专利名称：等离子体源离子注入内表面改性的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用等离子体源离子注入技术，特别涉及一种等离子体源离子注入内表面改性的装置。
背景技术：
目前，等离子体源注入(PSII)是一种新的材料表面离子注入技术，如在文献J.Appl.Phys.(应用物理期刊)第62卷(1987年)第4591-4596页由J.R.Conrad，J.L.Radtke，R.A.Dodd，Frank J.Worzala，和Ngoc C.Tran所撰写的“Plasma sourceion-implantation technique for surface modification of materials”一文对这样一种等离子体源离子注入技术做了介绍。但这时直接用PSII技术注入管状工件的内表面尚不能用来处理径长比小于0.6的管件的内表面。为解决这一问题，本申请人在2003年12月4日公开的中国发明专利申请(公开号为1382829)中提出了一种基于PSII技术对管状工件内表面改性的方法，其后，本申请人在2003年3月4号申请的一种管状工件内表面改性的方法及其装置(申请号为030105058.1)做出了进一步改进，该方法中，将管状工件置于加工室中，并将一柱状电极和一管状电极由内至外同轴布置在管状工件内，将该两电极与射频电源接通，从而在加工室中产生一团沿轴向均匀分布的稳态射频等离子体，再在管状工件和管状电极之间施加负高压，将正离子加速注入到管状工件内表面；同时，使管状电极与管状工件之间作相对转动，从而相对均匀地将离子加速注入到管状工件内表面。
发明内容
本发明的目的在于为进一步提高管状工件内表面加工的均匀性达到抗腐耐磨的效果，以及提高内表面加工的效率，从而提供一种等离子体源离子注入内表面改性的装置。
本发明的目的是这样实现的本发明提供的等离子体源离子注入内表面改性的装置，将管状工件置于一个加工室中，并将一柱状电极和一可允许等离子体扩散的管状电极由内至外同轴布置在该管状工件内，该两电极与射频电源接通，在管状电极和管状工件间连接一负高压电源，还包括一个使管状工件和管状电极产生相对转动的驱动装置；所述管状电极由分布在圆筒状支撑件外表面上的电极丝构成，该电极丝呈周向均匀分布，或呈螺旋式分布；所述加工室中还设置有用于产生磁场的装置。
所述的用于产生磁场的装置为在中空的柱状电极中放置环状磁铁，磁铁与磁铁之间同极相对地沿轴向均匀布置；采用磁控辅助的方式加强等离子的溅射以提高管状工件内表面加工的效率。
所述用于产生磁场的装置是在管状工件的外壁缠绕一线圈，再在线圈的两端连接一直流电源制成；在管状工件外部环绕外壁缠绕线圈使之产生沿管状工件轴向的磁场，可以增加管状工件内部的气体离化率从而增加等离子体密度，同时也可以减弱电极丝在表面上的阴影效应，增加管状工件内表面改性的均匀性及效率。
由于采用了周向均匀分布或螺旋式分布的电极丝，所设置的驱动装置可使管状工件和管状电极作相对转动，从而可使管状工件内表面加工均匀。
作为上述装置的一种改进，所述的管状电极为连通的中空的金属管，同时作为水冷通道。
作为上述装置的又一种改进，加工室由管状工件本身构成，柱状电极和由电极丝构成的管状电极与管状工件同轴设置，这样的话，可以使该装置省去加工室，从而简化了该装置。
作为上述装置的进一步改进，驱动装置采无油电机，可以将驱动装置置于加工室内，当然还可以将驱动装置与管状电极或管状工件连接。
本发明的优点在于本发明等离子体源离子注入内表面改性的装置，采用磁控辅助的方式加强等离子的溅射，同时在管状电极中设置水冷通道进行加水冷却，提高管状工件内表面加工的效率；还通过由周向均匀分布或螺旋式分布的电极丝制成的管状电极，和一驱动装置使管状电极和管状工件作相对转动，消除了被改性的管状工件内表面的电极丝阴影，而线圈产生轴向的磁场提高管状工件内部的气体离化率，使得改性的管状工件内表面更加均匀，以提高管状工件内表面抗腐耐磨性能。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明图1是本发明等离子体源离子注入内表面改性的装置的结构示意2是图1中柱状电极的局部示意3是图2柱状电极的的侧视4是本发明等离子体源离子注入内表面改性的装置的另一结构示意图附图标识1、等离子体2、负高压脉冲电源 3、地4、管状工件5、射频电源6、隔直电容7、微调针阀8、柱状电极9、管状电极10、加工室 11、抽真空装置 12、电机14、氩气瓶 15、氮气瓶 21、磁铁22、线圈具体实施方式
本发明的等离子体源离子注入内表面改性的装置，如图1所示，主要包括一带有抽真空装置11的加工室10，加工室10通过微调针阀7连接工作气体源氩气瓶14和氮气瓶15；在加工室10内，柱状电极8、管状电极9和管状工件4由内而外同轴布置，柱状电极8置于管状工件4的中心，在柱状电极8和管状工件4间设置一个由周向均匀分布的电极丝构成的管状电极9；管状电极9和柱状电极8与一射频电源5连接，其中，柱状电极8通过一隔直电容6与射频电源5的功率极连接，而管状电极9与地3连接，从而，管状电极9与柱状电极8之间射频放电，产生一团沿轴向均匀分布的等离子体1；此外，负高压电源2的负极与管状工件4连接，负高压2的正极接地，从而将正离子加速注入到管状工件4的内表面，在管状工件4与管状电极9之间施加负高压的同时，用电机12带动管状电极9或管状工件4，使管状电极9和管状工件4之间相对转动。图1中所示为管状工件4静止，电机12驱动管状电极9转动；但也可以是管状电极9不转动，而由电机12驱动管状工件4转动。
图2和图3所示的是本发明等离子体源离子注入内表面改性的装置中柱状电极的局部示意图和侧视图，本例在中空的柱状电极8中均匀布置环形磁铁21，两个邻近的磁铁同极相对；在中空的管状电极中设置水冷通道，在使用中水不断从管状电极的进水口进水对管状电极作冷却处理后，再从管状电极的出水口排出。图4采用缠绕线圈产生磁场的磁控辅助方式提高管状工件内部的气体离化率，在管状工件4的外部环绕其外壁缠绕线圈22使之产生沿管状工件轴向的磁场。
本发明在改性中采用磁控辅助方式加强溅射、管状电极中设置水冷通道进行加水冷却，以进一步提高内表面改性的效率和均匀性。
权利要求
1.一种等离子体源离子注入内表面改性的装置，将管状工件置于一个加工室中，并将一柱状电极和一可允许等离子体扩散的管状电极由内至外同轴布置在该管状工件内，该两电极与射频电源接通，在管状电极和管状工件间连接一负高压电源，其特征在于还包括一个使管状工件和管状电极产生相对转动的驱动装置；所述管状电极由分布在圆筒状支撑件外表面上的电极丝构成，该电极丝呈周向均匀分布，或呈螺旋式分布；所述加工室中还设置有用于产生磁场的装置。
2.按权利要求1所述的等离子体源离子注入内表面改性的装置，其特征在于，所述的用于产生磁场的装置为在中空的柱状电极中放置环状磁铁，磁铁与磁铁之间同极相对地沿轴向均匀布置。
3.按权利要求1或2所述的等离子体源离子注入内表面改性的装置，其特征在于，所述用于产生磁场的装置是在管状工件的外壁缠绕一线圈，再在线圈的两端连接一直流电源制成。
4.按权利要求1所述的等离子体源离子注入内表面改性的装置，其特征在于，所述的管状电极为连通的中空的金属管。
5.按权利要求1所述的等离子体源离子注入内表面改性的装置，其特征在于，所述的驱动装置为无油电机，置于加工室内。
6.按权利要求1或5所述的等离子体源离子注入内表面改性的装置，其特征在于，所述的加工室由管状工件本身构成。
全文摘要
本发明涉及一种等离子体源离子注入内表面改性的装置，将管状工件置于一个加工室中，并将一柱状电极和一可允许等离子体扩散的管状电极由内至外同轴布置在该管状工件内，该两电极与射频电源接通，在管状电极和管状工件间连接一负高压电源，还包括一个使管状工件和管状电极产生相对转动的驱动装置；所述管状电极由分布在圆筒状支撑件外表面上的电极丝构成，该电极丝呈周向均匀分布，或呈螺旋式分布；所述柱状电极为中空管，管中放置磁铁；所述的管状电极为连通的中空的金属管。所述磁铁呈环状，磁铁与磁铁之间同极相对地沿轴向均匀布置。本发明通过在柱状电极中放置磁铁加强等离子体对中心电极材料的溅射，提高管状工件内表面加工的效率。
文档编号C23C14/48GK1635177SQ20031011309
公开日2005年7月6日 申请日期2003年12月26日 优先权日2003年12月26日
发明者杨思泽, 张谷令, 王久丽, 刘元富 申请人:中国科学院物理研究所