專利名稱：一種用于等離子體裝置的磁鐵及等離子體裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于核技術及應用領域，具體涉及一種用于等離子體裝置的磁鐵及等離子體裝置。
背景技術：
等離子體在很多領域有廣泛的應用，例如等離子體沉積、等離子體刻蝕以及等離子體表面處理等領域。很多等離子體產生裝置中需要使用高強度、具有適當位形的磁場來約束等離子體?，F(xiàn)有技術中用來產生高強度磁場的磁鐵包括“回”字形實體的磁軛、在磁軛內部的一對磁極以及包圍磁極的金屬線圈。其中，磁極采用圓形磁極結構或者方形磁極結構，這種磁鐵存在以下的問題1)產生大間隙、高強度磁場所需要的功率很高；2)這種結構不利于產生大磁鏡比的磁場位形，而大磁鏡比的磁場形狀有利于等離子體的穩(wěn)定性。因此， 現(xiàn)有的用于為等離子體裝置提供高強度磁場的磁鐵利用空間小，利用效率低、磁鏡比小。

發(fā)明內容
針對以上提出的現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出一種用于等離子體裝置的具有大間隙、高磁場強度、大磁鏡比的磁鐵。本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于等離子體裝置的磁鐵。本發(fā)明的用于等離子體裝置的磁鐵包括“回”字形鐵框體的磁軛、在磁軛內部的一對磁極以及包圍磁極的金屬線圈。其中，磁極的形狀為梯臺型，面積較小的兩個臺面相對放置，面積較大的兩個臺面分別與磁軛的上和下橫梁相連。磁軛為扁平狀“回”字形鐵框體，厚度在20cm以內，寬度在0.8m至1. an范圍內， 高度在0. 8m至1. 2m范圍內。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種應用上述磁鐵的等離子體裝置。本發(fā)明的等離子體裝置包括離子源、磁鐵、磁鐵電源以及離子源電源，離子源安放在磁鐵的間隙里，其中，磁鐵采用如上所述的磁鐵。本發(fā)明的用于等離子體裝置的磁鐵采用梯臺型的磁極結構有助于獲得大的磁鏡比。由于磁鐵的結構設計為扁平狀，節(jié)省了電源功率。如果使用其他結構的磁鐵，在相同高度的間隙中形成同樣大小磁場強度，則需要的功率是它的1. 5倍至2倍。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明的磁鐵具有大間隙、高場強、大磁鏡比的特點。通過扁平狀的磁軛結構及梯臺型的磁極設計，可以使磁間隙中的磁鏡比達到2左右，可以很好的約束等離子體，提高等離子體的穩(wěn)定性。磁鐵在相同功耗情況下，在相同的磁間隙中產生的磁場強度最大，節(jié)省功率20% 50%，因此實現(xiàn)節(jié)省功率的目的。從而實現(xiàn)等離子體裝置節(jié)能、穩(wěn)定的運行狀態(tài)， 提高裝置的使用壽命。


圖1為本發(fā)明的用于等離子體裝置的磁鐵的磁軛和一對磁極的結構示意圖；圖2為本發(fā)明的用于等離子體裝置的磁鐵的磁軛和一對磁極的立體圖；圖3為本發(fā)明的用于等離子體裝置的磁鐵的一種實施方式的一對磁極的立體圖。
具體實施例方式下面結合附圖，詳細說明本發(fā)明的實施方式。如圖1和圖2所示本發(fā)明的用于等離子體裝置的磁鐵包括“回”字形鐵框體的磁軛11、在磁軛內部的一對磁極12以及包圍磁極的金屬線圈。其中，磁極的形狀為梯臺型，面積較小的兩個臺面相對放置，面積較大的兩個臺面分別與磁軛的上和下橫梁相連。本發(fā)明的一種實施方式的梯臺型的磁極包括長方體的磁極底座121以及在其上的梯形的磁極頭122，如圖3所示。磁極頭122的面積較小的臺面的長邊bl為20cm至30cm， 短邊al為2. 5cm至^m ；面積較大的臺面的長邊b2為32cm至40cm，短邊a2為^m至6cm。 磁極底座的厚度d在20cm以內。作為上述實施方式的一種變化形式，梯臺型的磁極不包括長方形的磁極底座，只包括梯形的磁極頭。通過調節(jié)梯臺型磁極的幾何結構，可以得到不同的磁鏡比。 磁軛11為扁平狀“回”字形鐵框體，厚度m在20cm以內，寬度1在0. 8m至1. 范圍內，高度h在0. 8m至1. 2m范圍內。由于本發(fā)明中磁極的結構采用梯臺型，在兩個磁極對準的空間，磁場集中，因此能夠同時滿足大磁鏡比和高磁場強度。進一步，這種梯臺型結構在不增加功率消耗的條件下， 能夠增大磁極之間的間隙，提高了磁鐵的空間利用率。下面，通過一套雙空心陰極離子源的實施例，對本發(fā)明的等離子體裝置做進一步闡述。雙空心陰極離子源是一種新型的離子源，該離子源可以通過濺射的方法產生金屬離子，具有結構簡單、可以高效率引出高純度高流強的各種金屬離子束等優(yōu)點。金屬離子束在鍍膜、材料表面改性等領域有非常廣泛的應用。本發(fā)明的磁鐵用于雙空心陰極離子源裝置主要分為以下幾個部分雙空心陰極離子源、磁鐵、磁鐵電源以及離子源電源。雙空心陰極離子源安放在大間隙高場的磁鐵的間隙里。雙空心陰極離子源通過潘寧放電或空心陰極放電使得離子源內的工作氣體產生氣體等離子體，氣體等離子體在空心陰極內與空心陰極相互作用，濺射出金屬離子，在空心陰極中產生氣體和金屬的混合等離子體。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，磁極的磁極底座為32x13x10cm3的長方體，磁極頭的較大的臺面為32x13cm2，較小的臺面為20xkm2，高為12cm。磁軛的厚度m為13cm，寬1 為103cm，高h為109cm。磁極的間隙為20cm。金屬線圈的橫截面積為10x19cm。在金屬線圈的消耗功率為25kW時，磁間隙中心處的磁場強度為0. 58T，磁鏡比為1. 96。而如果采用圓形或方形磁極頭設計，同樣的磁間隙寬度情況下，達到相同的磁場強度線包所消耗的功率為45 50kffo
因為磁鐵的間隙比較大OOcm)，所以空心陰極的尺寸可以增加，提高空心陰極的利用效率，提高離子源的金屬離子產額。磁鐵的磁場強度比較高，可以很好的約束等離子體中的電子，增加了放電時高電荷態(tài)的金屬離子的產額。因為磁鐵在磁間隙中產生的磁場是大磁鏡比的磁鏡場，所以，空心陰極中的等離子體狀態(tài)會比較穩(wěn)定，可有效提高離子源的陰極使用壽命。由于磁鐵的結構設計為扁平狀，節(jié)省了電源功率。如果使用其他結構的磁鐵， 在相同高度的間隙中形成同樣大小磁場強度，則需要的功率是它的1. 5倍至2倍。上面描述的實施例并非用于限定本發(fā)明，任何本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可做各種的變換和修改，因此本發(fā)明的保護范圍視權利要求范圍所界定。
權利要求
1.一種用于等離子體裝置的磁鐵，所述磁鐵包括“回”字形鐵框體的磁軛(11)、在磁軛內部的一對磁極(1 以及包圍磁極的金屬線圈，其特征在于，所述磁極(1 的形狀為梯臺型，面積較小的兩個臺面相對放置，面積較大的兩個臺面分別與所述磁軛(11)的上和下橫梁相連。
2.如權利要求1所述的磁鐵，其特征在于，所述磁極(1 包括長方體的磁極底座 (121)以及在其上的梯形的磁極頭(122)。
3.如權利要求2所述的磁鐵，其特征在于，所述磁極頭(122)的面積較小的臺面的長邊 (bl)為20cm至30cm，短邊(al)為2. 5cm至km ；面積較大的臺面的長邊(b2)為32cm至 40cm,短邊(a2)為 4cm 至 6cm。
4.如權利要求2所述的磁鐵，其特征在于，所述磁極底座(121)的厚度在20cm以內。
5.如權利要求1所述的磁鐵，其特征在于，所述磁軛(11)為扁平狀，厚度在20cm以內， 寬度在0. 8m至1. 2m范圍內，高度在0. 8m至1. 2m范圍內。
6.一種等離子體裝置，包括離子源、磁鐵、磁鐵電源以及離子源電源，離子源安放在磁鐵的間隙里，其特征在于，所述磁鐵為權利要求1所述的磁鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于等離子體裝置的磁鐵及等離子體裝置。本發(fā)明的磁鐵包括“回”字形實體的磁軛、在磁軛內部的一對磁極以及包圍磁極的金屬線圈。其中，磁極的形狀為梯臺型，磁軛為扁平狀。本發(fā)明的磁鐵具有大間隙、高場強、大磁鏡比的特點。梯臺型的磁極設計，可以使磁間隙中的磁鏡比達到2左右，可以很好的約束等離子體，提高等離子體的穩(wěn)定性。通過磁軛的結構為扁平狀的結構設計，可以使磁鐵在相同功耗情況下，在相同的磁間隙中產生的磁場強度最大，節(jié)省功率20％-50％，因此實現(xiàn)節(jié)省功率的目的。從而實現(xiàn)等離子體裝置節(jié)能、穩(wěn)定的運行狀態(tài)，提高裝置的使用壽命。
文檔編號H05H1/10GK102497717SQ20111038194
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權日2011年11月25日
發(fā)明者付東坡, 任曉堂, 劉克新, 朱昆, 趙渭江, 趙紅衛(wèi) 申請人:北京大學