2.3.2 Устройство и принцип работы источника плазмы «пинк»

Плазменный источник (или плазмогенератор) с накаленным катодом («ПИНК») предназначен для генерации газовой плазмы, которая может использоваться для очистки и активации изделий, для ионной имплантации, а также для нанесения покрытий в режиме плазменного ассистирования.

В плазмогенераторе, конструкция которого представлена на рис. 2, используется комбинированный катод, состоящий из помещенных в продольное магнитное поле цилиндрической полости и расположенного в ней накаленного катода. Цилиндрическая катодная полость выполнена из нержавеющей стали и имеет диаметр 120 мм и длину 280 мм. Накаленный катод изготовлен в виде спирали из вольфрамовой проволоки диаметром 2 мм, закрепленной на медных водоохлаждаемых токовводах. При токе 180 А катод обеспечивает эмиссию до 10 А. Магнитная система обеспечивает стабилизацию разряда и некоторую фокусировку разрядной плазмы. Катодная полость закрепляется на водоохлаждаемом фланце, который изолирован от корпуса плазмогенератора с помощью изолирующей прокладки. Корпус плазмогенератора, находящийся под анодным потенциалом, установлен на заземленную вакуумную камеру.

Рис. 2. Схема источника газовой плазмы «ПИНК»

1 – вакуумная камера; 2 – полый катод; 3 – накальный катод;

4 – магнитная система; 5 – ИП накала; 6 – ИП разряда

Эмиттируемые накаленным катодом электроны движутся вдоль силовых линий магнитного поля в направлении анода, роль которого выполняют заземленные стенки вакуумной камеры. Так как напуск рабочего газа производится в катодную полость, то вблизи накаленного катода создается область повышенного давления. Наличие потока ускоренных электронов, траектории которых удлиняются за счет магнитного поля, и области с повышенной концентрацией молекул рабочего газа облегчают зажигание и горение несамостоятельного дугового разряда при низких давлениях. Разряд существует между катодом, которым являются как накаленная катодная нить, так и соединенная с ней катодная полость, и полым анодом с площадью, равной площади внутренней поверхности вакуумной камеры.

Плазмогенератор работает следующим образом. После подачи рабочего газа и установления в камере рабочего давления (~10^-1 Па) включается накал катода и подается напряжение на разрядный промежуток. Происходит зажигание дуги низкого давления с накаленным катодом. Плазма, генерируемая таким разрядом, заполняет анодную полость, являясь рабочей средой для обработки поверхности помещенных в нее материалов и изделий. Использование накаленного катода позволяет за счет изменения его эмиссии контролировать ток разряда, реализуя режим несамостоятельного дугового разряда без катодного пятна

Основные технические характеристики источника плазмы «ПИНК»

ток разряда 10…250 А;

напряжение горения 30…60 В;

ток накала 100-170 А;

диапазон рабочих давлений 0,01…1 Па;

мощность, потребляемая накалом до 1,5 кВт;

мощность, потребляемая разрядом до 10 кВт;

срок службы накаленного катода не менее 20 часов.