電子和離子的等離子體源的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電子和離子的等離子體源，包括：空心陰極、空心陰極法蘭、陶瓷絕緣子Ⅰ、筒形陽極、陶瓷絕緣子Ⅱ、發射體陰極法蘭、陶瓷絕緣子Ⅲ、主法蘭、等離子體源外殼、加速電極法蘭、加速電極、發射體陰極、發射體陰極固定器、永磁體、永磁體固定器；空心陰極包括由鐵氧體磁性鋼制成的空心陰極外殼、難熔金屬制成的小管、等離子體生成室、工作氣體供給管道和等離子體衰減室，發射體陰極包括由鐵氧體磁性鋼制成的發射體陰極外殼和設于由鐵氧體磁性鋼制成的發射體陰極外殼內部的難熔金屬制成的嵌塊，難熔金屬制成的嵌塊內部上端開設有錐形凹槽，其下端設有與錐形凹槽連通的發射孔。本實用新型壽命長、穩定性強、效率高。
【專利說明】
電子和離子的等離子體源
技術領域
[0001] 本實用新型屬于電子和離子束獲得領域，特別提供一種電子和離子的等離子體源。
【背景技術】
[0002] 從帶有空心陰極、有發射孔的發射體陰極、陽極和加速電極的冷陰極反射放電中縱向提出電子和離子的電子_離子源，已眾所周知。
[0003] 現有的已知電子源在使用時，其壽命短、穩定性差、效率低，很難達到預期技術效果，其原因主要有以下三個方面：
[0004] 1、空心陰極和發射陰極由鐵氧體磁性鋼制成，現有電子源在長時間運行及增大電子或離子束功率時，因鐵氧體磁性鋼的抗濺射強度不足，導致在空心陰極的等離子體生成室側壁和入口處以及在發射陰極的發射孔產生大量濺射。
[0005] 2、沒有電極和電極間空間工作區的最佳幾何尺寸的數據。
[0006] 3、已知電子源在長時間工作并增大電子或離子束功率時，會產生超出空心陰極上限的等離子體并破壞工作氣體的管路。
[0007] 基于上述問題，人們迫切需要一種性能優良的電子和離子的等離子體源。
【實用新型內容】
[0008] 本實用新型的目的在于提供一種電子和離子的等離子體源，可有效的解決上述問題。
[0009] 本實用新型的技術方案是：電子和離子的等離子體源，包括:空心陰極1、空心陰極法蘭2、陶瓷絕緣子13、筒形陽極4、陶瓷絕緣子115、發射體陰極法蘭6、陶瓷絕緣子1117、主法蘭8、等離子體源外殼9、加速電極法蘭10、加速電極11、發射體陰極12、發射體陰極固定器 13、永磁體14、永磁體固定器15;
[0010] 所述等離子體源外殼9上端安裝主法蘭8,所述等離子體源外殼9下端安裝加速電極法蘭10,所述加速電極11設于加速電極法蘭10上，所述空心陰極1、筒形陽極4和發射體陰極12設于等離子體源外殼9內部并自上而下排列，所述空心陰極1與空心陰極法蘭2連接，所述空心陰極法蘭2通過陶瓷絕緣子13與筒形陽極4連接，所述筒形陽極4通過陶瓷絕緣子115 與發射體陰極法蘭6連接，所述發射體陰極法蘭6通過陶瓷絕緣子m7與主法蘭8連接，所述發射體陰極12通過發射體陰極固定器13壓緊在發射體陰極法蘭6上，所述永磁體14通過永磁體固定器15壓緊在筒形陽極4上；
[0011] 所述空心陰極1包括由鐵氧體磁性鋼制成的空心陰極外殼101、難熔金屬制成的小管102、等離子體生成室103、工作氣體供給管道104和等離子體衰減室105,所述難熔金屬制成的小管102設于由鐵氧體磁性鋼制成的空心陰極外殼101內部，所述難熔金屬制成的小管 102內部形成等離子體生成室103,所述等離子體衰減室105設于由鐵氧體磁性鋼制成的空心陰極外殼101上部，所述等離子體生成室103與等離子體衰減室105之間設有工作氣體供給管道104;
[0012] 所述發射體陰極12包括由鐵氧體磁性鋼制成的發射體陰極外殼121和設于由鐵氧體磁性鋼制成的發射體陰極外殼121內部的難熔金屬制成的嵌塊122,所述難熔金屬制成的嵌塊122內部上端開設有錐形凹槽122a，其下端設有與錐形凹槽122a連通的發射孔122b。
[0013] 優選的，所述由鐵氧體磁性鋼制成的空心陰極外殼101的工作區域的直徑為11 -14mm，長度為12-14mm，下邊磨圓R=lmm;所述等離子體生成室103為圓柱形，直徑為3-5mm， 長度為4CK60mm。
[〇〇14]優選的，所述錐形凹槽122a的角度為90-120°，發射孔122b的直徑為1.3-2mm，發射孔122b的發射通道長度為0.5-1.5mm。
[0〇15]優選的，所述空心陰極1和筒形陽極4之間的距離為0.9-1.5mm。
[0016]優選的，所述空心陰極1下邊緣和筒形陽極4下邊緣之間的距離為5-15mm。
[〇〇17]優選的，所述筒形陽極4和發射體陰極12之間的距離為0.9-1.5mm。
[〇〇18]優選的，所述發射體陰極12和加速電極11之間的距離為6-12mm。
[〇〇19]優選的，所述難熔金屬制成的小管102具體為鎢、鉬或鉭制成的小管。
[〇〇2〇]優選的，所述難熔金屬制成的嵌塊122具體為鎢、鉬或鉭制成的嵌塊。
[0021] 本實用新型具有以下有益的效果：
[0022] 1、使用抗濺射性能強的難熔金屬(鎢、鉬、鉭)制成的小管，空心陰極的使用壽命延長。
[0023] 2、空心陰極內外工作區域的幾何尺寸經優化后，輔助反射放電點火和等離子體形成的穩定性得到改善。
[0024] 3、在空心陰極中使用等離子體衰減室，可以阻止超出空心陰極上限的等離子體， 并保護工作氣體的管路免遭破壞。
[0025] 4、使用抗濺射性能強的難熔金屬(鎢、鉬、鉭)制成的嵌塊后，發射體陰極的使用壽命延長。
[0026] 5、發射體陰極上的難熔金屬(鎢、鉬、鉭)制成的嵌塊的幾何尺寸優化后，進入到加速間隙的電子減少。
[〇〇27] 6、空心陰極和筒形陽極之間的距離優化后，輔助反射放電的點火性能得到改善。
[〇〇28] 7、空心陰極下邊緣和筒形陽極下邊緣之間的距離優化后，等離子體密度增加。
[0029] 8、筒形陽極和發射體陰極之間的距離優化后，電子束電流調節能力增強。
[0030] 9、發射體陰極和加速電極之間的距離優化后，電子束加速的穩定性增強。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本實用新型的結構圖；
[0032] 圖2為本實用新型中電極部件圖；
[0033] 圖3為本實用新型中空心陰極的結構圖；
[0034] 圖4為本實用新型中發射體陰極的結構圖；
[0035] 圖中：1、空心陰極；2、空心陰極法蘭；3、陶瓷絕緣子1;4、筒形陽極;5、陶瓷絕緣子 n; 6、發射體陰極法蘭;7、陶瓷絕緣子m; 8、主法蘭;9、等離子體源外殼；10、加速電極法蘭； 11、加速電極；12、發射體陰極；13、發射體陰極固定器；14、永磁體；15、永磁體固定器；101、 空心陰極外殼；102、難熔金屬制成的小管；103、等離子體生成室；104、工作氣體供給管道； 105、等離子體衰減室；121、由鐵氧體磁性鋼制成的發射體陰極外殼；122、難熔金屬制成的嵌塊;122a、錐形凹槽;122b、發射孔。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細描述。
[〇〇37] 如圖1-4所示，電子和離子的等離子體源，包括:空心陰極1、空心陰極法蘭2、陶瓷絕緣子13、筒形陽極4、陶瓷絕緣子115、發射體陰極法蘭6、陶瓷絕緣子1117、主法蘭8、等離子體源外殼9、加速電極法蘭10、加速電極11、發射體陰極12、發射體陰極固定器13、永磁體14、 永磁體固定器15;
[0038]等離子體源外殼9上端安裝主法蘭8,等離子體源外殼9下端安裝加速電極法蘭10， 加速電極11設于加速電極法蘭10上，空心陰極1、筒形陽極4和發射體陰極12設于等離子體源外殼9內部并自上而下排列，空心陰極1與空心陰極法蘭2連接，空心陰極法蘭2通過陶瓷絕緣子13與筒形陽極4連接，筒形陽極4通過陶瓷絕緣子115與發射體陰極法蘭6連接，發射體陰極法蘭6通過陶瓷絕緣子m7與主法蘭8連接，發射體陰極12通過發射體陰極固定器13 壓緊在發射體陰極法蘭6上，永磁體14通過永磁體固定器15壓緊在筒形陽極4上；
[〇〇39]空心陰極1包括由鐵氧體磁性鋼制成的空心陰極外殼101、難熔金屬制成的小管 102、等離子體生成室103、工作氣體供給管道104和等離子體衰減室105,難熔金屬制成的小管102設于由鐵氧體磁性鋼制成的空心陰極外殼101內部，難熔金屬制成的小管102內部形成等離子體生成室103,等離子體衰減室105設于由鐵氧體磁性鋼制成的空心陰極外殼101 上部，等離子體生成室103與等離子體衰減室105之間設有工作氣體供給管道104,難熔金屬制成的小管102具體為鎢、鉬或鉭制成的小管。
[0040]發射體陰極12包括由鐵氧體磁性鋼制成的發射體陰極外殼121和設于由鐵氧體磁性鋼制成的發射體陰極外殼121內部的難熔金屬制成的嵌塊122,難熔金屬制成的嵌塊122 內部上端開設有錐形凹槽122a，其下端設有與錐形凹槽122a連通的發射孔122b，難熔金屬制成的嵌塊122具體為鎢、鉬或鉭制成的嵌塊。
[0041 ]其中：由鐵氧體磁性鋼制成的空心陰極外殼101的工作區域的直徑為11 -14mm，長度為12-14mm，下邊磨圓R = 1mm;等離子體生成室103為圓柱形，直徑為3-5mm，長度為40-60mm;錐形凹槽122a的角度為90-120°，發射孔122b的直徑為1.3-2mm，發射孔122b的發射通道長度為〇. 5-1.5mm;空心陰極1和筒形陽極4之間的距離為0.9-1.5mm;空心陰極1下邊緣和筒形陽極4下邊緣之間的距離為5-15mm;筒形陽極4和發射體陰極12之間的距離為0.9-1.5mm;發射體陰極12和加速電極11之間的距離為6-12mm。
[0042] 本實用新型的工作方式如下:工作氣體(空氣、氦氣、氬氣)通過工作氣體供給管道 104進入等離子體生成室103;
[0043] 當在空心陰極1和筒形陽極4之間加壓時，輔助反射極放電點火。當空心陰極1和筒形陽極4間距保持在0.9-1.5_時，輔助反射極放電點火穩定。
[0044] 隨著空心陰極1的輔助反射極放電電流加大，等離子體開始點火。在本實用新型中，由于使用了抗濺射性能強的難熔金屬制作的小管102,空心陰極1的使用壽命延長。空心陰極1下邊磨圓R=lmm，減少了腔體孔徑前的離子外殼斷裂，改善了空心陰極1的等離子體點火性能。
[0045] 在本實用新型中，由于優化了空心陰極1內外工作區域的幾何尺寸，輔助反射極放電點火和等離子體生成的穩定性加以改善。
[0046] 在空心陰極1和發射體陰極12之間的空間內，等離子體被壓縮在磁感應強度為 0.05-0.2T的縱向磁場中。
[〇〇47]磁場由永磁體14來保障。空心陰極1下邊緣和筒形陽極4下邊緣之間的距離為5-15mm保證了等離子體的高密度。等離子體中的電子穿過發射體陰極12的發射孔122b并在發射體陰極12和加速電極11的間隙內加速。發射體陰極12中錐形凹槽121a的角度為90-120°， 發射孔122b的直徑為1.3-2mm，發射孔122b的發射通道長度為0.5-1.5mm，保證了電子穿過發射孔122b的通行率。發射體陰極12和加速電極之間的距離為6-12mm確保最大程度地析出和電子束的加速。
[0048] 本實用新型中使用等離子體衰減室105,可以防止產生超出空心陰極上限的等離子體并保護工作氣體的的管路免遭破壞。
[0049] 上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。 凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 電子和離子的等離子體源，其特征在于，包括:空心陰極（1)、空心陰極法蘭(2)、陶瓷 絕緣子1(3)、筒形陽極(4)、陶瓷絕緣子n (5)、發射體陰極法蘭(6)、陶瓷絕緣子m(7)、主法 蘭(8)、等離子體源外殼(9)、加速電極法蘭（10)、加速電極(11)、發射體陰極（12)、發射體陰 極固定器(13)、永磁體(14)、永磁體固定器(15); 所述等離子體源外殼(9)上端安裝主法蘭(8)，所述等離子體源外殼(9)下端安裝加速 電極法蘭（10)，所述加速電極（11)設于加速電極法蘭（10)上，所述空心陰極（1)、筒形陽極 (4)和發射體陰極（12)設于等離子體源外殼(9)內部并自上而下排列，所述空心陰極（1)與 空心陰極法蘭(2)連接，所述空心陰極法蘭(2)通過陶瓷絕緣子1(3)與筒形陽極(4)連接，所 述筒形陽極(4)通過陶瓷絕緣子II (5)與發射體陰極法蘭(6)連接，所述發射體陰極法蘭(6) 通過陶瓷絕緣子m(7)與主法蘭(8)連接，所述發射體陰極（12)通過發射體陰極固定器（13) 壓緊在發射體陰極法蘭(6)上，所述永磁體（14)通過永磁體固定器（15)壓緊在筒形陽極(4) 上； 所述空心陰極（1)包括由鐵氧體磁性鋼制成的空心陰極外殼（101)、難熔金屬制成的小 管（102)、等離子體生成室（103)、工作氣體供給管道(104)和等離子體衰減室（105)，所述難 熔金屬制成的小管（102)設于由鐵氧體磁性鋼制成的空心陰極外殼（101)內部，所述難熔金 屬制成的小管（102)內部形成等離子體生成室（103)，所述等離子體衰減室（105)設于由鐵 氧體磁性鋼制成的空心陰極外殼（101)上部，所述等離子體生成室（103)與等離子體衰減室 (105)之間設有工作氣體供給管道(104); 所述發射體陰極（12)包括由鐵氧體磁性鋼制成的發射體陰極外殼（121)和設于由鐵氧 體磁性鋼制成的發射體陰極外殼（121)內部的難熔金屬制成的嵌塊(122)，所述難熔金屬制 成的嵌塊（122)內部上端開設有錐形凹槽（122a)，其下端設有與錐形凹槽（122a)連通的發 射孔(122b)。2. 按照權利要求1所述的電子和離子的等離子體源，其特征在于，所述由鐵氧體磁性鋼 制成的空心陰極外殼（101)的工作區域的直徑為11-14mm，長度為12-14mm，下邊磨圓R = 1mm;所述等離子體生成室（103)為圓柱形，直徑為3-5mm，長度為40-60mm。3. 按照權利要求1所述的電子和離子的等離子體源，其特征在于，所述錐形凹槽（122a) 的角度為90-120°，發射孔（122b)的直徑為1.3-2mm，發射孔（122b)的發射通道長度為0.5-1.5mm〇4. 按照權利要求1所述的電子和離子的等離子體源，其特征在于，所述空心陰極（1)和 筒形陽極(4)之間的距離為0.9-1.5mm。5. 按照權利要求1所述的電子和離子的等離子體源，其特征在于，所述空心陰極（1)下 邊緣和筒形陽極(4)下邊緣之間的距離為5-15mm。6. 按照權利要求1所述的電子和離子的等離子體源，其特征在于，所述筒形陽極(4)和 發射體陰極(12)之間的距離為0.9-1.5mm。7. 按照權利要求1所述的電子和離子的等離子體源，其特征在于，所述發射體陰極（12) 和加速電極（11)之間的距離為6-12mm。8. 按照權利要求1所述的電子和離子的等離子體源，其特征在于，所述難熔金屬制成的 小管（102)具體為媽、鉬或鉭制成的小管。9. 按照權利要求1所述的電子和離子的等離子體源，其特征在于，所述難熔金屬制成的 嵌塊(122)具體為鎢、鉬或鉭制成的嵌塊。
【文檔編號】H01J37/32GK205609471SQ201620335040
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】于寶海, 謝廣亮
【申請人】沈陽伊貝姆科技有限公司