[其他]平行场空心阴极电子枪

说明书

本实用新型属于真空镀膜机中的核心设备。

目前工业上所用的空心阴极离子镀膜机中的热源——空心阴极放电电子枪(简称HCD枪)皆属于电场与磁场相垂直的结构，此种结构的电子枪具有四个电磁场线圈，且有一个辅助阳极，另加轰击极，需要支承机构和冷却装置。如美国的Moley和smith，日本的Sato和小宫宗治、鹤岗等家研制的真空离子镀膜机中所用的电子枪均为此种电场与磁场相垂直的结构。这种电子枪结构较复杂，由于所产生的电子束不对称，因而不能打到坩埚中心，对于离化率和离子密度的合理分布有一定的影响。

本实用新型的目的在于改进现有空心阴极电子枪，提供一种具有结构简单，能产生对称电子束，离化率高的电子枪。

本实用新型的要点是，将电子枪中原来由漆包线绕制而成的四个各种参数都不同的电磁场改为只有两个用导电性能好的金属管绕制而成的参数完全相同的电磁场，在布置上由原来的电场与磁场相垂直，改为电场与磁场相平行；废弃了原来电子枪中的辅助阳极；改变了原来专门加的轰击极，在本实用新型中采用充气管兼做轰击极；取消原电子枪中的支承机构和冷却装置，从而使电子枪的结构大为简化。

本实用新型的具体组成如附图所示，〔1〕空心阴极，〔2〕阴极套，〔3〕空心阴极聚焦极，〔4〕工件转架，〔5〕电热器，〔6〕电子束，〔7〕坩埚聚焦极，〔8〕真空室，〔9〕充气管兼做轰击极，〔11〕坩埚，〔10〕永久磁铁。图中L、D分别为空心阴极聚焦极〔3〕和坩埚聚焦极〔7〕间的水平距离和垂直距离，S、N为两聚焦极的磁极性方向，P为真空系统。Ar、N₂箭头所示为充气管〔9〕位置，X、Z和X′、Z′为聚焦极磁场坐标。

本实用新型的空心阴极〔1〕最好用钽管制成，在空心阴极〔1〕的外面装有阴极套〔2〕，阴极套〔2〕可用石英管制成，空心阴极〔1〕与空心阴极水冷电极的连接由一个活动夹头来完成，空心阴极〔1〕的聚焦极〔3〕及坩埚聚焦极〔7〕是用导电性能良好的金属管(如紫铜管)绕制而成，一般绕7～10圈，且匝间进行绝缘处理。此两个聚焦极的各种参数(如安匝数、平均直径等)完全一样，形成一种电场和磁场相平行的复合电磁场，这两个电磁场兼有偏转和聚焦的作用。空心阴极的聚焦极〔3〕与其空心阴极〔1〕共轴，偏心距为零，空心阴极聚焦极〔3〕与坩埚聚焦极〔7〕之间的垂直距离D与水平距离L相等。充气管〔9〕既能充气又可加电压而兼做轰击极。为增加坩埚聚焦极〔7〕的效果和调整电子束的位置，本实用新型在坩埚水冷电极上端加上一可任意调整的永久磁铁〔10〕。

本实用新型的运行机制以向工件镀氦化钛薄膜为例，首先向空心阴极〔1〕通入氩气，在电场作用下使氩气电离而成等离子体，正离子轰击阴极达2400K使其发射电子，形成电子束，经聚焦和偏转后打到坩埚〔11〕熔池中，使坩埚〔11〕中的钛熔化并蒸发和电离；再向充气管〔9〕通入氦气，则工件表面上就生成坚硬而牢固的仿金氦化钛薄膜。完成这样一个工艺过程的真空离子镀膜机除电子枪外，还有相应的真空系统、传动系统，充气系统、电控和电拖动系统。

本实用新型的电子枪不仅可用于真空镀膜机，还可用于真空提纯，高纯、稀有、难熔金属的熔炼、真空加热去气，真空焊接，区熔等设备。

本实用新型具有体积小，结构简单，成本低，操作方便，引弧容易，离化率高，性能稳定等优点。