Zariadenie na generovanie studenej plazmy vo vákuovej komore a použitie uvedeného zariadenia na termo-chemické procesy

Číslo patentu: E 10811

Dátum: 01.02.2008

Autori: Poigt Laure, Chavanne Hervé, Maurin-perrier Philippe

Je ešte 7 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Vynález sa týka zariadenia na generovanie studenej plazmy V prostredí za zníženého tlaku a zvlášť sa týka katódy schopnej generovať túto studenú plazmu veľkého výkonu.0002 Odborník V príslušnej oblasti vie, že v priemysle sa na úpravy povrchu rôznych druhov materiálov používajú studené plazmy na vytvorenie aktívnych častíc, ktoré neexistujú V prirodzenom stave. Oproti konvenčným postupom umožňuje použitie plazmy pri termochemických úpravách povrchov presnú kontrolu koncentrácie aktívnych častíc. Studené nízkotlakové plazmy okrem toho umožňujú významne obmedziť spotrebu plynu, čo je výhodné ako z ekonomického, tak aj ekologického hľadiska. 0003 V oblasti generovania plazmy za zníženého tlaku bol navrhnutý rad technických riešení.0004 Podľa jedneho z riešení sa priamo polarizujú opracovávané kusy. V blízkosti povrchu sa vytvorí tlejivý výboj,čo excituje zvolenú zmes plynu. Táto technika sa často používa pri iónovej cementácii alebo nitridácii, ale vyžaduje členené opracovanie V závislosti na geometrii a usporiadaní rôznych kusov. Prirodzene zosilnenie plazmy V špecifických miestach, ako sú napríklad otvory, hrany apod., spôsobuje lokálne prehriatie,ktoré negatívne pôsobí na kvalitu opracovania. Z tejto techniky tiež vyplýva, že substráty sú vystavené intenzívnemu iónovému bombardovaniu, čo poškodzuje ich povrch.0005 V inom riešení podľa patentu FR 2 702 119 sa použije anténa, ktorá na spôsob mikrovlnnej rúry injektuje do generátora mernú vlnu. Hlavná nevýhoda tejto techniky spočíva v tom, že antény sú bodové zdroje, ktoré môžu iba zriedka injektovať viac než 200 W, pričom na to, aby sa V priemyslovom generátore vytvorila homogenna plazma, je treba znásobiť počet zdrojov. Z toho plynie potreba veľkého priestoru, väčších prevádzkových nákladov a riziko porúch. Tento typ antényumožňuje injektovať iba ultrakrátku vlnu (nie vlny DC, DC pulzné, ani RF a poskytuje dobrý výkon iba V špecifických fyzických podmienkach elektronickej cyklotrónovej rezonancie. 0006 Iné riešenie vyplýva 2 patentu FR 2 766 321. Týka sa zariadenia na excitáciu plynu, ktoré má dutú štruktúru na vedenie vĺn, táto štruktúra je spojená s generátorom, zatiaľ čo prostriedky umožňujú cirkuláciu plynu touto štruktúrou. Plazma vzniká zvonku štruktúry alebo uzavretého priestoru V dutej trubici z nevodivého materiálu. Výsledky získané touto technikou sú uspokojivé iba pri tlakoch, ktoré sú pre technológiu vákua pomerne vysoke (väčších než 5 mbar). To komplikuje prúdenie plynu vo vnútri generátora, z čoho plynie nerovnomernosť opracovania.0007 Iné riešenie poskytuje patent EP O 872 569, ktorý sa týka spôsobu nitridácie iónovým bombardovaním, pri ktorom je plazma generovaná V peci. Prúd je vedený na katódu z kovovej mriežkoviny okolo opracovávaných výrobkov, anódu tvoria steny pece. Použité katódy sú všeobecne málo účinne na vytvorenie veľkého množstva aktívnych častíc. Iónové bombardovaniektorému sú vystavené katódy, spôsobuje ich prehrievanie prispievajúce k zahrievaniu kusov, čo neumožňuje separovať teplotu kusov od generovania plazmy (teda aktívnych častíc). Inou nevýhodou tohto typu katód je pulverizácia spôsobená vysokými napätiami (rádovo 500 Voltov), ktorá znečisťuje substráty.0008 Na odstránenie týchto nevýhod, zvlášť na obmedzenie napätia na katóde, bolo navrhnuté zhustenie plazmy do otvorov,aby zosilnila plazma a znížilo sa napätie. Riešenie tohto typu prináša patent EP O 881 865, ktorý sa týka zariadenia na produkciu niekoľkých prúdov nízkoteplotnej plazmy pomocou vysokofrekvenčného výkonu použitím vybíjačov. Zariadenie je usporiadané z niekoľkých jednotlivých dutých katódových komôr,každý plazmový prúd prebieha V samostatnej dutej komore, to znamená v uzavretom priestore výboja. Medzi nevýhody tohto riešenia patrí najmä to, že medzi otvormi môže nastaťnerovnomerný výkon a že celkový výkon je stale samovoľneudržovaný na často nižšej úrovni než 1 kW V dôsledku prehriatia súboru v dôsledku veľmi intenzívneho iónového bombardovania do otvorov.0009 Cieľom vynálezu je odstrániť tieto nevýhody jednoduchým, istým a účinným spôsobom.0010 Problém, ktorý je vynálezom riešený, je generovanie studených vysoko výkonných plaziem V uzavretom priestore zníženého tlaku tým, že sa oddelí teplota substrátov od tvorby aktívnych častíc, aby bolo možné vykonávať rôzne opracovanie povrchu ako je naparovanie, termochemické opracovanie, aktivácia, nastrekovanie, čistenie, morenie a ďalšie.0011 Na vyriešenie daného problému je zariadenie vybavené katódou, ktorá má duté komory na elektrostatické zhustenie plazmy. Podľa vynálezu je daný problém riešený znakmi0012 Problém týkajúci sa odobratia kalórií pri otvoroch katódy, ktoré vznikajú silným iónovým bombardovaním, je riešený tak, že prvok umožňujúci cirkuláciu chladiacej kvapaliny je buď nezávislý na tele katódy a je k nemu tesne pripevnený, alebo tento prvok a telo katódy sú jedným celkom.0013 Telo katódy a prvok umožňujúci cirkuláciu chladiacej kvapaliny sú zhotovené z nemagnetického, elektricky a tepelne vodivého materiálu.0014 Vychádzajúc z tejto základnej koncepcie sú všetky magnety prednostné nastavené v smere Sever-Juh (obrázok 2),alebo sú rozmiestené striedavo (obrázok 3) alebo sú rozmiestnené náhodne (obrázok 4).0015 Magnetické usporiadania sa použijú podľa šírky alebo dĺžky katódy (obrázok 5).0016 V jednom uskutočnení je magnetické pole generované valcovitými magnetmi upevnenými v otvoroch tela katódy.0017 vynález sa tiež týka použitia zariadenia natermochemické opracovanie, ako sú nitridácia, cementácia, 0018 Vynález bude podrobnejšie vysvetlený s odkazmi na- obrázok 1 je prierez znázorňujúci princíp zariadenia podľa vynálezu- obrázky 2, 3 a 4 znázorňujú silové čiary v závislosti na nastavení magnetov- obrázok 5 je pohľad zospodu na príklad uskutočnenia katódy- obrázok 6 je pozdĺžny prierez podľa čiary 5-5 2 obrázka 5- obrázok 8 je pozdĺžny prierez na čiare 7-7 z obrázka 7- obrázok 9 je pozdĺžny prierez katódy vybavenej chladičom- obrázok 10 znázorňuje krivku tvrdosti V závislosti na hĺbke v prípade nehrdzavejúcej austenitickej ocele (304 L)nitridovanej zariadením podľa vynálezu.0019 Telo katódy (1) má niekoľko dutých komôr (la) na zhustenie plazmy. Zhustenie plazmy V dutých komorách (la) umožňuje urýchliť a zvýšiť tvorbu aktívnych častíc. Každá dutá komora (la) je spojená s prostriedkami (2) schopnými vytvoriť magnetické pole nútiace elektróny obiehať podľa silových čiar. Týmito prostriedkami (2) sú magnety rozmiestnené okolo a súbežne s dutými komorami, ktoré sú V tvare otvorov (la). To má za účinok zvýšenie počtu stretov elektrónov s molekulamí okolitého plynu, čo zvýši mieru produkcie aktívnych častíc.0020 Telo katódy (1) je v kontakte s chladičom (3) umožňujúcim cirkuláciu chladiacej kvapaliny na odobratie kalórií qenerovaných intenzívnym iónovým bombardovanínl V mieste každej dutej komory (la). Tento chladič (3) má stredové vybratie (3 a) slúžiace ako nádrž, ktorá je spojená so vstupom (4) a výstupom(5) vody. Obrázok 7 znázorňuje cirkuláciu chladiacej kvapaliny. Voda prichádza vstupom (4), obchádza stredové rebro (6) a odchádza vstupom (5). Chladič (3) je pripojený k telu katódy (1) skrutkami (7) rozmiestenými po obvode, utesnenie je zaistené

MPK / Značky

MPK: H05H 1/24

Značky: vákuovej, komoře, procesy, použitie, studenej, zariadenie, generovanie, zariadenia, plazmy, termo-chemické, uvedeného

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/15-e10811-zariadenie-na-generovanie-studenej-plazmy-vo-vakuovej-komore-a-pouzitie-uvedeneho-zariadenia-na-termo-chemicke-procesy.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Zariadenie na generovanie studenej plazmy vo vákuovej komore a použitie uvedeného zariadenia na termo-chemické procesy</a>

Podobne patenty