專利名稱：一種用輝光放電表面處理中等離子體探針診斷的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面冶金及化學(xué)熱處理中等離子體診斷的裝置，特別是涉及用于抗污染的采用輝光放電表面處理中等離子體的探針診斷的裝置。
材料表面滲金屬的方法有固體滲金屬、液體滲金屬、氣體滲金屬、離子滲金屬和其它方法聯(lián)用的滲金屬方法等已廣泛用于生產(chǎn)實(shí)踐中。離子滲金屬技術(shù)迅速發(fā)展于八十年代后期，已進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)。離子滲金屬的方法包括雙層輝光離子滲金屬、多弧離子滲金屬、加弧輝光離子滲金屬、交變電場真空離子滲金屬、脈沖輝光放電離子滲金屬和氣相輝光離子滲金屬。它們的優(yōu)點(diǎn)是滲速快、變形小、不需要去鈍處理、能耗低等。其共同的特點(diǎn)是輝光放電產(chǎn)生的等離子體(電子、離子或粒子)對(duì)工件有強(qiáng)烈的轟擊作用。因此，利用等離子體診斷系統(tǒng)對(duì)電子溫度、等離子體電位、電子密度等這些等離子體參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控可有效提高滲層質(zhì)量。
現(xiàn)有探針技術(shù)對(duì)離子滲金屬技術(shù)可實(shí)施等離子體診斷。典型的離子滲金屬方法，如文獻(xiàn)1(徐重，雙層輝光離子滲金屬技術(shù)，金屬熱處理學(xué)報(bào)，1982，171～80)介紹的雙層輝光離子滲金屬技術(shù)的基本原理，是在真空容器內(nèi)設(shè)置陽極，用工件做陰極，以及由欲滲合金元素組成的源極.。陽極和陰極之間以及陽極和源極之間各設(shè)一個(gè)可調(diào)壓直流電源.當(dāng)真空室內(nèi)氬氣壓達(dá)到一定值后，調(diào)節(jié)上述電源，則在陽極和陰極以及陽極和源極之間出現(xiàn)輝光放電，此即為雙層輝光放電現(xiàn)象。輝光放電源極的欲滲元素在離子轟擊下被濺射出來，高速飛向陰極(工件)表面，同時(shí)輝光放電使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁构ぜ訜嶂粮邷?。由源極濺射出來的離子被處于高溫的工件表面吸附，借助于擴(kuò)散過程進(jìn)入工件表面，從而形成欲滲元素的合金層。利用探針技術(shù)進(jìn)行的輝光放電離子滲金屬等離子體診斷表明，放電區(qū)域空間的粒子在探針表面很快沉積，造成探針的嚴(yán)重污染，使獲得的等離子體參數(shù)波動(dòng)性顯著增大，嚴(yán)重影響了滲層質(zhì)量的有效控制。
本發(fā)明的目的為了克服上述已有技術(shù)缺點(diǎn)，在離子滲金屬等離子體診斷裝置中設(shè)計(jì)一種帶有屏蔽作用的探針，離子滲金屬等離子體診斷時(shí)在探針上加偏置電壓，使探針表面的污染(來源于源極的金屬沉積層)在真空中濺射去除掉，而有效地保證金屬膜層的質(zhì)量的目的，從而提供一種用探針技術(shù)進(jìn)行的輝光放電表面處理中等離子體探針診斷的裝置本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的輝光放電表面處理中等離子體探針診斷的裝置，包括在真空室中安置一探針結(jié)構(gòu)，探針結(jié)構(gòu)包括一屏蔽作用的不銹鋼套管、具有支撐作用的彈簧、一絕緣陶瓷管，不銹鋼套管套在陶瓷管外，彈簧支撐在不銹鋼套管和陶瓷管內(nèi)，陶瓷管內(nèi)穿進(jìn)探針導(dǎo)線，探針頭與導(dǎo)線焊接，探針頭的另一端穿出絕緣陶瓷管和不銹鋼套管的前端，并且在不銹鋼管前端留有一小孔密封焊合，探針頭與小孔壁之間距離為0.5mm-1.5mm，間隙的深度在5mm-10mm，一支撐體位于室壁上，探針部分伸入在源極和陰極之間的放電等離子體區(qū)域中，具有動(dòng)密封的可移動(dòng)的支撐體可以是一根波紋管；支撐體的一端固定在真空室壁上，其另一端用一旋蓋固定連接一空心結(jié)構(gòu)的推桿，從陶瓷管內(nèi)穿出的探針導(dǎo)線穿進(jìn)空心結(jié)構(gòu)的推桿，從推桿穿出的導(dǎo)線通過探針電源和伏安特性曲線記錄儀連接；工件陰極為直流電源，它與工件連接，陽極與真空室壁連接接地。合金源極電源與工件陰極連接，陽極與真空室壁連接接地。探針電源分別與探針、真空室壁和記錄儀相連接，即可進(jìn)行等離子體參數(shù)的診斷。
探針頭由W、Mo高熔點(diǎn)的金屬絲制成。
功率為15千瓦的直流可調(diào)電源(0-1000V)為工件提供偏置電壓，陽極與真空室壁連接并接地。功率為20千瓦的直流可調(diào)電源(0-2000V)為合金源極提供偏置電壓，陽極與真空室壁連接并接地。使用雙探針時(shí)可使交流電源分別連接與雙探針兩端，施加一定的電壓可進(jìn)行濺射清洗。探針電源分別與探針、真空室壁和記錄儀連接，其偏置電壓范圍為-100-100V，利用記錄儀記錄伏安特性曲線可計(jì)算出等離子體參數(shù)。
在輝光放電離子滲金屬過程中，探針與等離子體診斷電源斷開，探針與源極電源相聯(lián)接時(shí)在較短時(shí)間內(nèi)可使探針凈化，使用交流電源時(shí)，則凈化時(shí)間略長。凈化探針使等離子體診斷可連續(xù)進(jìn)行，等離子體參數(shù)的穩(wěn)定性增加，工作效率顯著提高。
使用單探針時(shí)，探針與源極的高壓直流電源(0-2000V)相聯(lián)接，鐘罩作為陽極，在探針與鐘罩之間產(chǎn)生輝光放電。在使用雙探針時(shí)，也可在兩探針間加交流可調(diào)電源(0-220V)，在兩探針間電子的振蕩轟擊，使沉積層去除。
由于本發(fā)明提供的探針結(jié)構(gòu)在放電區(qū)域的陶瓷管外，具有彈簧支撐的不銹鋼套管，以防止濺射產(chǎn)物直接沉積在絕緣陶瓷管上，探針和不銹鋼套管之間有一屏蔽，它焊接在不銹鋼管上，并確保與探針穩(wěn)定保持一定距離。將探針移動(dòng)至所需位置，探針與源極的高壓直流電源連接，通過探針電源和伏安特性曲線記錄儀即可進(jìn)行等離子體參數(shù)的診斷。在進(jìn)行合金表面處理時(shí)，探針上施加直流偏壓，可使探針受到離子或電子轟擊，而達(dá)到清洗探針的目的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.探針的表面積可以相對(duì)穩(wěn)定，而不會(huì)由于金屬在陶瓷管和探針連接處的沉積而極大地增加探針面積，產(chǎn)生較大的誤差。2.在探針表面有一定的污染物時(shí)可通過直流電壓濺射去除。3.不銹鋼外套屏蔽的存在消除了陶瓷管表面電弧放電對(duì)等離子體的干擾。4.探針前端的屏蔽和間隙保護(hù)，防止了探針表面的電弧放電對(duì)診斷結(jié)果的干擾。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明

圖1為本發(fā)明的探針結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為探針濺射清除污染線路圖。
圖3為本發(fā)明的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例1按圖1-3制作本發(fā)明的用輝光放電表面處理中等離子體探針診斷的裝置如圖1所示的本發(fā)明采用的探針結(jié)構(gòu)圖，探針頭1與絕緣陶瓷管4之間有間隙保護(hù)，不銹鋼彈簧2套在絕緣陶瓷管4外的中部，不銹鋼管3套在套有不銹鋼彈簧2的絕緣陶瓷管4外，不銹鋼管3前端封閉焊合，中間留有小孔探針頭1用直徑為1mm鎢絲，探針頭1從小孔5中伸出，小孔5的直徑與探針頭1直徑相關(guān)，小孔壁與探針頭1之間距離保持在0.5-1.5mm，間隙的深度在5-10mm以上，以避免由于在真空中導(dǎo)體與絕緣體間產(chǎn)生電弧放電對(duì)探針或絕緣陶瓷管4的燒蝕。不銹鋼管既不帶正電也不帶負(fù)電。
從圖2的本實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖中所示1.探針頭，12.工件陰極，13.等離子體區(qū)，14.合金陰極，3.探針支撐用不銹鋼管6.探針電源，7.移動(dòng)探針旋扭，8.真空室壁，9.記錄儀，10.空心推桿，11.導(dǎo)線，15.支撐體，16.固定件。在真空室中一支撐體16固定在室壁上，上述的探針部分伸入源極6和工件陰極14的放電等離子體區(qū)域中，在具有動(dòng)密封的可移動(dòng)的支撐體15是一根波紋管做支撐體；支撐體15的一端固定在真空室壁上，支撐體15的另一端用一旋蓋7固定連接一空心結(jié)構(gòu)的推桿10，從陶瓷管內(nèi)穿出的探針導(dǎo)線11穿進(jìn)空心結(jié)構(gòu)的推桿10，從推桿10穿出的導(dǎo)線11通過探針電源6和伏安特性曲線記錄儀9連接，即可進(jìn)行等離子體參數(shù)的診斷。
圖3為濺射清除污染線路圖，圖中示出1為探針，伸入等離子空間一定距離，12為工件陰極，17為直流可調(diào)電源(0-1000V)為工件提供電壓，14為合金陰極提供欲滲合金元素，6為源極高壓直流電源(0-2000V)，并作為探針濺射清洗電源，20為包括等離子體診斷電源和記錄儀，21為交流可調(diào)電源，作為雙探針時(shí)的濺射清洗電源，18為真空系統(tǒng)，19為供氣系統(tǒng)。
功率為15千瓦的直流可調(diào)電源3(0-1000V)為工件提供偏置電壓，陽極與真空室壁連接并接地。功率為20千瓦的直流可調(diào)電源5(0-2000V)為合金源極提供偏置電壓，陽極與真空室壁連接并接地。使用雙探針時(shí)可使交流電源7分別連接與雙探針兩端，施加一定的電壓可進(jìn)行濺射清洗。探針電源6分別與探針、真空室壁和記錄儀連接，其偏置電壓范圍為-100-100V。利用記錄儀記錄伏安特性曲線可計(jì)算出等離子體參數(shù)。
在輝光放電離子滲金屬過程中，探針與等離子體診斷電源斷開，探針與源極電源相聯(lián)接時(shí)在較短時(shí)間內(nèi)可使探針凈化，使用交流電源時(shí)，則凈化時(shí)間略長。凈化探針使等離子體診斷可連續(xù)進(jìn)行，等離子體參數(shù)的穩(wěn)定性增加，工作效率顯著提高。
權(quán)利要求
1一種采用輝光放電表面處理中等離子體的探針診斷的裝置，包括在真空室中安置一探針結(jié)構(gòu)，工件陰極為直流電源，它與工件連接，陽極與真空室壁連接接地。合金源極電源與工件陰極連接，陽極與真空室壁連接接地。探針電源分別與探針、真空室壁和記錄儀相連接，其特征在于探針結(jié)構(gòu)由一屏蔽作用的不銹鋼套管套在陶瓷管外，彈簧支撐在不銹鋼套管和陶瓷管之間，在不銹鋼管前端密封焊合，并留有一小孔，陶瓷管內(nèi)穿進(jìn)探針導(dǎo)線，探針頭與導(dǎo)線焊接，探針頭的另一端穿出絕緣陶瓷管和不銹鋼套管的前端的小孔，一支撐體位于室壁上，探針部分伸入在源極和陰極之間的放電等離子體區(qū)域中，具有動(dòng)密封的可移動(dòng)的支撐體可以是一根波紋管；支撐體的一端固定在真空室壁上，其另一端用一旋蓋固定連接一空心結(jié)構(gòu)的推桿，從陶瓷管內(nèi)穿出的探針導(dǎo)線穿進(jìn)空心結(jié)構(gòu)的推桿，從推桿穿出的導(dǎo)線通過探針電源和伏安特性曲線記錄儀連接；探針電源分別與探針、真空室壁和記錄儀相連接，即可進(jìn)行等離子體參數(shù)的診斷。
2.按權(quán)利要求1所述的一種采用輝光放電表面處理中等離子體的探針診斷的裝置，其特征在于所述的探針頭由W、Mo高熔點(diǎn)的金屬絲制成。
3.按權(quán)利要求1所述的一種采用輝光放電表面處理中等離子體的探針診斷的裝置，其特征在于所述的探針頭與小孔壁之間距離為0.5mm-1.5mm，間隙的深度在5mm-10mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用輝光放電表面處理中等離子體的探針診斷的裝置。該裝置由不銹鋼管套在陶瓷管外,彈簧支撐在不銹鋼管和陶瓷管之間,陶瓷管內(nèi)穿進(jìn)探針導(dǎo)線,探針頭一端與導(dǎo)線焊接,另一端穿出陶瓷管、不銹鋼管的前端的小孔的探針,探針伸入在源極和陰極之間的放電等離子體區(qū)域中,支撐體的一端固定在真空室壁上,另一端用旋蓋固定連接空心推桿,從陶瓷管內(nèi)穿出的探針導(dǎo)線穿進(jìn)推桿并穿出,再通過探針電源和伏安特性曲線記錄儀連接。
文檔編號(hào)C23C14/38GK1332373SQ0010982
公開日2002年1月23日 申請(qǐng)日期2000年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月7日
發(fā)明者李成明, 張勇, 曹爾妍, 薛明倫 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所