназначенных для функционального питания. Предложен способ производства хлебобулочных изделий, включающий получение опары из части пшеничной муки, воды и дрожжей, ее брожение, последующее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002596701
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.7ae5

Способ производства зефира

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к кондитерской. Предложен способ производства зефира, включающий приготовление сахаро-паточного сиропа со структурообразователем, приготовление раствора на основе сухого яичного белка, смешивание 1/2 от рецептурного количества...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600686
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.7b02

Желейный мармелад

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к кондитерской, а именно композициям для производства мармелада. Желейный мармелад включает патоку, желатин, пищевую кислоту, сахар, экстракт мате, смесь лимонной и янтарной кислот в соотношении 1:1,5, водный экстракт из цетрарии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600601
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.7b21

Способ производства мучного кондитерского изделия диетического назначения

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству мучных кондитерских изделий диетического назначения. Способ производства мучного кондитерского изделия диетического назначения в виде затяжного печенья включает смешивание инвертного сиропа, воды температурой 18-23°C в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600600
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.7d09

Композиция для производства шоколада

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к кондитерской отрасли, и может быть использовано при производстве шоколада. Предложена композиция для производства шоколада, включающая какао тертое, какао-масло, лецитин, пудру сахарную, функциональный наполнитель, причем дополнительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002600604
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.80e4

Система охлаждения типа "тепловая труба" узлов трения ленточно-колодочного тормоза

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. Система охлаждения типа "тепловая труба" узлов трения ленточно-колодочного тормоза содержит тормозной шкив, тормозную ленту с фрикционными накладками, охлаждающую систему,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602111
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.80fd

Самотормозящийся асинхронный электродвигатель со сдвоенным короткозамкнутым ротором

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам с автоматическим остановом. Самотормозящийся асинхронный электродвигатель содержит статор и цилиндрический сдвоенный ротор, сопряженный с валом посредством шлицевых соединений, с возможностью аксиального перемещения в воздушном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602242
Дата охранного документа: 10.11.2016
Showing 1-5 of 5 items.
20.03.2015
№216.013.33c6

Устройство для химико-термической обработки деталей в несамостоятельном тлеющем разряде

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов, в частности к ионному азотированию, и может быть использовано в машиностроении, автостроении и арматуростроении. Устройство для химико-термической обработки детали в несамостоятельном тлеющем разряде содержит вакуумную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544729
Дата охранного документа: 20.03.2015
10.08.2016
№216.015.54d3

Устройство для измерения плотности сыпучих тел

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно, к пневматическим устройствам для измерения плотности сыпучих материалов, и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Устройство для измерения плотности сыпучих тел включает два одинаковых по объему...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593675
Дата охранного документа: 10.08.2016
12.01.2017
№217.015.5eed

Способ азотирования изделия из стали в плазме тлеющего разряда

Изобретение относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и режущего инструмента. Способ азотирования изделия из стали в плазме тлеющего разряда...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590439
Дата охранного документа: 10.07.2016
09.06.2018
№218.016.5dcd

Устройство для обработки изделия из стали в плазме тлеющего разряда

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов в плазме тлеющего разряда и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин и режущего инструмента. Устройство для азотирования стальной детали в плазме тлеющего разряда содержит вакуумную камеру,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656191
Дата охранного документа: 31.05.2018
27.05.2019
№219.017.6208

Радиолокационная станция судовой навигации

Изобретение относится к радиолокации и может использоваться в системах судовой навигации. Достигаемый технический результат состоит в уменьшении потерь в тракте приемопередатчика. Указанный результат достигается тем, что в способе формирования сложных фазоманипулированных сигналов для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002444026
Дата охранного документа: 27.02.2012
+ добавить свой РИД