本發(fā)明涉及一種供料裝置、離子源裝置及供料方法，特別是涉及一種需要倒置使用的供料裝置、離子源裝置及供料方法。

背景技術(shù)：

離子注入機(jī)的離子源用于產(chǎn)生等離子體并引出束流，而在使用固體原料(例如紅磷)的離子源中，需要將固體原料氣化后通入真空腔以離子化氣體，有時(shí)固體原料是塊狀的，具有較大的體積，在這種情況下，用于氣化固體原料的蒸發(fā)瓶通常設(shè)置有兩個(gè)開口，一個(gè)較大的開口作為填料口，通過該填料口將固體原料裝入蒸發(fā)瓶中；另一個(gè)開口通常具有較小的孔徑，用于將氣體通入真空腔中。然而，在真空度要求比較高的場(chǎng)合下這種結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)瓶不是最理想的，因?yàn)殚_口越多就使得真空度的保持越為困難，較大開口的密封難度顯然是比較大的，一旦蒸發(fā)瓶有開口漏氣，就會(huì)影響到真空腔。

為此，研發(fā)人員嘗試將填料口和氣體出口合二為一，即使用僅有一個(gè)開口的蒸發(fā)瓶，該蒸發(fā)瓶的瓶口孔徑較小，可以使用小塊的固體原料或者使用粉末狀的固體原料。上述這種蒸發(fā)瓶在瓶口向上的放置情況是可行的，但是在倒置使用時(shí)又出現(xiàn)了問題(為了使離子注入機(jī)的整體結(jié)構(gòu)更為緊湊，根據(jù)離子源在整個(gè)離子注入機(jī)中的位置，有時(shí)候需要將蒸發(fā)瓶倒置在離子源的上方，即蒸發(fā)瓶的瓶口向下放置)。參考圖1，蒸發(fā)瓶1的瓶口11向下，瓶口11既作為填料口又作為氣體的出口，在這種需要倒置蒸發(fā)瓶的情況下，固體原料2會(huì)堵塞瓶口倒置氣體難以通暢傳輸至真空腔，并且在這種情況下，顯然粉末狀的固體原料是無法被使用的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中氣化固體原料的蒸發(fā) 瓶填料口和氣體出口分離致使真空密封難度增大、填料口和氣體出口合二為一時(shí)倒置蒸發(fā)瓶時(shí)瓶口易被固體原料堵塞的缺陷，提供一種供料裝置、離子源裝置及供料方法，其適用于塊狀固體原料和粉末狀固體原料，特別適用于需倒置使用的場(chǎng)合。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：

一種供料裝置，其特點(diǎn)在于，其包括一容器、一空心旋帽和一空心桿，其中，

該容器包括一容器主體以及與該容器主體相連的一頸部，該容器主體具有用于盛放固體原料的容置空間，該頸部上設(shè)置有外螺紋；

該空心旋帽包括側(cè)壁、與側(cè)壁一端相連的端面以及由該側(cè)壁限定的中空部，該端面上設(shè)置有與該中空部相連通的一第一通孔，該中空部用于使該空心桿穿過，該側(cè)壁的內(nèi)壁上設(shè)置有與該外螺紋相適配的內(nèi)螺紋；

該空心桿包括均為中空的第一桿體、第二桿體以及位于該第一桿體和第二桿體之間的一突出部，該突出部的外徑大于該第一通孔的孔徑，該第一桿體和該第二桿體的外徑均小于該第一通孔的孔徑，

該空心桿的長(zhǎng)度被設(shè)置為：當(dāng)該空心桿被插入于該容器、且該空心桿的第二桿體伸出該第一通孔并且該空心旋帽旋緊于該頸部時(shí)，該第一桿體抵設(shè)于該容器的底部，該突出部的一端抵設(shè)于該端面。

優(yōu)選地，該第一桿體、該第二桿體和該突出部一體成型。

優(yōu)選地，該供料裝置還包括一外套，該外套包括一中空筒體以及與該中空筒體的一端相連的端部，該端部上設(shè)置有與該中空筒體相貫通的第二通孔，

該中空筒體的另一端與該容器主體的肩部相連，該頸部穿設(shè)于該中空筒體中。

優(yōu)選地，該第二通孔的孔徑大于該空心旋帽的外徑。

優(yōu)選地，該容器和該外套是一體成型的。

優(yōu)選地，該外套由絕緣材料制成。在采用固體原料的離子源裝置中，需 要將固體原料加熱氣化以將氣體引入真空腔中用于等離子體的產(chǎn)生。如果氣化溫度比較高，那么用于氣化固體原料的加熱裝置就需要較高的功率，通常需要在較高的電壓下工作。而采用絕緣的外套能夠起到很好的隔離作用，僅僅是加熱裝置在高壓下工作，而離子源裝置依然可以在大地電位上工作，這樣對(duì)離子源裝置中其他部件的設(shè)計(jì)來說是非常有利的，也可以保證操作人員的安全。

優(yōu)選地，該端部的外徑為5cm-50cm。該端部的截面可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)，特別地，當(dāng)固體原料的氣化溫度比較高時(shí)，可以采用較大截面的端部，例如30cm-50cm外徑的端部。在端部的徑向上可以形成溫度的梯度分布，使得端部的外邊緣不易受到較高溫度的影響，從而使得設(shè)置于端部的外邊緣處的密封裝置不會(huì)受到高溫的影響而影響到真空腔的密封性。

優(yōu)選地，該中空筒體和該頸部之間形成間隙。所述間隙形成于該中空筒體的內(nèi)壁和該頸部的外壁之間。

優(yōu)選地，該間隙為1mm-20mm。在該供料裝置于離子源的真空腔相配合時(shí)，在真空腔被抽真空之后，間隙處亦是真空狀態(tài)，這一真空層的存在起到了較好的熱隔絕，頸部處的溫度不易受到加熱裝置的影響而過熱，也不容易受到真空腔的冷卻裝置的影響而過冷(真空腔的冷卻裝置例如冷卻管道，管道中的冷卻介質(zhì)常用的有水或油，冷卻溫度大于0℃，小于等于60℃，一般來說冷卻溫度和固體原料的氣化溫度差異較大，由此可能導(dǎo)致氣體流動(dòng)至頸部處受到冷卻裝置影響而發(fā)生凝華，但是真空層的存在使得凝華現(xiàn)象得到明顯緩解)。

優(yōu)選地，該容器是由耐高溫材料制得的，其中耐高溫為耐受溫度達(dá)到800℃-1000℃；

或者，該固體原料為塊狀原料或粉末狀原料。

本發(fā)明還提供一種離子源裝置，其包括一真空腔，其特點(diǎn)在于，該真空腔通過冷卻裝置冷卻，該真空腔包括一頂面，該頂面上開設(shè)有一進(jìn)料口，該離子源裝置還包括如上所述的供料裝置，該容器與該空心桿通過該旋帽被固 定時(shí)，該第二桿體通過該進(jìn)料口伸入該真空腔中，該容器主體的肩部與該頂面通過密封裝置密封。

優(yōu)選地，該頂面上設(shè)置有凹槽，該凹槽中置有密封圈，該肩部與該頂面通過該密封圈使該進(jìn)料口密封。

本發(fā)明還提供一種離子源裝置，其包括一真空腔，其特點(diǎn)在于，該真空腔通過冷卻裝置冷卻，該真空腔包括一頂面，該頂面上開設(shè)有一進(jìn)料口，該離子源裝置還包括如上所述的供料裝置，該容器與該空心桿通過該旋帽被固定時(shí)，該第二桿體通過該進(jìn)料口伸入該真空腔中，該外套的該端部與該頂面通過密封裝置密封。

優(yōu)選地，該頂面上設(shè)置有凹槽，該凹槽中置有密封圈，該端部與該頂面通過該密封圈使該進(jìn)料口密封，該密封圈距離該端部的外邊緣5mm-5cm，較佳地，該密封圈距離該端部的外邊緣5mm–20mm。

本發(fā)明還提供一種供料方法，其特點(diǎn)在于，其采用如上所述的供料裝置，該供料方法包括以下步驟：

將固體原料裝入該容器中，將該空心桿插入該容器中，并且使該旋帽穿過該第二桿體；

旋緊旋帽于該頸部，使該第一桿體抵設(shè)于該容器的底部，且該第一桿體不與該固體原料接觸；

倒置該容器，旋松該旋帽以使該第一桿體的末端距離該容器的底部一預(yù)設(shè)距離。

通過容器、空心旋帽和空心桿的組合使用，在倒置使用的情況下固體原料既不會(huì)堵塞瓶口也不會(huì)掉入真空腔中形成污染。

在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

1、通過容器、空心旋帽和空心桿的組合使用，使得在倒置使用的情況下填料口和出氣口合二為一成為可能；同時(shí)還能保證容器在倒置使用中，固 體原料不會(huì)堵塞瓶口或者固體原料也不會(huì)進(jìn)入空心桿體中造成真空腔的污染。當(dāng)然該供料裝置亦可瓶口向上使用，即本發(fā)明的供料裝置不受瓶口方向的限制，因此其設(shè)置位置既可以放置在離子源裝置的真空腔的上方，也可以放在真空腔的下方，由此在與離子源裝置配合使用時(shí)靈活性更佳，為離子源裝置和離子注入機(jī)中其他部件的設(shè)計(jì)提供便利。

2、在氣化溫度較高的情況下，可以使用具有外套的供料裝置，由于外套的端部截面較大，可以形成徑向上(垂直于空心桿長(zhǎng)度方向的方向)的溫度的梯度分布，較高的溫度也不易影響到供料裝置和真空腔之間的密封裝置(例如o型圈)，由此保證了真空腔的密封性。

3、中空筒體和頸部之間間隙的存在能在真空腔被抽真空之后形成真空層，由此頸部的溫度既不易受容器主體加熱的影響又不容易受真空腔冷卻的影響，由此頸部的溫度既不會(huì)過高也不會(huì)過低，能夠在保證真空腔密封性的同時(shí)基本確保氣體不易凝華沉積于頸部處。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的蒸發(fā)瓶倒置使用的示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中容器的示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中空心旋帽的立體圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中空心旋帽的剖視圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中空心桿的立體圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中空心桿的另一角度的立體圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例1的供料裝置的裝配示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例1的供料裝置的倒置狀態(tài)示意圖。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例1的供料裝置的使用狀態(tài)示意圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例2中容器的示意圖。

圖11為本發(fā)明實(shí)施例2的供料裝置的裝配示意圖。

圖12為本發(fā)明實(shí)施例2的供料裝置的使用狀態(tài)示意圖。

圖13為本發(fā)明實(shí)施例3的供料裝置和離子源裝置配合使用的示意圖。

圖14為本發(fā)明實(shí)施例3中真空腔的頂面與供料裝置裝配的局部示意圖。

圖15為圖13中a部的局部放大圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

實(shí)施例1

參考圖2-圖9，本實(shí)施例所述供料裝置，包括一容器1、一空心旋帽2和一空心桿3，其中，

該容器1包括一容器主體11以及與該容器主體11相連的一頸部12，該容器主體11具有用于盛放固體原料的容置空間111，該頸部12上設(shè)置有外螺紋121；

該空心旋帽2包括側(cè)壁21、與側(cè)壁21一端相連的端面22以及由該側(cè)壁限定的中空部，該端面22上設(shè)置有與該中空部相連通的一第一通孔221，該中空部用于使該空心桿3穿過，該側(cè)壁21的內(nèi)壁上設(shè)置有與該外螺紋121相適配的內(nèi)螺紋211；

該空心桿3包括均為中空的第一桿體31、第二桿體32以及位于該第一桿體31和第二桿體32之間的一突出部33，該突出部33的外徑大于該第一通孔221的孔徑，該第一桿體31和該第二桿體32的外徑均小于該第一通孔221的孔徑，

該空心桿3的長(zhǎng)度被設(shè)置為：當(dāng)該空心桿3被插入于該容器、且該空心桿的第二桿體32伸出該第一通孔并且該空心旋帽2旋緊于該頸部12時(shí)，該第一桿體31抵設(shè)于該容器的底部，該突出部33的一端(靠近第二桿體的一端)抵設(shè)于該端面。

具體來說，該第一桿體、該第二桿體和該突出部是一體成型的。

本實(shí)施例的供料裝置的使用方法是這樣的：

特別參考圖7-圖9，先將固體原料4置入容器1中，在填料過程中容器是正向放置的，即容器的瓶口向上。之后將空心桿3插入容器中，將該空心旋帽2穿過空心桿3的第二桿體并且使開空心旋帽旋緊于該頸部12，并且保證空心桿的第一桿體的端部與容器底部抵設(shè)，而不與固體原料接觸。也就是說，容置空間111被空心桿3一分為二(分別以111a和111b表示)。接著翻轉(zhuǎn)整個(gè)供料裝置使瓶口向下，固體原料4會(huì)集中在容置空間接近頸部的位置處。

接著將該空心旋帽2旋松，空心旋帽2會(huì)向下移動(dòng)，同時(shí)使得空心桿3也會(huì)在重力作用下隨著空心旋帽2的移動(dòng)而向下移動(dòng)使得第一桿體不再抵設(shè)于容器的底部，由此第一桿體和容器的底部之間相隔一定距離，形成間隙111c。此時(shí)，加熱該供料裝置使得固體原料被氣化，氣化所得的氣體可以通過間隙111c流入空心桿3中，最終通過該空心桿被通入離子源的真空腔中(圖中未示出)。

在氣化溫度(固體原料的加熱溫度)不高且對(duì)真空腔的真空度要求不高的場(chǎng)合，可以采用本實(shí)施例所述的供料裝置，使用狀態(tài)下的該供料裝置的狀態(tài)如圖9所示，空心旋帽2的端面通過密封裝置(例如o型圈)與真空腔之間形成密封連接(真空腔包括一頂面，該頂面上開有進(jìn)料口)，空心桿的第二桿體通過進(jìn)料口伸入真空腔中，以使得氣體被通入該真空腔中。

實(shí)施例2

實(shí)施例2的基本原理與實(shí)施例1一致，空心桿和空心旋帽的結(jié)構(gòu)參考實(shí)施例1，不同之處在于：

參考圖10-圖12，該供料裝置還包括一外套5，該外套5包括一中空筒體51以及與該中空筒體51的一端相連的端部52，該端部52上設(shè)置有與該中空筒體51相貫通的第二通孔521，

該中空筒體51的另一端與該容器主體的肩部13相連，該頸部12穿設(shè)于該中空筒體51中。

其中，該第二通孔521的孔徑大于該空心旋帽2的外徑，并且該容器和 該外套是一體成型的。

本實(shí)施例所述的供料裝置的使用方法與實(shí)施例1是相同的，在容器正向放置時(shí)填入固體原料，之后將空心桿插入容器中直至第一桿體的端部觸及容器的底部，再將該空心旋帽旋緊于該頸部，此時(shí)該空心桿第一桿體的端部是緊緊抵設(shè)于該容器的底部的。接著翻轉(zhuǎn)該容器使瓶口向下，固體原料(為了圖示的簡(jiǎn)潔，在本實(shí)施例的相關(guān)附圖中未示出)會(huì)集中在容置空間接近頸部的位置處。

然后將空心旋帽旋松，由此空心桿會(huì)隨著空心旋帽的移動(dòng)而向下移動(dòng)，這樣，第一桿體的端部就會(huì)脫離與容器底部的接觸，形成間隙111c，固體原料被加熱后氣化的氣體就可以通過間隙111c進(jìn)入空心桿中，從而被通入離子源的真空腔中。

在氣化溫度(固體原料的加熱溫度)比較高的場(chǎng)合，可以采用本實(shí)施例所述的供料裝置，使用狀態(tài)下的該供料裝置的狀態(tài)如圖12所示，此時(shí)真空腔通過密封裝置(例如o型圈)與該外套的該端部相連，該空心桿的第二桿體伸入該真空腔中，由此將氣體通入真空腔。由于該端部具有較大的面積，在較高的溫度下也能保證密封裝置不會(huì)過熱，從而保證真空腔被較好的真空密封。

實(shí)施例3

參考圖13-圖15，本實(shí)施例中供料裝置的大體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同，真空腔的頂面61上設(shè)置有凹槽611(僅示出真空腔的一部分頂面)，該凹槽611用于放置密封圈(例如o型圈)，從頂面所在平面的方向上來看(端部的徑向l)，凹槽611設(shè)置于靠近端部52的外邊緣處，例如凹槽611距離端部52的外邊緣2cm。該外套的端部52具有較大的面積，例如該端部52的外徑為50cm，

當(dāng)固體原料的氣化溫度比較高的時(shí)候，供料裝置的容器主體將被加熱裝置加熱到相當(dāng)高的溫度，熱量必然會(huì)有一部分向外套傳導(dǎo)。而一般的密封圈很難承受高溫，一旦密封圈承受不了過高的溫度就無法保證真空腔的密封 性。而在本實(shí)施例中，由于端部52的面積較大，密封圈又設(shè)置于遠(yuǎn)離頸部的位置，相對(duì)靠近端部的外邊緣處，由于端部在徑向上形成溫度梯度分布，端部的外邊緣處的溫度不會(huì)很高，那么密封圈不會(huì)受到過高溫度的影響，不容易產(chǎn)生形變，也就保證了在較高加熱氣化溫度的情況下真空腔的密封性。

并且該端部由絕緣材料制成，即使氣化固體原料的氣化裝置在高壓下工作，也不會(huì)影響到供料裝置和真空腔，供料裝置和真空腔依然在大地電位上。

再者，本實(shí)施例中的供料裝置中，使得頸部12和中空筒體51之間形成5mm的間隙8。

通常真空腔都需要冷卻以使其控制在一相對(duì)較低的溫度，那么真空腔的腔壁相對(duì)較冷，而氣化固體原料又需要加熱，若加熱容器主體的溫度過高那么會(huì)影響到頸部，使得頸部也具有較高的溫度，頸部的溫度如果過高難免會(huì)傳導(dǎo)至端部，可能會(huì)對(duì)密封圈造成影響；若真空腔的溫度過低也會(huì)影響到頸部，使得頸部溫度過低，那么氣體從較熱的容器主體進(jìn)入較冷的頸部容易發(fā)生凝華而沉積于供料裝置的頸部，這顯然也是不利的。

為此，該間隙8的存在能平衡頸部的溫度，當(dāng)供料裝置被裝配于真空腔上并且完成密封時(shí)，隨著真空腔被抽真空，間隙8處也是真空狀態(tài)的，這一真空層的存在限制了熱的傳導(dǎo)，使得供料裝置被加熱、真空腔被冷卻的同時(shí)基本不會(huì)造成頸部處氣體的凝華，頸部的溫度也不會(huì)過高從而使得端部的溫度過高。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。