ES2231722T3 - Dispositivo para la evaporacion del arco electrico. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la evaporación del arco eléctrico, que comprende un ánodo, un objetivo (14) que actúa como cátodo y que esta conectado con este, una fuente de tensión que esta conectada en el ánodo y el cátodo para la generación de un arco eléctrico o bien de un punto del arco eléctrico (18, 20) sobre el objetivo o bien sobre su superficie libre (16) así como, presente debajo del objetivo, una disposición magnética (66), que comprende una bobina anular interior y una bobina anular exterior (70, 72) para la generación de un campo magnético que influye sobre el movimiento del arco eléctrico sobre la superficie del objetivo, caracterizado porque al menos a una de las bobinas anulares (70, 72) de la disposición magnética (66) esta asociado un elemento (74, 76) de permeabilidad magnética relativa alta, es decir, my-r >> 1, que influye sobre el campo magnético de la bobina anular en la zona de la superficie (16) del objetivo, en el que cuando el elemento esta asignado a la bobina anular interna(70), este rodea periféricamente la bobina anular interna y cuando el elemento esta asignado a la bobina anular externa (72), este se extiende a lo largo de la superficie de la bobina anular mas externa que esta dirigida hacia la bobina anular interna.

Description

Dispositivo para la evaporación del arco eléctrico.

La invención se refiere a un dispositivo para la evaporación del arco eléctrico, que comprende un ánodo, un objetivo que actúa como cátodo y que está conectado con éste, una fuente de tensión que está conectada en el ánodo y el cátodo para la generación de un arco eléctrico o bien de un punto del arco eléctrico sobre el objetivo o bien sobre su superficie libre así como, presente debajo del objetivo, una disposición magnética, que comprende una bobina anular interior y una bobina anular exterior, para la generación de un campo magnético que influye sobre el movimiento del arco eléctrico sobre la superficie del objetivo.

Los dispositivos de evaporación del arco eléctrico se emplean, por ejemplo, para el recubrimiento de material duro de substratos. A tal fin, se evapora material objetivo en una cámara de vacío por medio de un arco eléctrico que incide sobre un objetivo que está constituido por metal, cuyo material objetivo reacciona con gases reactivos, como N_{2}, C_{2}H_{2}, introducidos en la cámara de vacío y se precipita sobre el substrato. Si el objetivo está constituido, por ejemplo, por titanio y se alimenta nitrógeno a la cámara de vacío, entonces se puede precipitar TiN sobre el substrato que debe recubrirse. Sin embargo, hay que hacer referencia a los procedimientos conocidos desde hace mucho tiempo, lo mismo que con relación a la tensión a aplicar o bien a la corriente de flujo, que se encuentran en el intervalo de 10 a 50 V o bien en valores mayores que 60 A. En la cámara de vacío propiamente dicha pueden predominar valores de la presión, por ejemplo, de 0,0001 a 0,1 mbar (10^{-2} Pa hasta 10 Pa).

La conducción de la corriente hacia el cátodo se puede realizar en este caso directamente hacia éste o sobre una bobina magnética, para mover, por ejemplo, según el documento DE 42 43 592 A1, el punto del arco eléctrico que se configura sobre el objetivo a lo largo de una banda aleatoria.

En el documento EP 0 306 491 B1 se describe un dispositivo de evaporación del arco eléctrico, en el que se utiliza un objetivo para la aplicación de una capa de aleación sobre un substrato, que presenta al menos dos metales diferentes en diferentes secciones activas de la superficie del objetivo.

Para conseguir también en el caso de superficies grandes del objetivo una erosión uniforme del material del objetivo, se genera según el documento DE 35 28 677 C2 de una manera intermitente sobre la superficie del objetivo un campo magnético con al menos un circuito cerrado.

Un dispositivo del tipo mencionado al principio se deduce a partir del documento DE 43 29 155 A1. En esta disposición, en una combinación que está constituida con preferencia por dos bobinas junto con un imán permanente dispuesto en el centro (rodeado por la bobina interna) se configura un campo magnético en la superficie del objetivo, de manera que la componente horizontal del campo magnético es lo más constante posible sobre una zona lo más amplia posible de la anchura del objetivo. De esta manera, se consigue, por una parte, que el arco eléctrico se mueva en bandas cerradas a lo largo del objetivo y que en la dirección transversal (paralelamente a la componente horizontal del campo magnético) no sea seleccionado ningún lugar preferido y que se extienda en la media de tiempo en esta dirección transversal, en general, con la misma frecuencia. En este caso, se habla de "Arco controlado en la dirección de avance del arco eléctrico y área aleatoria en la dirección transversal". Como objetivo se pretende una buen utilización o bien una erosión del objetivo. Los inconvenientes de una disposición de este tipo se pueden ver a continuación. La intensidad de la porción del campo magnético que se obtiene a través del imán permanente se modifica con la erosión y solamente se puede corregir de una manera muy laboriosa o no se puede corregir, en general, a través de las bobinas. La consecuencia es una utilización no óptima del objetivo.

La curva característica de la tensión y de la corriente no se puede mantener constante a medida que progresa la erosión y las capas de material duro separadas provocan modificaciones en las propiedades. La posibilidad de la variación de la intensidad del campo magnético es limitada y, por lo tanto, no se pueden realizar determinadas propiedades de recubrimiento. Una curva característica horizontal amplia de la componente horizontal del campo magnético favorece, debido al "efecto de arco aleatorio", una ramificación del arco eléctrico con la consecuencia de emisiones intensificadas de gotitas y la rugosidad no deseada de la capa. Además, la activación de la disposición del campo magnético es relativamente compleja.

En todos los dispositivos de evaporación conocidos, el objetivo es configurar la disposición magnética o bien la instalación magnética de tal forma que se tengan en cuenta las siguientes condiciones o bien se cumplan los siguientes criterios. El campo magnético generado por la instalación magnética forma con su componente horizontal una banda cerrada sobre la superficie del objetivo. Si la superficie del objetivo presenta una geometría rectangular, entonces la banda del campo magnético es siempre de forma rectangular con esquinas redondeadas. Se pueden conseguir geometrías correspondientes del campo con bobinas anulares (electroimanes), con imanes permanentes o con una combinación de éstas. En este caso, es importante que la curva característica de la tensión y la corriente del arco eléctrico que se configura, en la que la corriente está predeterminada fijamente y la tensión depende del campo magnético presente (parámetro variable a través del sistema de control), de las tensiones de polarización, de la presión, del tipo de gas, etc., se pueda seleccionar y ajustar de una manera óptima sobre el objetivo en función de su material y de las condiciones de recubrimiento. A tal fin, es necesario que la intensidad del campo magnético sea variable sobre una zona grande. En este caso, las experiencias prácticas muestran que la intensidad del campo magnético es variable en el intervalo desde algunos Gauss hasta la zona de 200 Gauss (algunos 10^{-4} T hasta aproximadamente 2 x 10^{-2} T): Por otro lado, es necesario que la componente horizontal del campo magnético pueda extenderse sobre toda la zona de la superficie del objetivo, para poder aprovechar de una manera óptima el material del objetivo. En este caso, el movimiento del campo magnético debe realizarse o bien a través de la activación de las bobinas (MAC estático, MAC = Confinamiento del Arco Magnético) o a través de un movimiento mecánico del MAC. En este caso, es evidente que la disposición magnética estática es más sencilla en cuanto a la construcción y, por lo tanto, se puede realizar a un precio más
favorable.

Por otro lado, para la consecución de procesos reproducibles debe estar garantizado que en el transcurso de toda la duración útil del objetivo, el campo magnético, es decir, su componente horizontal, que predetermina el movimiento del arco eléctrico sobre la superficie objetivo, se pueda ajustar en una extensión deseada. En este caso, es ventajoso que la componente horizontal de las líneas del campo magnético muestre una caída empinada, para suprimir la división del arco eléctrico en varias ramificaciones, con lo que se reduce de nuevo la desviación de las Droplets (gotitas) fuera del objetivo, con la consecuencia de que se reduce la rugosidad de la capa que debe configurarse sobre un substrato.

La presente invención se basa en el problema de utilizar la posibilidad de una modificación del campo magnético asociada al objetivo, de tal forma que se incrementa el área de la zona del objetivo cubierta por el arco eléctrico, es decir, que se posibilita una extensión de las zanjas de erosión. Al mismo tiempo, debe asegurarse que el arco eléctrico es móvil sobre bandas predeterminadas. También debe alcanzarse una constancia amplia de la curva característica de la tensión y de la corriente durante toda la utilización del objetivo para la consecución de una elevada rentabilidad.

Según la invención, el problema se soluciona esencialmente porque al menos a una de las bobinas anulares de la disposición magnética está asociado un elemento de permeabilidad magnética relativa alta
(\mur >> 1), que influye sobre el campo magnético de la bobina anular en la zona de la superficie del objetivo, que se extienden a lo largo de la superficie interior o de la superficie exterior de la bobina anular, que se extienden en dirección perpendicular o esencialmente en la dirección perpendicular a la superficie del objetivo. En particular, está previsto que el elemento de permeabilidad magnética relativa alta rodee periféricamente la bobina anular interior p que se extienda en sentido circundante en el lado interior a lo largo de la bobina anular exterior. Además, las bobinas anulares deben estar dispuestas concéntricas entre sí.

Para influir sobre el campo magnético de la bobina anular interior de tal forma que se desplace el máximo de la componente horizontal del campo en dirección al centro del objetivo, la invención prevé que la bobina anular interior esté rodeada periféricamente por el elemento de permeabilidad magnética relativa alta. Por medio de una zapata polar configurada de esta manera y que provoca un cortocircuito magnético, se impide con éxito que las líneas del campo se desplacen en la dirección de la bobina anular exterior.

Con respecto a la bobina anular exterior, el elemento de permeabilidad magnética relativa alta se extiende entre la bobina exterior y la bobina interior, es decir, en el interior a lo largo de la bobina anular exterior, a través del cual el campo magnético de la bobina anular exterior es desplazado hacia el exterior. De esta manera, por medio de las modificaciones de la curva del campo magnético realizadas a través de los elementos de permeabilidad magnética relativa alta, que son designados como zapatas polares, se da la posibilidad de alinear las componentes horizontales de los campos magnéticos sobre la superficie del objetivo de tal manera que ésta pueda ser cubierta sobre una zona grande por el arco eléctrico.

En el elemento de permeabilidad magnética relativa alta se trata de un elemento de material magnético como hierro o bien acero o de aleaciones de hierro como Permalloy. En este caso, el elemento debería presentar una permeabilidad magnética relativa \mur con preferencia con \mur \geq 106.

Por medio de las enseñanzas según la invención, se puede conseguir una elevación de la anchura de la erosión en un objetivo, con lo que se consigue de nuevo una elevación de la productividad de un dispositivo de evaporación del arco eléctrico correspondiente. La solución técnica es constructivamente sencilla y de coste favorable. Puesto que, además, se utiliza una disposición magnética estacionaria, es decir, que no se puede desplazar mecánicamente, apenas hay que temer que se produzcan averías. Se evitan los imanes permanentes. También existe la posibilidad de conseguir intensidades del campo magnético en el intervalo de 10^{-5} T hasta 10^{-2} T o valores más elevados sin problemas.

Aunque las enseñanzas según la invención se pueden realizar de una manera más preferida con una disposición magnética con bobina anular interior y bobina anular exterior, existe también la posibilidad de emplear una disposición magnética con una sola bobina anular, a la que está asignado, de acuerdo con las enseñanzas según la invención, un elemento de permeabilidad magnética relativa alta, que influye en la zona de la superficie del objetivo sobre el campo magnético de la bobina anular, rodeando el elemento periféricamente la bobina anular y siendo desplazable la disposición magnética propiamente dicha en la dirección x y en la dirección y en un plano que se extiende paralelamente a la superficie del objetivo. Dado el caso, se puede realizar también un desplazamiento perpendicularmente a la superficie del objetivo, es decir, al eje z.

Otros detalles, ventajas y características de la invención se deducen no sólo a partir de las reivindicaciones, de las características que se derivan de éstas -por sí mismas y/o en combinación-, sino también a partir de la descripción siguiente de los ejemplos de realización preferidos que se deducen a partir del dibujo.

En este caso:

La figura 1 muestra una representación de principio de una disposición magnética con dos bobinas anulares, cuya bobina anular interior está impulsada con corriente.

La figura 2 muestra una disposición magnética correspondiente a la figura 1 con bobina anular externa impulsada con corriente.

La figura 3 muestra la disposición magnética según las figuras 1 y 2 con bobina anular interna y externa impulsadas con corriente.

La figura 4 muestra una disposición magnética con bobinas anulares así como con imanes permanentes.

La figura 5 muestra una representación de principio de una disposición magnética según la invención con bobina anular interna impulsada con corriente.

La figura 6 muestra una disposición magnética correspondiente a la figura 5 con bobina anular externa impulsada con corriente.

La figura 6a muestra una disposición magnética correspondiente a las figuras 5 y 6 con las dos bobinas anulares impulsadas con corriente.

La figura 7 muestra perfiles típicos de la erosión conseguidos con las disposiciones magnéticas de las figuras 1 a 6.

La figura 8 muestra una curva de una intensidad del campo magnético, generada con una disposición de acuerdo con la invención, a lo largo de la superficie de un objetivo.

La figura 9 muestra una representación correspondiente de una primera forma de realización de una disposición magnética.

La figura 10 muestra la disposición magnética según la figura 9 en una vista en planta superior.

La figura 11 muestra la disposición magnética según las figuras 9 y 10, pero en sección.

La figura 12 muestra una vista en planta superior de otra forma de realización de una disposición magnética y

La figura 13 muestra la disposición magnética según la figura 12 en representación en perspectiva y en sección.

Con la ayuda de las figuras, en las que en principio, los mismos elementos están provistos con los mismos signos de referencia, se describen disposiciones magnéticas que están destinadas para dispositivos de evaporación del arco eléctrico, que corresponden, por una parte, al estado de la técnica (figuras 1 a 5) y que pertenecen, por otra parte, a las enseñanzas de acuerdo con la invención (figuras 6 a 13). Independientemente de ello, hay que indicar que las disposiciones del objetivo y de la alimentación de la corriente, que se representan, en principio, con la ayuda de las figuras, presentan una configuración inventiva propia, aunque se realiza una explicación en relación con disposiciones magnéticas conocidas.

En las figuras 1 a 6 se representa de una manera puramente de principio un cuerpo catódico 10, que se puede fijar sobre una placa de pestaña 12 en una carcasa de una cámara de vacío de un dispositivo de evaporación del arco eléctrico. En este caso, el cuerpo catódico 10 comprende un objetivo 14, cuya superficie libre, que se extiende en el lado de la cámara de vacío, (superficie del objetivo 16) es evaporada por medio de un punto del arco eléctrico 18 y 20, respectivamente, que se puede mover sobre esta superficie. El material evaporado reacciona a continuación con gas reactivo, introducido en la cámara de vacío, por ejemplo con N_{2} o C_{2}H_{2} y es separado sobre un substrato no representado y que se encuentra en la cámara de vacío. Si el objetivo 14 está constituido, por ejemplo, por titanio y se introduce nitrógeno en la cámara de vacío, entonces se separa nitruro de titanio sobre el substrato.

Para la evaporación del material del objetivo se aplica entre el objetivo 14 y la carcasa de la cámara de vacío una tensión a través de una fuente de tensión, siendo la carcasa el ánodo y el cuerpo catódico 10 y, por lo tanto, el objetivo 14 el cátodo. A este respecto, se remite a técnicas conocidas desde hace mucho tiempo, de la misma manera que se hace referencia a la tensión aplicada, que está aproximadamente en el orden de magnitud de 10 V a 50 V, y a una corriente que es de una manera más preferida mayor que 60 A. La presión en la cámara de vacío puede estar, por ejemplo, entre 0,0001 y 0,1 bar (10^{-2} Pa hasta 10 Pa) según la aplicación, por mencionar sólo algunos valores ejemplares.

De acuerdo con una configuración digna de resalar, el objetivo 14 parte desde un soporte 22, que está aislado eléctricamente, por una parte, por medio de un aislante 24, con respecto a la placa de pestaña 12, que está constituida, por ejemplo, de aluminio. El soporte 22 y el objetivo 16 se extienden a distancia entre sí para la configuración de un espacio intermedio 26, con el fin de impulsarlo con un fluido de refrigeración. Además, el objetivo 14 presenta una pestaña 28 circundante en el lado del fondo, por medio de la cual el objetivo 14 está fijado entre el soporte 22 y una placa de fijación 30 que se extiende por encima del objetivo 14. La placa de fijación 30 propiamente dicha está cubierta por un aislante 32, por ejemplo de BN y está conectada con la placa de base 12 por medio de aislantes 34, 36.

El objetivo 14 o bien el soporte 22 está conectado por medio de bulones, tornillos o elementos equivalentes 38, 40 con una conexión eléctrica 42, especialmente en forma de un conductor anular, que conduce hacia la fuente de tensión.

Para que un punto del arco eléctrico 18, 20, que se configura cuando se aplica una tensión entre el ánodo y el cátodo, se mueva sobre la superficie 16 del objetivo para la erosión de material de éste a lo largo de una trayectoria predeterminada, debajo del objetivo 14 y fuera de la cámara de vacío está prevista una disposición magnética, pudiendo deducirse a partir de los ejemplos de realización de las figuras 1 a 4 aquéllos que son conocidos por el estado de la técnica.

Así, por ejemplo, en la figura 1 se representa una disposición magnética 42, que comprende dos bobinas anulares 44, 46 y que se extienden esencialmente paralelas en un plano, que se extiende paralelamente a la superficie 16 del objetivo 14. Las bobinas anulares 44, 46 están recibidas por una carcasa 48 que está constituida, por ejemplo, por plástico o aluminio. El soporte de fijación 48 y, por lo tanto, las bobinas anulares 44 están dispuestas de forma estacionaria. Además, las bobinas anulares 44, 46 -como también las bobinas mostradas de acuerdo con las enseñanzas de la invención- están dispuestas concéntricas entre sí y simétricas al eje longitudinal del objetivo 14. No obstante, a este respecto se remite a las disposiciones y alineaciones de las bobinas anulares conocidas.

En la figura 1, la bobina anular interior 44 está impulsada con corriente, de manera que los máximos de las componentes horizontales de las líneas de los campos magnéticos 50 adoptan una distancia D1. Si en la disposición que se deduce a partir de la figura 1, la bobina anular exterior 46 está impulsada con corriente, cuando la bobina anular interior está desconectada, entonces la distancia entre los máximos de las componentes horizontales de las líneas de los campos magnéticos 52 es D2. En la figura 3, las dos bobinas anulares 44, 46 están impulsadas con corriente, de manera que resulta un máximo de la componente horizontal de las líneas del campo magnético 54 en la distancia D3, pudiendo reconocerse D2 \geq D3 \geq D1.

De esta manera, una trayectoria del punto del arco eléctrico 18, 20, que está determinada a través del desarrollo horizontal de las líneas del campo magnético, puede erosionar como máximo la zona D2 - D1 con respecto a la anchura D del objetivo 14, con la consecuencia de que se configura un perfil de la erosión 56 de la figura 7 en el objetivo 14, y en concreto a través del control correspondiente de las bobinas 44, 46. La diferencia D2 - D1 es pequeña en comparación con la anchura D del objetivo 14. Los valores típicos se refieren a D2 - D1 \leq 0,5. La causa de la zona erosionada estrecha del objetivo es que las líneas del campo de la bobina anular interina 44 son desplazadas en la dirección de la bobina anular externa 46, puesto que el flujo magnético entre las bobinas 44 y 46 es grande. Esto tiene como consecuencia que la zona D1 es relativamente grande. En particular, se podría intentar reducir la distancia D1 a través de la generación de intensidades de campo mayores con la bobina anular interna 44. Sin embargo, las intensidades de campo grandes significan que debería incrementarse la extensión geométrica de la bobina anular, con lo que se incrementaría de nuevo D1.

Con otras palabras, en la disposición magnética estacionaria 42 según las figuras 1 a 3 se consigue una zona relativamente reducida de la erosión del objetivo, de manera que cuando los materiales del objetivo son caros, se ocasionan costes de producción altos para la configuración de las capas.

A partir de la figura 4 se puede deducir una forma de realización de una disposición magnética 58 con los cuerpos catódicos 10 que corresponden a las figuras 1 a 3, que presentan, además de dos bobinas anulares 44, 46, que se extienden coaxiales entre sí, un imán permanente 60, que está rodeado por la bobina anular interna 44 y que está dispuesto en el centro del objetivo 14, como se propone a través del documento DE 43 29 155 A1. En el ejemplo de realización se representan las líneas del campo magnético 60 cuando la bobina interna 44 está impulsada con corriente, las cuales se forman a través de la superposición del campo magnético de la bobina interna 44 y del campo magnético del imán permanente 60. Los máximos de las componentes horizontales de las líneas del campo magnético 62 se encuentran en la distancia D4. En efecto, se obtiene una mejora de la diferencia
D2 - D4 cuando la bobina interna 44 no está impulsada con corriente y cuando la bobina externa está activada, debiendo tolerarse, sin embargo, el inconveniente de que la intensidad del campo magnético del imán permanente 60 está presente, en principio, siempre y solamente se puede compensar con un gasto considerable a través de las bobinas 44, 46. De esta manera, la intensidad del campo magnético a ajustar es limitada. En la práctica se ha mostrado que a medida que progresa la erosión, no es posible ya un control del proceso a través de las bobinas 44, 46 en la extensión necesaria, para conseguir resultados reproducibles, con la consecuencia de que los objetivos deben substituirse, en efecto, de forma precoz. Un perfil de la erosión, que corresponde a la disposición de la figura 4, se designa en la figura 7 con el signo de referencia 64. Una comparación con el perfil de erosión 56 muestra una anchura mayor de la zanja de erosión.

De una manera alternativa, se podría asociar a un objetivo de forma exclusiva una disposición magnética que presenta un imán permanente. En este caso, sería necesario mover el imán permanente al menos en la dirección x y en la dirección y en un plano paralelo a la superficie del objetivo. Un movimiento adicional perpendicular a la superficie del objetivo 16, es decir, en la dirección z, conduce a una modificación de la intensidad del campo magnético propiamente dicha y especialmente de su desarrollo.

A partir de las figuras 5 y 6 se pueden deducir disposiciones magnéticas 66 de principio, que pertenecen a las enseñanzas de acuerdo con la invención.

La disposición magnética 66 comprende un soporte de fijación 68, que está constituido, por ejemplo, de plástico o de aluminio, que recibe una bobina anular interna 7 y una bobina anular externa 72 que se extiende concéntricamente a esta bobina anular interna. Las bobinas anulares 70, 72 siguen aproximadamente la geometría del objetivo 14 propiamente dicho y presentan en la vista en planta superior una forma de rectángulo con las esquinas redondeadas. También las bobinas anulares 70, 72 se extienden en un plano, que se extiende paralelamente a la superficie 16 del objetivo 14. Además, existe una simetría con respecto al eje longitudinal del objetivo 14.

A diferencia de las disposiciones conocidas, la bobina interna 70 está rodeada concéntricamente por una zapata polar 74 circundante de un material ferromagnético, como hierro o bien acero o una aleación como Permalloy, es decir, un material que presenta una permeabilidad magnética relativa alta \mur, especialmente con \mur \geq 104, de una manera preferida
\geq 106.

La bobina anular externa 72 está limitada en el lado interior igualmente por una zapata polar 76 de material correspondiente y que se extienden coaxialmente a la zapata polar 74. En las figuras 5 y 6 se representan, por otro lado, las líneas del campo magnético cuando solamente la bobina anular interna 70 está conectada o bien cuando solamente está conectada la bobina anular externa 72 (figura 6).

De acuerdo con la representación de la figura 5, se puede reconocer que la distancia entre los máximos de las componentes horizontales de las líneas de campo 78 generadas por la bobina anular interna 70 es D5, en cambio la distancia entre los máximos de las componentes horizontales de las líneas del campo magnético 80, cuando la bobina anular externa 72 está atravesada por la corriente y cuando la bobina anular interna 70 está desconectada presenta el valor D6. Como se puede reconocer, la diferencia D6 - D5 es considerablemente mayor que la diferencia D2 - D1 según el ejemplo de realización de las figuras 1 a 3 y también que la diferencia correspondiente según la figura 4. De esta manera se obtiene un perfil ampliado de la erosión 82 de acuerdo con la figura 7. Esto significa de nuevo que se consigue un aumento de la productividad de un dispositivo de evaporación del arco eléctrico con una disposición magnética 66 en comparación con lo conocido, con una impedancia que se puede elegir libremente al mismo tiempo, de una manera independiente del estado de la erosión.

Como explicación para la diferencia mayor, es decir, de la anchura de la zanja de erosión, se puede indicar lo siguiente. La zapata polar 74, que rodea periféricamente la bobina anular interna 70, de un material de permeabilidad magnética relativa alta, provoca que una gran parte de las líneas de campo magnético fluye a través de la zapata polar 74 cuando la bobina 70 está impulsada con corriente, puesto que su resistencia magnética es reducida. A parte de esto, las líneas de campo 78 fluyen en la zona central de la bobina anular 70 (a lo largo del eje medio del objetivo 14). A través del cortocircuito magnético de la zapata polar 74 se impide un desplazamiento de las líneas de campo en la dirección de la bobina anular externa 72, de manera que el máximo de la componente horizontal del campo 78 es desplazado hacia el centro del objetivo, es decir, que la distancia D5 es menor que la distancia de acuerdo con el ejemplo de realización de las figuras 1 a 4. Si se impulsa la bobina anular externa 72 con corriente, entonces se produce el efecto opuesto. El cortocircuito magnético de la zapata polar 76, que se extienden a lo largo del lado interior de la bobina anular externa y concéntricamente a ésta, provoca una modificación del flujo magnético, con la consecuencia de que las líneas del campo magnético 80 son desplazadas hacia fuera, de manera que se produce un incremento de la distancia de los máximos de la componente horizontal del campo. Esta distancia está designada con D6 en la figura 6. Como resultado se obtiene una diferencia mayor de D6 y D5, con la consecuencia de la mejora de la utilización del objetivo con una elevación simultánea de la dinámica. El desplazamiento de los máximos de la línea del campo magnético se consigue -como en el estado de la técnica- por medio de la variación correspondiente de las corrientes que impulsan las bobinas anulares 70, 72 o bien su desconexión y conexión adicional.

En la figura 6a se representa una disposición magnética que corresponde a las figuras 5 y 6, en la que tanto la bobina anular interna 70 como también la bobina anular externa 72 están impulsadas con corriente. La componente horizontal máxima del campo magnético generado de esta manera se desplaza en función de la impulsión con corriente de las bobinas 70, 72 hacia dentro o bien hacia fuera. En el ejemplo de realización, la componente máxima del campo magnético efectivo se representa con una distancia D7.

En la figura 8 se registra de una manera puramente de principio la componente horizontal de la intensidad del campo magnético H frente al objetivo 14 a partir de su punto medio, simétricamente al cual se extienden las bobinas anulares 70, 72 y las zapatas polares 74, 76. La intensidad del campo magnético, es decir, la componente horizontal de la bobina interior 70, es pequeña y cae rápidamente (línea continua), en cambio la intensidad del campo magnético -provocada a través de la bobina anular externa 72 - es amplia y se caracteriza porque cae lentamente. Condicionado por ello, se obtiene para el punto del arco eléctrico 18, 20, que se mueve sobre la superficie del objetivo 16, solamente una trayectoria estrecha, con la consecuencia de que se impide una ramificación del movimiento y, por lo tanto, se puede conseguir una reducción de las gotitas.

Muy en general, hay que indicar con respecto a la figura 8, que a partir de ésta se puede deducir, en principio, la modificación de la componente horizontal del campo magnético, como se realiza por el arco eléctrico sobre la superficie del objetivo. Debido al efecto de ionización más favorable del campo magnético (componente horizontal), el arco eléctrico se extiende de una manera preferida a lo largo de trayectorias en las que predominan campos más elevados. Si la componente horizontal de un campo magnético presenta el desarrollo de la curva 1 según la figura 8, es decir, una curva descendente rápida, entonces el arco eléctrico se mantiene o bien se mueve sobre todo en la zona de la anchura x1. En cambio, si la componente horizontal del campo magnético presenta un desarrollo 2 en la figura 8, entonces el arco eléctrico se mantiene en la zona x2, siendo x2 >> x1. En el caso del desarrollo del campo magnético de la curva 1 se localiza y se controla, por lo tanto, el arco eléctrico de una manera significativamente más fuerte.

De esta manera, se deduce claramente también que cuando la bobina anular interior y la bobina anular exterior 70, 72 están conectadas, las zapatas polares 74, 76 no tienen ya una importancia tan decisiva, sino que más bien éstas muestran el efecto de un incremento de la anchura de la erosión.

Ensayos comparativos entre disposiciones magnéticas según el estado de la técnica de acuerdo con las figuras 1 y 4 y de acuerdo con las enseñanzas según la invención han conducido a lo siguiente. En todos los ensayos, los objetivos 14 presentaban una anchura D de 140 mm. La longitud era 750 mm. La distancia entre la superficie del objetivo 16 y la superficie del soporte de fijación 48, 68 respectivo, que está identificada con H en la figura 1, era 25 mm. Las bobinas anulares internas 44, 70 y las bobinas anulares externas 46, 72 empleadas en cada caso presentaban, respectivamente, las mismas dimensiones, estando caracterizada la bobina anular interna 44, 70 por espiras de 3200 amperios con una anchura (paralelamente a la superficie del objetivo 16) de 22 mm y con una altura (perpendicularmente a la superficie del objetivo) de 55 mm. La bobina anular externa 46, 72 presentaba espiras de 2500 A con una anchura de 18 mm y una altura de 55 mm. En la disposición según las figuras 1 a 3, es decir, cuando solamente dos bobinas anulares que extienden concéntricamente entre sí, se ha ajustado la intensidad de campo magnético horizontal de 0 a 40 Gauss en el intervalo entre los máximos de las componentes horizontales. Resultaba para la distancia D1 un valor de 80 mm y pata la distancia D2 un valor de 115 mm, de manera que se obtuvo una diferencia de 35 mm. En la disposición magnética 58 con imanes permanentes 60 que se extienden en el punto medio del objetivo 14 o bien a lo largo de su eje medio, se obtuvo una intensidad del campo magnético horizontal de 20 a 50 Gauss entre los máximos de las componentes horizontales de las líneas del campo magnético, donde D4 era 55 mm y D2 era 120 mm, de manera que resultó una diferencia de 65 mm.

Los resultados reproducidos anteriormente se consiguieron, en principio, con intensidades de la corriente que fluyen a través de las bobinas típicamente de 8 A hasta 10 A con 250 a 350 espiras.

En la disposición magnética 66, que pertenece a las enseñanzas de acuerdo con la invención, se pudo variar la intensidad del campo magnético horizontal entre 0 y 80 Gauss, resultando entre los máximos los valores D5 = 30 mm y D6 = 120 mm, es decir, una diferencia de D6 - D5 de aproximadamente 90 mm.

Los ensayos han mostrado que en comparación con las disposiciones conocidas, también se pueden conseguir perfiles mejorados de la erosión cuando solamente ha sido asignada a la bobina anular interna 70 una zapata polar circundante concéntricamente de un material de permeabilidad magnética relativa grande.

A partir de las figuras 9 a 13 se pueden deducir representaciones de principio de disposiciones magnéticas, que pertenecen a las enseñanzas de acuerdo con la invención. Así, por ejemplo, la disposición magnética de las figuras 9 a 11 comprende una carcasa, que se puede designar como cuerpo de base 100, que está constituida por aluminio -dado el caso también por plástico-, y que está dispuesta paralelamente a la superficie 16 del objetivo 14. En el interior del cuerpo de base 100 está dispuesta la bobina anular interna 70, que está rodeada por la zapata polar 74 que la rodea de forma concéntrica. La bobina anular interna 70 rodea, en el ejemplo de realización, una sección 102 en forma de estrella del cuerpo de base 100, que se extiende a lo largo del eje medio del objetivo 14 y perpendicularmente a su eje transversal. La zapata polar interna 74 está delimitada de nuevo por una parte 104 del cuerpo de base 100, que rodea concéntricamente la bobina anular interna 70 y la zapata polar interna 74, a lo largo de la cual se extiende en el lado exterior la segunda zapata polar 74 que está asociada a la bobina anular externa 72. Por último, la bobina anular externa 72 está rodeada por la pared exterior 106 del cuerpo de base 100.

Hay que indicar que la nervadura 102 debería ser lo más estrecha posible -prácticamente pasando hacia cero- o, dado el caso, debería estar substituida por "aire" o por un material no magnético como el plástico, con el fin de reducir todavía más la distancia D5 representada en la figura 5.

A partir de las representaciones de las figuras 9, 10 y 11 se puede reconocer que las bobinas anulares 70, 72 y las zapatas polares 74, 76 asociadas a éstas se extienden concéntricamente entre sí y están alineadas sobre el eje longitudinal o bien sobre el eje transversal del objetivo 14.

El ejemplo de realización de las figuras 12 y 13 se diferencia del ejemplo de las figuras 9 a 11 porque solamente a la bobina interna 70 está asociada una zapata polar 74, en cambio la bobina anular externa 72 está delimitada en el lado interior y en el lado exterior por secciones del cuerpo de base 100, es decir, por la pared exterior 106 y por la pared intermedia 108, que corresponde al principio de acuerdo con la pared 104 según las figuras 9 a 11.

Las dimensiones típicas de las zapatas polares 74, 76 o bien de las bobinas anulares 70, 72 son las siguientes: la zapata polar interna 74 puede presentar una anchura de 5 a 10 mm con una altura que corresponde a la de la bobina anular interna 70, es decir, por ejemplo 60 mm. Con respecto a la zapata polar externa 76, es preferible una anchura de 3 a 8 mm, pudiendo ser la altura la misma que la de la bobina anular externa, es decir, por ejemplo 60 mm. Las bobinas 70, 72 propiamente dichas son impulsadas con intensidades de corriente con preferencia de 0 a 20 A.

Claims (11)

1. Dispositivo para la evaporación del arco eléctrico, que comprende un ánodo, un objetivo (14) que actúa como cátodo y que está conectado con éste, una fuente de tensión que está conectada en el ánodo y el cátodo para la generación de un arco eléctrico o bien de un punto del arco eléctrico (18, 20) sobre el objetivo o bien sobre su superficie libre (16) así como, presente debajo del objetivo, una disposición magnética (66), que comprende una bobina anular interior y una bobina anular exterior (70, 72) para la generación de un campo magnético que influye sobre el movimiento del arco eléctrico sobre la superficie del objetivo, caracterizado porque al menos a una de las bobinas anulares (70, 72) de la disposición magnética (66) está asociado un elemento (74, 76) de permeabilidad magnética relativa alta, es decir, \mur >> 1, que influye sobre el campo magnético de la bobina anular en la zona de la superficie (16) del objetivo, en el que cuando el elemento está asignado a la bobina anular interna (70), éste rodea periféricamente la bobina anular interna y cuando el elemento está asignado a la bobina anular externa (72), éste se extiende a lo largo de la superficie de la bobina anular más externa que está dirigida hacia la bobina anular interna.

2. Dispositivo de evaporación del arco eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento (74, 76) se extiende de forma circundante o esencialmente circundante concéntricamente a la bobina anular interna (70) o bien a la bobina anular externa (72).

3. Dispositivo de evaporación del arco eléctrico según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el elemento (74, 76) presenta una permeabilidad magnética relativa \mur con \mur \geq 104, especialmente con
\mur \geq 106.

4. Dispositivo de evaporación del arco eléctrico según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento (74, 76) está constituido por un material ferromagnético.

5. Dispositivo de evaporación del arco eléctrico según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento (74, 76) está constituido por hierro o bien acero o por una aleación de Permalloy.

6. Dispositivo de evaporación del arco eléctrico según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el arco eléctrico es móvil, en virtud del campo magnético generado por la disposición magnética (66), esencialmente a lo largo de bandas predeterminadas evitando las derivaciones principales y secundarias que se ramifican sobre la superficie del objetivo (16).

7. Dispositivo de evaporación del arco eléctrico según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos la bobina anular interior (70) está rodeada por el elemento de permeabilidad magnética relativa alta (\mur >> 1).

8. Dispositivo de evaporación del arco eléctrico según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a través de los elementos (74, 76) de permeabilidad magnética relativa alta, que están asociados a la bobina anular exterior y a la bobina anular interior (70, 72), respectivamente, se puede influir sobre los campos magnéticos generados por las bobinas anulares y que actúan en la zona de la superficie del objetivo (16) sobre el punto del arco eléctrico (18, 20), de tal forma que el campo magnético generado por la bobina anular interna se puede desplazar hacia el centro del objetivo y el campo magnético generado por la bobina anular externa se puede desplazar hacia el borde del objetivo.

9. Dispositivo de evaporación del arco eléctrico según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el eje longitudinal del objetivo (14) y los ejes longitudinales de la bobina anular (70, 72) se extienden en un plano común que se extiende perpendicularmente a la superficie del objetivo (16).

10. Dispositivo para la evaporación del arco eléctrico, que comprende un ánodo, un objetivo (14) que actúa como cátodo y que está conectado con éste, una fuente de tensión que está conectada en el ánodo y el cátodo para la generación de un arco eléctrico o bien de un punto del arco eléctrico (18, 20) sobre el objetivo o bien sobre su superficie libre (16) así como, presente debajo del objetivo, al menos una disposición magnética (66) que comprende bobinas anulares (70, 72) para la generación de un campo magnético que influye sobre un movimiento del arco eléctrico sobre la superficie del objetivo, caracterizado porque la al menos una bobina anular (70, 72) de la disposición magnética (66) está rodeada en la periferia por un elemento (74, 76) de permeabilidad magnética relativa alta, es decir, \mur >> 1, que influye en la zona de la superficie (16) del objetivo sobre el campo magnético de la bobina anular, y porque la disposición magnética se puede desplazar al menos en una dirección x y/o dirección y, que se extiende paralelamente a la superficie del objetivo.

11. Dispositivo de evaporación del arco eléctrico según la reivindicación 10, caracterizado porque la disposición magnética (66) se puede desplazar perpendicularmente a la superficie del objetivo (16) en dirección z.