КАТОДНЫЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ИСПАРИТЕЛЯ
CATHODE UNIT OF ELECTRIC ARC EVAPORATOR

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технике вакуумно-плазменного напыления путем нанесения металлосодержащих покрытий различного назначения.
Из уровня техники известен катодный узел электродугового испарителя, содержащий катод с поверхностью испарения, охлаждающее катод основание, выполненное в виде открытого с одной стороны кожуха коробчатой формы, герметично присоединенного к охлаждаемой поверхности катода с образованием полости для охлаждающей среды, средства подвода - отвода охлаждающей среды, средства электрической связи катода с источником электропитания разряда (Патент на изобретение РФ №2046153, C23C 14/32, 1993 г., прототип).
К недостаткам данного известного из уровня техники устройства относится низкое качество покрытия.
В основу заявленного изобретения была положена задача повышения качества покрытия и ресурса расходуемого материала за счет обеспечения равномерности испарения материала.
Поставленная задача решается посредством того, что катодный узел электродугового испарителя, состоящий из катода, который выполнен в виде охлаждающего основания в фронтальном сечении в профильном в форме фланца, согласно изобретению дополнительно снабжен изолированной охлаждаемой рубашкой и электромагнитной катушкой, при этом рубашка выполнена с возможностью охвата катода электромагнитная катушка - с возможностью охвата рубашки, а катод выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль своей продольной оси.
Оптимально охлаждаемую рубашку выполнять в виде цилиндра.
Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 изображено продольное сечение катодного узла электродугового испарителя.
Катодный узел электродугового испарителя содержит катод 1, расположенный на фланце 2 и изолированный от него изолятором 3. На фланце также крепится защитный кожух 4 с закрепленным на нем поджигающим электродом 5, который в свою очередь изолирован от фланца 2 при помощи изолятора 6. Фланец крепится к охлаждаемой рубашке 7 при помощи изолятора 8. На охлаждаемой рубашке 7 снаружи по периметру установлена фокусирующая катушка 9. Цилиндрическая рубашка изолированно крепится по фланцу камеры 10 при помощи изолятора 11.
Работа катодного узла электродугового испарителя осуществляется следующим образом.
В начале технологического цикла в вакуумной камере (на чертеже не показана) после установки мишени 12 откачивают воздух. Одновременно во внутрь катода 1 и охлаждаемую рубашку 7 подается жидкофазная охлаждающая среда, в данном конкретном случае - вода. Затем на катод 1 и анод, которым является подложка (на чертеже не показана) с находящимися на ней деталями, подается напряжение. Для возбуждения плазменной дуги используется система поджига, которая включает поджигающий электрод 5.
В процессе работы катодного узла осуществляется испарение материала мишени 12. При достижении критичного расхода материала мишени 12 для обеспечения оптимальной работы установки в целом в зоне возникновения плазменной дуги катод 1 перемещают на технологически регламентированное расстояние.
В целях регулировки положения катодного пятна на плазменную дугу воздействуют электромагнитным полем, создаваемым фокусирующей катушкой 9, что в конечном итоге позволяет обеспечить качество покрытия.
Данный катодный узел электродугового испарителя разрабатывался для нанесения покрытия нитрид титана (TiN) и полученные с его помощью покрытия имели минимальную капельную фазу, а во время работы материал мишени распылялся равномерно со всей поверхности. Также выявлено, что во время перемещения катода на технологически регламентированное расстояние дуга не гаснет.
Анализ заявленного технического решения показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности, не известной на дату приоритета из уровня техники, необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в металлургии, в частности в технологиях вакуумно-плазменного напыления;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.