阅读说明：本技术 一种用于热阴极弧放电离子源的可更换灯丝组件 (Replaceable filament assembly for hot cathode arc discharge ion source ) 是由 耿少飞 曹建勇 魏会领 周博文 余珮炫 罗怀宇 杨宪福 周红霞 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及热阴极弧放电离子源技术领域,具体涉及一种用于热阴极弧放电离子源的可更换灯丝组件。本发明包括馈电连接铜杆、陶瓷管、安装法兰、金属保护管、屏蔽陶瓷管、灯丝安装端子、灯丝；安装法兰上设有两个馈穿孔,每个馈穿孔的两侧分别固定连接有陶瓷管和金属保护管,馈电连接铜杆的前端穿过陶瓷管和金属保护管中心进入真空环境,馈电连接铜杆穿出馈穿孔的部分上套有屏蔽陶瓷管,馈电连接铜杆前端连接有灯丝安装端子,灯丝连接在两个灯丝安装端子上。本发明能够保证离子源能够快速更换灯丝,便于维护和维修。(The invention relates to the technical field of hot cathode arc discharge ion sources, in particular to a replaceable filament assembly for a hot cathode arc discharge ion source. The invention comprises a feed connection copper rod, a ceramic tube, a mounting flange, a metal protection tube, a shielding ceramic tube, a filament mounting terminal and a filament; the mounting flange is provided with two feed through holes, the two sides of each feed through hole are fixedly connected with a ceramic tube and a metal protection tube respectively, the front end of a feed connecting copper rod penetrates through the centers of the ceramic tube and the metal protection tube to enter a vacuum environment, the part of the feed connecting copper rod, which penetrates out of the feed through holes, is sleeved with a shielding ceramic tube, the front end of the feed connecting copper rod is connected with a filament mounting terminal, and a filament is connected to the two filament mounting terminals. The invention can ensure that the filament of the ion source can be quickly replaced, and is convenient to maintain and repair.)

一种用于热阴极弧放电离子源的可更换灯丝组件

技术领域

本发明涉及热阴极弧放电离子源技术领域，具体涉及一种用于热阴极弧放电离子源的可更换灯丝组件。

背景技术

在热阴极弧放电离子源上，等离子体是通过空间电子的碰撞电离来产生的。为了使空间中有足够的自由电子，需要将阴极加热至3000K左右以实现电子的热发射，所以热阴极弧放电离子源的阴极通常使用钨材料制成的灯丝。钨灯丝需要馈入较大电流以维持加热，电流通常为100-120A，但同时钨灯丝作为弧放电的阴极，灯丝的正负两端均需要满足与放电室的绝缘。离子源在工作状态下内部为真空，灯丝在馈入大电流的同时还要满足真空密封要求。

传统的技术方案中，离子源上安装灯丝，需要将灯丝的陶瓷绝缘管通过可伐合金钎焊至离子源身上，并且馈电端子也通过可伐合金钎焊至陶瓷绝缘管上，以实现绝缘要求和真空密封要求。但这样的技术方案在使用中会带来难以维护和难以维修的问题。

在离子源运行过程中，如果出现灯丝损坏，例如：因灯丝电流过大出现的灯丝烧断现象，或者因局部电弧放电出现的灯丝熔毁现象，需要更换新的灯丝。因为馈电端子是焊接至离子源上的，无法取下，只能打开离子源，以便于更换新的灯丝。在更换过程中，需要准备配套的行车和吊具以拆卸离子源，并且离子源要长时间暴露于大气中，导致安装过程时间长，安装后需要较长时间用于抽真空至运行状态。

在离子源操作过程中，难免出现偶发性磕碰，造成可伐钎焊处出现破损或陶瓷破损，任一位置的破损均造成真空环境的破坏，使离子源无法运行。维修破损处或更换陶瓷需要拆卸离子源，将离子源整体放入到钎焊炉中进行重新焊接。此过程花费时间较长，技术难度较大，无法保***修复成功。修复完毕后还需要真空检漏工作，再次将离子源恢复至工作状态也需要较长时间用来抽真空。

本发明提出了一种用于热阴极弧放电离子源的可更换灯丝组件，将解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中灯丝和可伐部件的安装问题，灯丝维护问题以及可伐部件的维修问题，本发明提供一种用于热阴极弧放电离子源的可更换灯丝组件，保证离子源能够快速更换灯丝，便于维护和维修。

本发明采用的技术方案：

一种用于热阴极弧放电离子源的可更换灯丝组件，包括馈电连接铜杆、陶瓷管、安装法兰、金属保护管、屏蔽陶瓷管、灯丝安装端子、灯丝；安装法兰上设有两个馈穿孔，每个馈穿孔的两侧分别固定连接有陶瓷管和金属保护管，馈电连接铜杆的前端穿过陶瓷管和金属保护管中心进入真空环境，馈电连接铜杆穿出馈穿孔的部分上套有屏蔽陶瓷管，馈电连接铜杆前端连接有灯丝安装端子，灯丝连接在两个灯丝安装端子上。

所述馈电连接铜杆为光滑杆，其后端连接外部供电电缆。

所述馈电连接铜杆与陶瓷管通过可伐合金焊接连接，保证馈电连接铜杆进入陶瓷管后真空密封。

所述陶瓷杆与安装法兰通过可伐合金焊接固定并实现真空密封。

所述屏蔽陶瓷管在馈电连接铜杆和安装法兰之间形成介质层，避免真空环境下出现的低压气体击穿而造成瞬间短路。

所述金属保护管对屏蔽陶瓷管进行保护并实现对屏蔽陶瓷管的定位。

所述灯丝安装端子上预留有灯丝安装孔，灯丝安装至灯丝安装孔中。

所述安装法兰上预留有法兰密封槽，法兰密封槽安装有O形圈，安装法兰四角各设有一个法兰螺钉孔，并通过螺钉安装至离子源上。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的一种用于热阴极弧放电离子源的可更换灯丝组件，离子源安装灯丝无需从离子源内部安装，而只需将安装好灯丝的灯丝组件从离子源外部安装即可，保证离子源能够快速更换灯丝，便于维护和维修；

(2)本发明提供的一种用于热阴极弧放电离子源的可更换灯丝组件，当离子源灯丝损毁时，或在可伐合金焊接处或者陶瓷出现破损时，更换灯丝不需要拆卸离子源，而仅仅从离子源外部拆卸灯丝组件后，更换损毁的灯丝后重新安装，或将损坏的灯丝组件更换即可，提高了工作效率，减少了工作流程。

附图说明

图1一种用于热阴极弧放电离子源的可更换灯丝组件轴测图；

图中，1-馈电连接铜杆；2-陶瓷管；3-安装法兰；4-法兰螺钉孔；5-金属保护管；6-屏蔽陶瓷管；7-灯丝安装端子；8-灯丝；9-法兰密封槽；10-可伐合金。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种用于热阴极弧放电离子源的可更换灯丝组件进一步说明。

如图1所示本发明提供的一种用于热阴极弧放电离子源的可更换灯丝组件，包括：馈电连接铜杆1、陶瓷管2、安装法兰3、法兰螺钉孔4、金属保护管5、屏蔽陶瓷管6、灯丝安装端子7、灯丝8、法兰密封槽9、可伐合金10；

馈电连接铜杆1用于连接外部供电电缆，馈电连接铜杆1可以使用光滑杆，其上焊接接头连接电缆，也可以在铜杆上加工螺纹，使用螺帽连接供电电缆；馈电连接铜杆1需要直通到真空环境中，并保持真空密封和与其他部件的电气绝缘，电气绝缘使用陶瓷管2来实现，馈电连接铜杆1穿过陶瓷管2中心进入真空环境，馈电连接铜杆1与陶瓷管2的连接通过可伐合金10焊接来实现，同时焊接可完成真空密封。

安装法兰3上预留有两个馈穿孔使馈电连接铜杆1穿过，陶瓷杆2与安装法兰3通过可伐合金10焊接固定并实现真空密封。馈电连接铜杆1穿过安装法兰3之后，再穿过屏蔽陶瓷管6，此屏蔽陶瓷管6的功能为在馈电连接铜杆1和安装法兰3之间形成介质层，避免真空环境下出现的低压气体击穿而造成瞬间短路。

金属保护管5焊接至安装法兰3的真空侧，与安装法兰3上的馈穿孔同轴，用于对屏蔽陶瓷管6进行保护并实现对屏蔽陶瓷管6的定位。

使用耐高温金属材料制成的灯丝安装端子7使用螺纹连接安装至馈电连接铜杆1上，灯丝安装端子7上预留有灯丝安装孔，灯丝8安装至灯丝安装孔中。

安装法兰3上预留有法兰密封槽9以安装O形圈，放置好O形圈之后，使用螺钉安装至离子源身上即可完成灯丝组件的安装与真空密封。

在使用过程中，可准备适量备件，在灯丝或灯丝组件损坏时，可快速完成更换。

在离子源身上，在预定的设计位置上，预留合适大小的窗口，窗口的形状和大小使得灯丝组件法兰可以顺利安装和拆除。灯丝组件和离子源身之间的连接通过螺钉固定来实现，离子源身上在预定的设计位置预留螺纹盲孔，在灯丝组件法兰上的设计位置使用通孔，使用螺钉将灯丝组件安装至离子源身上，拆除时，取下螺钉即可抽出灯丝组件。

在灯丝组件的法兰上加工密封槽，相对应地，在离子源源身的灯丝组件安装窗口上加工密封面，O形圈放置于灯丝组件法兰的密封槽中，使用螺钉将灯丝组件安装于离子源身后，借助于O形圈可实现灯丝组件的真空密封。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。