供料裝置和離子源裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種供料裝置和離子源裝置，特別是涉及一種需要倒置使用的供料裝置和相應(yīng)的離子源裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]離子注入機(jī)的離子源用于產(chǎn)生等離子體并引出束流，而在使用固體原料(例如紅磷)的離子源中，需要將固體原料氣化后通入真空腔以離子化氣體，有時(shí)固體原料是塊狀的，具有較大的體積，在這種情況下，用于氣化固體原料的蒸發(fā)瓶通常設(shè)置有兩個(gè)開(kāi)口，一個(gè)較大的開(kāi)口作為填料口，通過(guò)該填料口將固體原料裝入蒸發(fā)瓶中；另一個(gè)開(kāi)口通常具有較小的孔徑，用于將氣體通入真空腔中。然而，在真空度要求比較高的場(chǎng)合下這種結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)瓶不是最理想的，因?yàn)殚_(kāi)口越多就使得真空度的保持越為困難，較大開(kāi)口的密封難度顯然是比較大的，一旦蒸發(fā)瓶有開(kāi)口漏氣，就會(huì)影響到真空腔。
[0003]為此，研發(fā)人員嘗試將填料口和氣體出口合二為一，即使用僅有一個(gè)開(kāi)口的蒸發(fā)瓶，該蒸發(fā)瓶的瓶口孔徑較小，可以使用小塊的固體原料或者使用粉末狀的固體原料。上述這種蒸發(fā)瓶在瓶口向上的放置情況是可行的，但是在倒置使用時(shí)又出現(xiàn)了問(wèn)題(為了使離子注入機(jī)的整體結(jié)構(gòu)更為緊湊，根據(jù)離子源在整個(gè)離子注入機(jī)中的位置，有時(shí)候需要將蒸發(fā)瓶倒置在離子源的上方，即蒸發(fā)瓶的瓶口向下放置)。參考圖1，蒸發(fā)瓶I的瓶口 11向下，瓶口 11既作為填料口又作為氣體的出口，在這種需要倒置蒸發(fā)瓶的情況下，固體原料2會(huì)堵塞瓶口倒置氣體難以通暢傳輸至真空腔，并且在這種情況下，顯然粉末狀的固體原料是無(wú)法被使用的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中氣化固體原料的蒸發(fā)瓶填料口和氣體出口分離致使真空密封難度增大、填料口和氣體出口合二為一時(shí)倒置蒸發(fā)瓶時(shí)瓶口易被固體原料堵塞、倒置使用時(shí)無(wú)法使用粉末狀固體原料的缺陷，提供一種供料裝置和離子源裝置，其適用于塊狀固體原料和粉末狀固體原料，特別適用于需倒置使用的場(chǎng)合。
[0005]本實(shí)用新型是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的:
[0006]一種供料裝置，其特點(diǎn)在于，其包括一容器、一空心旋帽和一空心桿，其中，
[0007]該容器包括一容器主體以及與該容器主體相連的一頸部，該容器主體具有用于盛放固體原料的容置空間，該頸部上設(shè)置有外螺紋；
[0008]該空心旋帽包括側(cè)壁、與側(cè)壁一端相連的端面以及由該側(cè)壁限定的中空部，該端面上設(shè)置有與該中空部相連通的一第一通孔，該中空部用于使該空心桿穿過(guò)，該側(cè)壁的內(nèi)壁上設(shè)置有與該外螺紋相適配的內(nèi)螺紋；
[0009]該空心桿包括均為中空的第一桿體、第二桿體以及位于該第一桿體和第二桿體之間的一突出部，該突出部的外徑大于該第一通孔的孔徑，該第一桿體和該第二桿體的外徑均小于該第一通孔的孔徑，
[0010]該空心桿的長(zhǎng)度被設(shè)置為:當(dāng)該空心桿被插入于該容器、且該空心桿的第二桿體伸出該第一通孔并且該空心旋帽旋緊于該頸部時(shí)，該第一桿體抵設(shè)于該容器的底部，該突出部的一端抵設(shè)于該端面。
[0011]優(yōu)選地，該第一桿體、該第二桿體和該突出部一體成型。
[0012]優(yōu)選地，該供料裝置還包括一外套，該外套包括一中空筒體以及與該中空筒體的一端相連的端部，該端部上設(shè)置有與該中空筒體相貫通的第二通孔，
[0013]該中空筒體的另一端與該容器主體的肩部相連，該頸部穿設(shè)于該中空筒體中。
[0014]優(yōu)選地，該第二通孔的孔徑大于該空心旋帽的外徑。
[0015]優(yōu)選地，該容器和該外套是一體成型的。
[0016]優(yōu)選地，該外套為絕緣外套。在采用固體原料的離子源裝置中，需要將固體原料加熱氣化以將氣體引入真空腔中用于等離子體的產(chǎn)生。如果氣化溫度比較高，那么用于氣化固體原料的加熱裝置就需要較高的功率，通常需要在較高的電壓下工作。而采用絕緣的外套能夠起到很好的隔離作用，僅僅是加熱裝置在高壓下工作，而離子源裝置依然可以在大地電位上工作，這樣對(duì)離子源裝置中其他部件的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是非常有利的，也可以保證操作人員的安全。
[0017]優(yōu)選地，該端部的外徑為5cm-50cm。該端部的截面可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)，特別地，當(dāng)固體原料的氣化溫度比較高時(shí)，可以采用較大截面的端部，例如30cm-50cm外徑的端部。在端部的徑向上可以形成溫度的梯度分布，使得端部的外邊緣不易受到較高溫度的影響，從而使得設(shè)置于端部的外邊緣處的密封裝置不會(huì)受到高溫的影響而影響到真空腔的密封性。
[0018]優(yōu)選地，該中空筒體和該頸部之間形成間隙。所述間隙形成于該中空筒體的內(nèi)壁和該頸部的外壁之間。
[0019]優(yōu)選地，該間隙為1_-20_。在該供料裝置于離子源的真空腔相配合時(shí)，在真空腔被抽真空之后，間隙處亦是真空狀態(tài)，這一真空層的存在起到了較好的熱隔絕，頸部處的溫度不易受到加熱裝置的影響而過(guò)熱，也不容易受到真空腔的冷卻裝置的影響而過(guò)冷(真空腔的冷卻裝置例如冷卻管道，管道中的冷卻介質(zhì)常用的有水或油，冷卻溫度大于O °c，小于等于60°c，一般來(lái)說(shuō)冷卻溫度和固體原料的氣化溫度差異較大，由此可能導(dǎo)致氣體流動(dòng)至頸部處受到冷卻裝置影響而發(fā)生凝華，但是真空層的存在使得凝華現(xiàn)象得到明顯緩解)。
[0020]優(yōu)選地，該容器是由耐高溫材料制得的，其中耐高溫為耐受溫度達(dá)到800 0C -1OOO0C ；
[0021]或者，該固體原料為塊狀原料或粉末狀原料。
[0022]本實(shí)用新型還提供一種離子源裝置，其包括一真空腔，其特點(diǎn)在于，該真空腔通過(guò)冷卻裝置冷卻，該真空腔包括一頂面，該頂面上開(kāi)設(shè)有一進(jìn)料口，該離子源裝置還包括如上所述的供料裝置，該容器與該空心桿通過(guò)該旋帽被固定時(shí)，該第二桿體通過(guò)該進(jìn)料口伸入該真空腔中，該容器主體的肩部與該頂面通過(guò)密封裝置密封。
[0023]優(yōu)選地，該頂面上設(shè)置有凹槽，該凹槽中置有密封圈，該肩部與該頂面通過(guò)該密封圈使該進(jìn)料口密封。
[0024]本實(shí)用新型還提供一種離子源裝置，其包括一真空腔，其特點(diǎn)在于，該真空腔通過(guò)冷卻裝置冷卻，該真空腔包括一頂面，該頂面上開(kāi)設(shè)有一進(jìn)料口，該離子源裝置還包括如上所述的供料裝置，該容器與該空心桿通過(guò)該旋帽被固定時(shí)，該第二桿體通過(guò)該進(jìn)料口伸入該真空腔中，該外套的該端部與該頂面通過(guò)密封裝置密封。
[0025]優(yōu)選地，該頂面上設(shè)置有凹槽，該凹槽中置有密封圈，該端部與該頂面通過(guò)該密封圈使該進(jìn)料口密封，該密封圈距離該端部的外邊緣5mm-5cm，較佳地，該密封圈距離該端部的外邊緣5mm - 20mm。
[0026]通過(guò)容器、空心旋帽和空心桿的組合使用，在倒置使用的情況下固體原料既不會(huì)堵塞瓶口也不會(huì)掉入真空腔中形成污染。
[0027]在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本實(shí)用新型各較佳實(shí)例。
[0028]本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于:
[0029]1、通過(guò)容器、空心旋帽和空心桿的組合使用，使得在倒置使用的情況下填料口和出氣口合二為一成為可能；同時(shí)還能保證容器在倒置使用中，固體原料不會(huì)堵塞瓶口或者固體原料也不會(huì)進(jìn)入空心桿體中造成真空腔的污染。當(dāng)然該供料裝置亦可瓶口向上使用，即本實(shí)用新型的供料裝置不受瓶口方向的限制，因此其設(shè)置位置既可以放置在離子源裝置的真空腔的上方，也可以放在真空腔的下方，由此在與離子源裝置配合使用時(shí)靈活性更佳，為離子源裝置和離子注入機(jī)中其他部件的設(shè)計(jì)提供便利。
[0030]2、在氣化溫度較高的情況下，可以使用具有外套的供料裝置，由于外套的端部截面較大，可以形成徑向上(垂直于空心桿長(zhǎng)度方向的方向)的溫度的梯度分布，較高的溫度也不易影響到供料裝置和真空腔之間的密封裝置(例如O型圈)，由此保證了真空腔的密封性。
[0031]3、中空筒體和頸部之間間隙的存在能在真空腔被抽真空之后形成真空層，由此頸部的溫度既不易受容器主體加熱的影響又不容易受真空腔冷卻的影響，由此頸部的溫度既不會(huì)過(guò)高也不會(huì)過(guò)低，能夠在保證真空腔密封性的同時(shí)基本確保氣體不易凝華沉積于頸部處。
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的蒸發(fā)瓶倒置使用的示意圖。
[0033]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1中容器的示意圖。
[0034]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1中空心旋帽的立體圖。
[0035]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例1中空心旋帽的剖視圖。
[0036]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例1中空心桿的立體圖。
[0037]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例1中空心桿的另一角度的立體圖。
[0038]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例1的供料裝置的裝配示意圖。
[0039]圖8為本實(shí)用新型實(shí)施例1的供料裝置的倒置狀態(tài)示意圖。
[0040]圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例1的供料裝置的使用狀態(tài)示意圖。
[0041]圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例2中容器的示意圖。
[0042]圖11為本實(shí)用新型實(shí)施例2的供料裝置的裝配示意圖。
[0043]圖12為本實(shí)用新型實(shí)施例2的供料裝置的使用狀態(tài)示意圖。
[0044]圖13為本實(shí)用新型實(shí)施例3的供料裝置與離子源裝置配合使用的示意圖。
[0045]圖14為本實(shí)用新型實(shí)施例3中真空腔的頂面與供料裝置裝配的局部示意圖。
[0046]圖15為圖13中A部的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面通過(guò)實(shí)施例的方式進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型，但并不因此將本實(shí)用新型限制在所述的實(shí)施例范圍之中。
[0048]實(shí)施例1
[0049]參考圖2-圖9，本實(shí)施例所述供料裝置，包括一容器1、一空心旋帽2和一空心桿3，其中，
[0050]該容器I包括一容器主體11以及與該容器主體11相連的一頸部12，該容器主體11具有用于盛放固體原料的容置空間111，該頸部12上設(shè)置有外螺紋121 ;
[0051]該空心旋帽2包括側(cè)壁21、與側(cè)壁21 —端相連的端面22以及由該側(cè)壁限定的中空部，該端面22上設(shè)置有與該中空部相連通的一第一通孔221，該中空部用于使該空心桿3穿過(guò)，該側(cè)壁21的內(nèi)壁上設(shè)置有與該外螺紋121相適配的內(nèi)螺紋211 ；
[0052]該空心桿3包括均為中空的第一桿體31、第二桿體32以及位于該第一桿體31和第二桿體32