[其他]电弧点火装置

说明书

本发明涉及一种用于引发等离子体装置里的电弧，特别是在真空电弧镀覆过程中使用的、类型新颖的阳极点火装置和工艺过程。

电弧等离子体发生器具有包括例如通过由电流加热阴极的对阴极的物质使之汽化产生镀覆的系统的各种各样的结构和应用。A·A斯纳珀在美国专利3625848号、3836451号，L.萨弗雷夫等人在美国专利3783231号和379317号里揭示了这样的镀覆系统。

与这些系统有关的一个问题是在阴极上电弧的稳定性，也就是说，阴极炽点的稳定性。例如，前面提到的美国专利3793179号描述了一个围绕阴极9伸展的屏障21，在屏障和阴极之间有一间隙22，该间隙要求能阻止阴极向阴极的非汽化表面转变。

W.M牟勒利在美国专利4430184号讲授使用一接触对阴极16的限制环24，该环由一种具有某些约束阴极炽点到阴极的对阴极表面的特性的材料组成。该材料规定具有一在电弧的平均能量（一般为20至100电子伏特）下低于1的次级发射率，并且还应有低于汽化的阴极材料表面能量的表面能量。氮化硼就是一个例子。

C·F·小莫里森在美国专利4448659号还揭示了另一种方法。在此专利里，电弧限制环14由导磁极料制成，并且直接与对阴极10接触。

上述具有其限制环的阴极并不保证引起或者触发电弧。因此，使用几种分离型的点火系统，一种这样的系统是象在前面提到的美国专利3625848号所揭示的一高电压火花源，其中，火花源20被施加在阴极15和一贴近阴极的分开的电极22之间。一旦电弧被触发，高压点火器便断开。然后，电弧用一低电压（例如30伏特）高电流（例如200安培）的直流电源来维持。

另一通常用的引发方法在上述关于稳定阴极炽点的美国专利3793179号内加以说明。该专利讲授使用一可移动的触发电极29。一电磁铁电枢30和一回弹弹簧34控制触发电极，以便瞬时地接触阴极，从而在施加的电弧电压下引起电弧。

还有另一种已知的方法是通过施加一合适的电流来汽化真空室内的一特种金属丝。汽化物引发一起始电弧路径，然后由正常的电弧电压维持电弧。

上面描述的电弧引发方法有许多缺点。火花方法，也通常在其他类型的等离子体发生器里被使用，至少要用1000伏电压，一般使用1000伏，并会在电子伏器包括在镀覆作业中用来控制装置的计算机中产生射频干扰。触发电极一般通过复杂的机构包括螺线管或气动装置工作。如果触发电极需要密封穿过真空镀覆室壁的机械进口，就存在伴随有跳火和局部腐蚀的紧固和漏泄等问题。在每一装置里，可汽化的金属丝只能使用一次。这些方法无一被证明为充分可靠，并且，在形成稳定电弧以前，往往需要作几种尝试，否则，经常由于未点火而使操作不得不停止。

难以引发的一个理由是，在真空装置里，最初在电位电弧通道里存在少量可电离的物质。这一问题是由亚历山大S·小吉尔默和戴维L.洛克伍德在电气电子工程师协会会志第60卷第977页（1972年8月）刊出的“脉冲金属等离子体发生器”一文中指出的。作者描述了几种方法，包括上面讨论过的高电压脉冲和机械接触方法，以及激光脉冲法和氢化钛点火器等。

吉尔默等人又揭示了位于点火器电极和阴极之间的绝缘体表面上的导电薄膜的用途。应用带有电容器放电的几百优特的电流脉冲使薄膜汽化而放出一缕点火羽烟，导致电弧的建立，然后通过单独的电弧电源持续下去。需要有与电弧电压源分开的第二个电源;又揭示可用一电容放电系统来达到此目的。

因而，本发明的目的是提供一个用于真空等离子体发生装置的新颖可靠的阳极点火装置。

另一个目的是提供一能够可靠地并重复地触发电弧而母需单独点火电源的新颖真空电弧阳极点火装置。

另外一个目的是提供具有简单价廉电弧点火系统的一种改进型真空镀覆装置。

上述以及其他各目的是按照本发明，通过点火装置在一真空电弧等离子体发生装置里实现。该点火装置包括一长度为L的细长金属点火器元件，其内缘与阴极的对阴极表面边缘并置间距为D。一个有桥接表面的绝缘元件最好由氮化硼之类的材料构成，并被置入到使桥接表面在点火器元件与对阴极表面边缘之间连接。点火器元件和绝缘元件可做成环状以环绕圆形的对阴极表面。点火器元件的内缘最好做成许多与桥接表面接触的锯齿，在桥接表面淀积一层导电薄膜，在点火器元件和等离子体系统的阳极间设置一个简单的电连接，使点火器元件成为一辅助阳极。为了在阴极和阳极间施加直流电弧电压时使导电薄膜汽化，长度L要够大而距离D够小，因此，不需用一个附加起动电压电源便能引发电弧。

图1是按照本发明包括一个点火装置的电弧蒸镀装置剖视图。