專利名稱:濺射鍍膜設(shè)備的靶中陰極和接地屏蔽極的配置的制作方法
本發(fā)明一般涉及在襯底上進(jìn)行鍍膜的設(shè)備，特別涉及在濺射鍍膜設(shè)備的靶中陰極和接地屏蔽極的配置。
濺射鍍膜設(shè)備應(yīng)用的一個領(lǐng)域是處理核燃料芯塊。眾所周知，在核反應(yīng)堆技術(shù)中，核燃料芯塊通常為正圓柱形，其中含有二氧化鈾、二氧化釷、二氧化鉟或其混合物之類的裂變材料。將這樣的燃料芯塊頭尾相接地疊放在包套管(通常由鋯合金或不銹鋼制造)中便構(gòu)成一根燃料棒;將這樣的燃料棒組合在一起的陣列構(gòu)成燃料組件;再將許多這樣的燃料組件組合在一起便構(gòu)成核反應(yīng)堆的堆芯。
同樣為眾所周知的是，將初始較大量的裂變材料同計算確定的較少量的可燃中子吸收劑復(fù)合在一起可以延長核燃料組件的壽命，這種可燃中子吸收劑在核技術(shù)中也稱為可燃吸收體，可燃中子吸收劑是象硼、釓、釤、銪、之類的材料，它們具有高的吸收中子的或然率(或中子吸收截面)，在吸收中子時，它們變成中子俘獲截面相當(dāng)?shù)偷膶嶋H上對中子是透明的同位素，而同時完全不產(chǎn)生新的或另外的中子。因此在燃料組件的早期運轉(zhuǎn)時期，可燃吸收劑補(bǔ)償了較大量的裂變材料，而在反應(yīng)堆運轉(zhuǎn)期間，其量逐漸減小。這就使得燃料組件在相當(dāng)恒定的裂變水平上有較長的壽命，因此也就是說燃料組件更換的次數(shù)減小，或反應(yīng)堆更換燃料的操作減少，更換燃料既昂貴又費時。
在本申請人提出的美國書No.4，587，088和No.4，560，462中分別公開了一種在核燃料芯塊上濺射沉積可燃吸收體層的方法和設(shè)備。在美國書No.3，562，140、No.3，632，490和No.4，080，281中公開了在其它類型產(chǎn)品上進(jìn)行沉積鍍膜的濺射設(shè)備。
在如核燃料芯塊之類的襯底上進(jìn)行沉積鍍膜的典型的濺射工藝中，將惰性氣體引入到裝有陽極、襯底和靶陰極的真空室中。然后在陽極和靶陰極之間加上高壓。氣體分子電離，撞擊靶陰極，因而使靶陰極上的原子或分子從其表面上被濺射。襯底被置于攔截此被濺射的靶材料的位置，被濺射的靶材料打在襯底上以后在其上形成一粘著的鍍層。濺射法一般是視線鍍膜過程。
在本申請人提出的上述美國書No.4，560，462所公開的設(shè)備中，應(yīng)用了幾個靶，每一個靶包括陰極與靶材料，靶材料一般為矩形的二硼化鋯瓦片，配置在陰極的上表面上。陰極通常由銅與磁性材料構(gòu)成，磁性材料配置在里面，以使電子集中在靠近陰極的區(qū)域。這種電子的集中增加了在陰極頂端表面上同帶負(fù)電的靶材料進(jìn)行撞擊的氬離子的產(chǎn)生。陰極的其余表面必須被保護(hù)起來，免于受到氬離子的撞擊，以防止陰極本身的材料受到濺射。因此陰極的其余極表面利用帶正電的，因而吸引電子排斥氬離子的接地屏蔽極將其屏蔽起來。接地屏蔽極和陰極結(jié)構(gòu)上這樣配置，使得其間存在一間隙，間隙要寬到足以防止在它們之間產(chǎn)生電弧，同時也要小到足以防止發(fā)生等離子體，因為此時電子將不會得到足夠的能量使氬產(chǎn)生電離。
陰極和接地屏蔽極之間的間隙在靶的頂端是敞開的，根據(jù)最近的發(fā)現(xiàn)，這種間隙會引起一些問題，因為從靶材料上方位置射出的被濺射的二硼化鋯碎屑將會不時地降落，跨接在間隙上，將間隙橋接起來，使得帶相反電荷的接地屏蔽極和陰極短路。這種短路造成需要暫時關(guān)閉鍍膜設(shè)備，從而造成顯著的浪費和時間損失。
本發(fā)明的主要目的是克服此問題，因此本發(fā)明在于，濺射鍍膜設(shè)備中的靶包括一細(xì)長的陰極，濺射的靶材料和一接地屏蔽極，濺射的靶材料配置在陰極的一個面的外表面上，接地屏蔽極使陰極被配置在其中并包括包圍陰極的壁，上述接地屏蔽極包圍陰極的除上述一個外表面以外的所有表面，在上述外表面上，接地屏蔽極是敞開的，使得上述的靶材料被露出來，上述陰極和接地屏蔽極彼此由一其間確定的間隙分開，靶的特征在于安裝在陰極的上述外表面的外周邊緣部分上并形成一連續(xù)的外周凸緣的裝置，此外周凸緣側(cè)向向外凸出，超過上述外周邊緣部分，并凸出在上述間隙之外，而且接地屏蔽極的上述壁的相鄰邊緣與外周凸緣成分離的狀態(tài)。
按照這種配置，在陰極和接地屏蔽極之間的間隙，相對于其上具有濺射靶材料的陰極表面，是在側(cè)向敞開的，間隙的開口受到凸出的外周凸緣的屏蔽，受不到散落的被濺射材料碎屑的影響。因此落在靶上的被濺射材料的碎屑不能進(jìn)入間隙而使間隙橋接起來，而是無害地掉落在陰極或凸出的外周凸緣上，粘附在其上，或者重新被濺射，或者最后落到設(shè)備的底部。
現(xiàn)在參照附圖，僅作為例子敘述本發(fā)明的較好實施例，這些附圖是圖1是濺射鍍膜設(shè)備的示意圖;
圖2是一示意圖，示出了濺射鍍膜設(shè)備的柱狀架從濺射室被拉出時的濺射鍍膜設(shè)備;
圖3是當(dāng)往柱狀架的里面進(jìn)行觀察時而看到的濺射鍍膜設(shè)備敞開的濺射室的下部的前局部透視圖，示出了在前文所述的較早設(shè)計中兩個固定的下部靶;
圖4是柱狀架的后透視圖，示出了較早設(shè)計中固定的上部靶;
圖5是沿圖1的5-5線所截取的示意截面圖，示出了在柱狀架上裝有燃料芯塊的夾板，以及在一起的下部和上部靶;
圖6是示于圖5的并部分被截去的一塊夾板的俯視平面細(xì)節(jié)圖;
圖7是圖3和圖4中所示的固定靶之一的放大俯視平面圖;
圖8是沿圖7的8′-8線截取的垂直縱向截面圖;
圖9是實現(xiàn)本發(fā)明的固定靶的局部俯視平面圖;
圖10是沿圖9的10-10線所截取的局部側(cè)視圖;
圖11是示于圖9和圖10的靶的接地屏蔽極的俯視平面圖，但以較小的比例畫出。
圖12是沿圖11的12-12線所截取的接地屏蔽極的垂直縱向截面圖。
在下面的敘述中，在所有的附圖中，用同樣的參考號表示同樣的或相當(dāng)?shù)牟考蟆跋蚯啊?、“向后”、“左”、“右”、“向上”、“向下”等這樣一些用語是為方便而采用的詞語，不能作為限制性的術(shù)語。
現(xiàn)在參照附圖，特別是參照其中的圖1，圖中示出了濺射鍍膜設(shè)備，并且一般用參考號20表示，它基本上與本申請人提出的上述美國書No.4，560，462中所敘述的和所例證的設(shè)備相同。這里只進(jìn)行簡要的敘述，以便完全理解本發(fā)明。
濺射鍍膜裝置20基本上包括一樑架22，樑架在靠近一個端部24處可轉(zhuǎn)動地安裝在樞軸26上，并沿其縱向長度，在相間隔的位置和在相反的端部28受到許多可伸可縮的液壓缸30的支承。濺射鍍膜設(shè)備20還包括一濺射室32和一與濺射室協(xié)作操作的濺射機(jī)34，二者都固定地安裝在樑架22的一個端部24上。
另外，濺射鍍膜設(shè)備20包括一裝在支承機(jī)架38上的柱形架36，支承機(jī)架38裝有滾輪40，可使柱狀架36進(jìn)行前后運動，使其在如圖1和圖2所示的位置之間移向和移離濺射室32。起動連接到與樞軸26相對的樑架端部28上的液壓缸30，使樑架22繞樞軸26傾斜，則可引起與柱狀架36連接在一起的支承機(jī)架38的運動。柱狀架36安裝在支承機(jī)架38上，也可繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動。同樣支承在支承機(jī)架38上的馬達(dá)42同柱狀架36連接，該馬達(dá)可使柱狀架轉(zhuǎn)動。當(dāng)柱狀架36插入到濺射室32(見圖1)時，與其形成氣密封閉。
在柱狀架36的四周安裝有若干可拆卸的夾板44(圖4和圖5)，每一夾板包括下部和上部屏蔽部件46和48并裝有一單層的待鍍膜的核燃料芯塊50，芯塊最好首尾相接排成行和列(見圖6)。濺射機(jī)34具有裝在濺射室32內(nèi)的固定的上靶52和下靶54，如圖3-5所示。每一個靶52或54包括一陰極56，在陰極的上表面60上配置了許多靶瓦58。靶瓦58的材料最好是二硼化鋯，當(dāng)裝有靶瓦的夾板44隨同柱狀架36一起轉(zhuǎn)動時，這種材料就被濺射到核燃料芯塊50上成為鍍膜?？刂蒲b置62用于控制柱狀架的馬達(dá)42和濺射機(jī)34。柱狀架36被作為濺射機(jī)的陽極。
現(xiàn)在參考圖7和圖8，其中示出了從前用在濺射鍍膜設(shè)備20中的靶52和54之一的結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出，每一個靶基本上包括一陰極56、許多靶瓦58和一接地屏蔽極64。陰極56是細(xì)長的，通常為矩形的形狀，它是用導(dǎo)電的材料作的。靶瓦58由二硼化鋯之類的易碎的濺射材料構(gòu)成，它由一護(hù)圈65保持定位，作為一層而被配置在陰極的上表面60上，護(hù)圈65安裝在陰極56的上部外周的邊緣部分66上，并沿靶瓦58的薄層伸出。
接地屏蔽極64由導(dǎo)電材料構(gòu)成，具有箱形的結(jié)構(gòu)，它包括形成具有敞開端部73的空腔72的底壁68和側(cè)壁70。空腔72的內(nèi)尺寸稍大于陰極56的外尺寸，使得當(dāng)陰極被放置到空腔中并采用例如絕緣塊74將其支承在接地屏蔽極64的底壁68上時，陰極56同接地屏蔽極將由在陰極56與接地屏蔽極64的底壁68和側(cè)壁70之間確定的間隙76分開，并在電學(xué)上絕緣。接地屏蔽極64中配置了陰極56，接地屏蔽極64包圍了陰極上所有的側(cè)面78和底面80，但在其敞開的端部73上，則讓靶瓦層58露出。換言之，除開在陰極上表面60上的靶瓦層58以外，陰極的所有表面都被保護(hù)起來，使其不受到氬離子的轟擊和濺射。
由圖7和圖8可見，在這種較早的靶結(jié)構(gòu)中的接地屏蔽極64的側(cè)壁70具有上部的向內(nèi)指向的凸緣82，此凸緣沿陰極56伸出，與其上的護(hù)圈65分開并覆蓋在上面，使得在接地屏蔽極64和陰極56之間的間隙76是向著這樣的方向敞開，從這樣的方向可以看到間隙，此方向是如圖8箭頭A所示的直接正視接地屏蔽極64的敞開端部73的方向。這是二硼化鋯碎屑從靶52、54上方的位置降到陰極56上的方向。因為接地屏蔽極64的上部凸緣82和靶瓦58或在陰極56上的上部外周護(hù)圈65荷電相反，所以落在靶上的并同凸緣82和護(hù)圈65或靶瓦58都接觸而使間隙76橋接的碎屑將使陰極和接地屏蔽極短路。
現(xiàn)在參照圖9至圖12，其中示出了按照本發(fā)明的具有改進(jìn)的陰極與接地屏蔽極配置的靶100。除開接地屏蔽極84的側(cè)壁88的上部邊緣86稍為被降低到低于由陰極56和其上的靶瓦58與護(hù)圈65一起構(gòu)成的靶的上部外周邊緣而外，接地屏蔽極84和上述的接地屏蔽極64是相似的。
另外，提供了安裝在護(hù)圈65上，并進(jìn)而通過護(hù)圈裝在陰極表面60的外周邊緣部分66上的由外周條形片90構(gòu)成的裝置，構(gòu)成一外周凸緣94，此凸緣側(cè)向向外伸出超過陰極表面的邊緣部分66，使其伸出到間隙96之外，并使接地屏蔽極84側(cè)壁88的相鄰上部邊緣86與其呈分開的狀態(tài)。條形片90用緊固螺釘92連接到護(hù)圈65上。
采用這種裝置，條形片90在直接面向接地屏蔽極84的敞開端部98的A方向上覆蓋了間隙96的露出，它們將間隙96的露出在角度上從A方向轉(zhuǎn)動到B方向(圖10)，并正對接地屏蔽極84的側(cè)壁88。因此降落的二硼化鋯碎屑將不再使在陰極56(或?qū)щ姷牟⑴c陰極具有相同極性的條形片90)和接地屏蔽極84之間的間隙96橋接起來，因為此間隙是在靶100的側(cè)面敞開的。
權(quán)利要求
1.一種濺射鍍膜設(shè)備的靶，此靶包括一細(xì)長的陰極、濺射的靶材料和一接地屏蔽極，濺射的靶材料配置在該設(shè)備一側(cè)的陰極上的一個外表面上，接地屏蔽極使陰極被配置在其中并包括包圍陰極的壁，上述接地屏蔽極包圍陰極的除上述一個外表面以外的所有表面，在上述這一外表面上，接地屏蔽極是敞開的，使得上述的靶材料被露出來，上述陰極和接地屏蔽極彼此由一其間確定的間隙分開，并在電學(xué)上絕緣，靶的特征在于安裝在陰極[56]的上述外表面[60]上的外周邊緣部分[66]上的，形成一連續(xù)的外周凸緣[94]的裝置[90]，此外周凸緣側(cè)向向外凸出，超過上述外周邊緣部分[66]并凸出在上述間隙[96]之外，而且接地屏蔽極[84]的上述壁[88]的相鄰邊緣[86]與其成分離的狀態(tài)。
2.一種按照權(quán)利要求
1所述的濺射鍍膜設(shè)備的靶，其特征在于，構(gòu)成上述凸緣(94)的上述裝置(90)包括沿陰極(56)的上述外表面(60)的外周，并在上述外周邊緣部分(66)的上面延伸的條形片配置。
3.一種按照權(quán)利要求
2所述的濺射鍍膜設(shè)備的靶，其特征在于，上述濺射的靶材料(58)與護(hù)圈(65)相接合，護(hù)圈包圍濺射的靶材料，并被支承在陰極(56)的上述外表面(60)的上述外周邊緣部分(66)上，上述條形片(90)被緊固在上述護(hù)圈(65)上，并從那里側(cè)向延伸，形成上述凸緣(94)。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種濺射鍍膜設(shè)備的靶[100]，此靶包括在其一個表面上配置有濺射靶材料[58]的陰極[56]和接地屏蔽極[84]，接地屏蔽極包圍陰極的除開配置濺射靶材料的一個表面以外的所有表面，并由于有一間隙[96]而與其中的陰極形成電絕緣。外周條形片[90]裝在具有靶材料的陰極表面的外周邊緣部分[66]上，形成一連續(xù)的外周凸緣[94]，以防止散落的被濺射材料的碎屑橋接間隙，從而防止陰極和接地屏蔽極之間發(fā)生短路。
文檔編號G21C21/02GK86104429SQ86104429
公開日1987年1月7日 申請日期1986年7月2日
發(fā)明者阿爾伯特·丹尼爾·格拉瑟 申請人:西屋電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan