PL179312B1 - Jednostka golaca, sposób nakladania twardej powloki na ostrze i ostrze PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Jednostka golaca zawierajaca uksztalto- wanie podtrzymujace, posiadajace oddalone od siebie powierzchnie kontaktujace sie ze skóra, i uksztaltowanie ostrza golarki przymocowane do uksztaltowania podtrzymujacego, a uksztaltowa- nie ostrza golarki zawiera czesc korpusowa z kra- wedzia klinowa, znamienna tym, ze na klinowej zaostrzonej krawedzi (18, 22) ma warstwe (60) diamentu amorficznego, przy czym krawedz pokryta diamentem amorficznym jest usytuo- wana pomiedzy powierzchniami (14, 26), kon- taktujacymi sie ze skóra. FIG. I PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest jednostka goląca, sposób nakładania twardej powłoki i ostrze, zwłaszcza o bardzo cienkich krawędziach tnących.

Ostrze golarki jest typowo wykonane z odpowiedniego materiału podłożowego, takiego jak metal albo materiał ceramiczny, a krawędź jest wykonana w kształcie klinowym z ostateczną krawędzią albo zakończeniem o promieniu mniejszym niż 1000 angstremów, przy czym powierzchnie klinowe posiadają kąt zawarty mniejszy niż 30°. Kiedy golenie jest trudne i ma miejsce częste uszkadzanie krawędzi ostrza oraz w celu wzmocnienia zdolności do golenia, proponowano, w celu ułatwienia golenia i/lub zwiększenia twardości i/lub odporności na korozję krawędzi golącej, wykorzystanie jednej albo większej ilości warstw dodatkowego materiału pokrywającego.

Znane sąmateriały pokrywające, takie jak materiały polimerów i metale, a także inne materiały, obejmujące węgiel podobny do diamentu (DLC). Każda taka warstwa albo warstwy dodatkowego materiału muszą posiadać zgodność przylegania tak, aby każda warstwa pewnie przylegała do podłoża przez czas użytkowania ostrza golarki, a korzystnie dostarczała takie cechy jak ulepszona zdolność do golenia, ulepszona twardość i/lub odporność na korozję, jednocześnie nie wpływając niekorzystnie na geometrię i skuteczność tnącą krawędzi golącej.

Z opisu patentowego USA nr 5,032,243, znane sąmateriały podłożowe ostrza zaostrzone poprzez bombardowanie jonowe ze źródeł jonów, które mająosie wiązek skierowane na krawędzie ostrzy golarki.

Z opisów patentowych USA nr 5,232,568 i USA nr 5,295,305, znane sąostrza, które posiadają warstwę pośrednią umieszczoną pomiędzy podłożem i powłoką podobną do diamentu, przy czym warstwa pośrednia jest umieszczona na podłożu, a następnie powłoka podobna do diamentu jest umieszczona na warstwie pośredniej.

Z polskiego opisu patentowego nr 170 959 znane jest rozwiązanie, w którym w celu wytwarzania ostrza maszynki do golenia kształtuje się ostrą krawędź w kształcie klina z wierzchołkiem o kącie rozwarcia poniżej 30° i promieniu poniżej 1200 angstremów, nakłada się na tę ostrą krawędź pośrednią warstwę materiału, na którą nakłada się warstwę diamentu lub węgla diamentopodobnego. Jako warstwę pośrednią stosuje się molibden. Wierzchołek ostrza utworzony przez warstwę diamentu lub węgla diamentopodobnego ma promień poniżej około 500 angstremów.

Celem wynalazku jest opracowanie jednostki golącej, sposobu nakłada twardej powłoki na ostrze i ostrze o ulepszonych właściwościach mechanicznych, w którym w celu wykonania zaostrzonego podłoża, wykorzystuje się gładzenie mechaniczne (zamiast tworzenia wiązki jonowej), a następnie bezpośrednio umieszcza się powłokę z diamentu amorficznego na podłożu (bez pośredniego etapu umieszczania warstwy pośredniej). W tym rozwiązaniu stosowane jest cienkie podłoże ostrza, wytworzonego poprzez gładzenie mechaniczne, i nadawanie podłożu sztywności i twardości poprzez umieszczenie powłoki z diamentu amorficznego bezpośrednio na podłożu.

Jednostka goląca zawierająca ukształtowanie podtrzymujące, posiadające oddalone od siebie powierzchnie kontaktujące się ze skórą, i ukształtowanie ostrza golarki przymocowane do ukształtowania podtrzymującego, a ukształtowanie ostrza golarki zawiera część korpusową

179 312 z krawędzią klinową według wynalazku, charakteryzuje się tym, że na klinowej zaostrzonej krawędzi ma warstwę diamentu amorficznego, przy czym krawędź pokryta diamentem amorficznym jest usytuowana pomiędzy powierzchniami kontaktującymi się ze skórą.

Korzystnie, ukształtowanie ostrza golarki zawiera dwie części korpusowe posiadające klinowe zaostrzone krawędzie i w której klinowe zaostrzone krawędzie są umieszczone równolegle do siebie, pomiędzy powierzchniami kontaktującymi się ze skórą.

Korzystnie, każda warstwa diamentu amorficznego posiada więcej niż 40% wiązań węglowych sp3, grubość około dwóch tysięcy angstremów, oraz zawiera przylegającą powłokę polimerową.

Sposób nakładania twardej powłoki węglowej na ostrze posiadające krawędź tnącąograniczonąpierwszą nachyloną powierzchnią! drugą nachyloną powierzchnią boczną, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że przykłada się wyładowaniałuku do odparowującej powierzchni węglowej katody i wytwarza się strumień plazmy odparowanego węgla, orientuje się ostrze, które ma być powleczone, wewnątrz strumienia plazmy i osadza się odparowany węgiel na krawędzi tnącej ostrza, oraz ustawia się ostrze względem strumienia plazmy i osadza się odparowany węgiel na pierwszej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza i na drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza, przy czym osadza się odparowany węgiel na pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej w przybliżeniu w równym tempie osadzania.

Korzystnie, ostrze utrzymuje się wewnątrz stosu zawierającego wiele złożonych ostrzy i orientuje się oraz eksponuje się jednocześnie wiele złożonych ostrzy.

Korzystnie, każde z wielu ostrzy znajdujących się w stosie posiada wierzchołek w miejscu połączenia pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza, a ostrza składa się wierzchołkami opisującymi płaszczyznę i stosuje się strumień plazmy jako strumień kierunkowy, rozszczepiany na zestaw z grubsza równoległych linii oraz orientuje się ostrza i umieszcza się je tak, że kąt tworzony przez linię normalną do opisanej przez wierzchołki ostrzy płaszczyzny i jedną z zestawu z grubsza równoległych linii mieści się w zakresie 20° do 90° i wystawia się jedną z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza na strumień plazmy pod tym kątem.

Korzystnie, podczas ekspozycji wystawia się każdą z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza na strumień plazmy pod kątem.

Korzystnie, podczas wystawiania każdej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza przemieszcza się stos ostrzy i strumienia plazmy względem siebie nawzajem i kolejno wystawia się każdą z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej na strumień plazmy oraz narastającą warstwę osadzaną formuje się podczas kolejnego wystawiania, na każdej z powierzchni bocznych.

Korzystnie, stosuje się narastająco osadzaną warstwę mieszczącą się w zakresie 3 A do 500 A, a przemieszczanie powtarza się do czasu, aż przynajmniej dwie narastająco osadzane warstwy są osadzone na każdej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza.

Korzystnie, podczas wystawiania każdej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnących ostrza wykorzystuje się drugie środki wytwarzające plazmę i wytwarza się drugi strumień plazmy odparowanego węgla w połączeniu ze źródłem łuku katodowego z filtracją, przy czym jednocześnie wystawia się każdą z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej na strumień plazmy pod kątem i warstwę osadzaną wytwarza się jednocześnie na każdej z powierzchni.

Korzystnie, podaje się na ostrze pierwsze napięcie wstępne, a następnie drugie napięcie wstępne, przy czym jednocześnie na ostrzu osadza się odparowany węgiel.

Korzystnie, stosuje się pierwsze napięcie wstępne w zakresie 200 do 2000 woltów i drugie napięcie wstępne w zakresie 10 do 200 woltów.

Korzystnie, pierwsze napięcie wstępne podaje się przez okres do dwóch minut.

179 312

Korzystnie, ostrze utrzymuje się wewnątrz uchwytu zawierającego wiele ostrzy, a orientuje się ostrza i eksponuje się ostrza, kiedy ostrze znajduje się w uchwycie.

Korzystnie, stosuje się każde z wielu ostrzy wewnątrz uchwytu posiadające wierzchołek w miejscu połączenia pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza i zawierające pierwszy kąt utworzony przez wierzchołek oraz pierwszą i drugą nachyloną powierzchnię boczną i stosuje się strumień plazmy będący strumieniem kierunkowym, rozszczepianym na zestaw z grubsza równoległych linii, przy czym podczas orientowania ostrza, umieszcza się ostrze tak, że drugi kąt, tworzony przez linię przecinającą na pół pierwszy kąt i jedną z zestawu z grubsza równoległych linii mieści się w zakresie 20° do 90°, i wystawia się w ten sposób jedną z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza na strumień plazmy pod kątem.

Korzystnie, podczas ekspozycji wystawia się każdą z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza na strumień plazmy pod kątem.

Korzystnie, podczas wystawiania każdej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza przemieszcza się zestaw ostrzy i strumienia plazmy względem siebie nawzajem, w ten sposób kolejno wystawiając każdą z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej na strumień plazmy i narastającą warstwę osadzaną formuje się, podczas kolejnego wystawiania, na każdej z powierzchni bocznej.

Korzystnie, stosuje się narastająco osadzaną warstwę zawartą w zakresie 3 A do 500 A, a przemieszczanie powtarza się do czasu, aż przynajmniej dwie narastająco osadzane warstwy osadza się na każdej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza.

Korzystnie, podczas wystawiania każdej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza, wykorzystuje się drugie środki wytwarzające plazmę do wytwarzania drugiego strumienia plazmy odparowanego węgla w połączeniu ze źródłem luku katodowego z filtracją, i jednocześnie wystawia się każdą z pierwszej i drugiej powierzchni nachylonych na strumień plazmy pod kątem tak, że warstwę osadzaną wytwarza się jednocześnie na każdej z powierzchni.

Korzystnie, podaje się na ostrze pierwsze napięcie wstępne, a następnie drugie napięcie wstępne, przy czym jednocześnie na ostrzu osadza się odparowany węgiel.

Korzystnie, stosuje się pierwsze napięcie wstępne zawarte w zakresie 200 do 2000 woltów, i drugie napięcie wstępne zawarte w zakresie 10 do 200 woltów.

Korzystnie, pierwsze napięcie wstępne podaje się przez okres do dwóch minut.

Według wynalazku, ostrze posiadające krawędź tnącąograniczonąpierwsząnachylonąpowierzchnią boczną i drugą nachyloną powierzchnią boczną, przy czym krawędź tnącą posiada w miejscu połączenia pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej wierzchołek i zawiera kąt tworzony przez wierzchołek orazpierwsząi drugąnachylonąpowierzchnię boczną, charakteryzuje się tym, że krawędź tnącą zawiera twardą warstwę węglową, osadzoną na pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej i pokrywającą część wierzchołkową, przy czym twarda węglowa warstwa posiada pierwszą grubość mierzoną normalnie do jednej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej oraz drugą grubość mierzoną wzdłuż linii, która dzieli na pół kąt, a stosunek drugiej grubości do pierwszej grubości wynosi przynajmniej 2 do 1, zaś twarda węglowa warstwa posiada twardość przynajmniej 40 gigapaskali.

Według tego wynalazku, krawędzie tnące ostrzy golarek posiadają ulepszone właściwości mechaniczne dzięki nałożeniu na zaostrzoną krawędź podłoża powłoki z diamentu amorficznego. Materiały takie mogą być scharakteryzowane jako posiadające przynajmniej 40% wiązań węglowych sp3, twardość przynajmniej 45 gigapaskali i moduł przynajmniej 400 gigapaskali. Dodatkowo, materiały takie nie są korodowane przez gorące roztwory wodne i składniki powszechnie używane przy goleniu. Materiały posiadające te charakterystyki sąokreślane jako diament amorficzny. W odróżnieniu od materiału diamentu amorficznego według tego wynalazku, tradycyjne powłoki podobne do diamenu (DLC), wytwarzane za pomocą takich tradycyjnych

179 312 metod jak rozpylanie, nie wykazują tak wysokiej twardości. W odróżnieniu od diamentu amorficznego powłoki typu DLC typowo posiadają twardość nie przekraczającą 30 gigapaskali.

Ekstremalna twardość i sztywność nałożonej powłoki z diamentu amorficznego może zapewnić wytrzymałość bardzo cienkiej krawędzi ostrza golarki. Bardzo cienka krawędź ostrza może zapewnić zwiększony komfort golenia, ale jest praktyczna tylko, jeśli krawędź jest wystarczająco wytrzymała, aby wytrzymać golenie. Cienka krawędź, wzmocniona przez powłokę o grubości 400 do 2000 angstremów diamentu amorficznego, zawiera wykończoną krawędź, która jest znacznie cieńsza niż krawędzie znanych ostrzy, co jest połączone z odpowiednią wytrzymałością aby wytrzymała golenie. Jest to osiągnięte dzięki niezwykłej wytrzymałości powłoki z diamentu amorficznego.

Dzięki cienkiej krawędzi jest osiągane duże wydłużenie, czego uzyskanie umożliwia szczególny proces osadzania za pomocą hiku katodowego, wykorzystywanego w tym wynalazku do wytwarzania powłok z diamentu amorficznego. “Wydłużenie” jest rozumiane jako stosunek pierwszej odległości od zakończenia powłoki do zakończenia podłoża, do drugiej odległości od powierzchni powłoki do zakończenia podłoża.

Wydłużenie stanowi użyteczną miarę wpływu powłoki na geometrię znajdującego się pod nią ostrza podłoża - im większe albo wyższe jest wydłużenie powłoki, tym lepiej jest pokryte ostrze w porównaniu z ostrzem pokrytym przy niższym wydłużeniu. Dalszą konsekwencją bardzo dużej wytrzymałości powłok z diamentu amorficznego jest to, że nałożenie takiej powłoki na ostrze golarki o normalnym przekroju zapewnia dłuższy okres użytkowania.

Jednostka goląca może być typu jednorazowej wkładki, przystosowanej do przyłączenia i odłączenia od rączki golarki, albo może być integralna z rączką tak, że kompletna golarka jest wyrzucona, kiedy ostrze albo ostrza się stępią. Powierzchnie przednia i tylna kontaktujące się ze skórąwspółpracujązkrawędzią(albo krawędziami) ostrza, w celu określenia geometrii golenia.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok perspektywiczny jednostki golącej według wynalazku, fig. 2 - widok perspektywiczny innej jednostki golącej według wynalazku, fig. 3 - schematyczny widok, przedstawiający jeden przykład geometrii krawędzi ostrza golarki według wynalazku, fig. 4 - schematyczny widok przyrządu do wykorzystania zgodnie z wynalazkiem.

Figury 1A-6A przedstawiają opisane dalej rozwiązanie opatentowane w USA pod numerem 5 480 527.

Jednostka goląca 10 zawiera ukształtowanie do przyłączania do rączki golarki i element platformowy 12, uformowany z polistyrenu wysokoudarowego, który zawiera ukształtowanie tworzące, rozciągającą się poprzecznie przednią powierzchnię 14 kontaktującą się ze skórą. Na elemencie platformowym 12 jest zamontowane ostrze prowadzące 16, posiadające zaostrzoną krawędź 18, i następne ostrze ciągnięte 20, posiadające zaostrzona krawędź 22. Element nasadkowy 24, wykonany z uformowanego polistyrenu wysokoudarowego, posiada ukształtowanie tworzące powierzchnię 26 kontaktującą się ze skórą która znajduje się za krawędzią ostrza 22, a do elementu nasadkowego 24 jest przymocowany kompozyt 28 pomagający w goleniu.

Jednostka goląca 20, przedstawiona na fig. 2 zawiera uformowany korpus 32 z częścią przednią 34 i częścią tylną 36. Wewnątrz korpusu 32 jest sprężyście przymocowany element zabezpieczający 38, ostrze prowadzące 40 i ostrze ciągnięte 42. Każde z ostrzy prowadzące 40 i ciągnięte 42 zawiera element ostrzowy 44, który posiada zaostrzoną krawędź 46. Kompozyt 48 pomagający w goleniu jest ciernie umocowany w zagłębieniu w części tylnej 36.

Schematyczny widok obszaru krawędziowego ostrzy 16, 20, 40 i 42 jest przedstawiony na fig. 3, dzięki której może być lepiej zrozumiane pojęcie wydłużenia. Ostrze 16, 20, 40 i 42 zawiera część korpusową 50 ze stali nierdzewnej z klinową zaostrzoną krawędzią wykonaną podczas ciągu operacji gładzenia, które wytwarzają część wierzchołkową 52, która posiada promień wynoszący przeważnie mniej niż 500 angstremów, z powierzchniami bocznymi 54 i 56, które odchylają się pod katem wynoszącym około 13°. Na części wierzchołkowej 52 i powierzchniach bocznych 54, 56 jest umieszczona warstwa 60 diamentu amorficznego, która posiada grubość około 2000 angstremów, przy wydłużeniu (wydłużenie to stosunek odcinka

179 312 a - odległość od wierzchołka 70, powłoki 60 diamentu amorficznego do części wierzchołkowej 52 stali nierdzewnej do grubości b warstwy 60 diamentu amorficznego) wynoszącym około 3:1.

Na warstwie 60 diamentu amorficznego jest osadzona przylegająca warstwa 72 telomeru, która posiada grubość takąjak podczas osadzania, ale jest ona zmniejszana podczas pierwszego golenia do warstwy jednocząsteczkowej.

Przyrząd do wytwarzania ostrzy tego typu, pokazanych na fig. 3, jest przedstawiony na fig.

4. Przyrząd ten zawiera układ osadzania za pomocą łuku katodowego z filtracją, który posiada komorę 80 ze stali nierdzewnej, która jest połączona z system pompowania próżniowego (nie pokazanym) przez zawór 82. W komorze 80 jest zamontowana, elektrycznie izolowana, chłodzona wodą platforma podłożowa 84, na której jest umieszczony obrotowy uchwyt 86, utrzymujący stos 88 ostrzy 16, 20, 40, 42 golarek.

Zaostrzone krawędzie 18, 22 i element ostrzony 44 są ustawione w linii, prostopadle do płaszczyzny rozciągania i są zwrócone od uchwytu 86 do dołu. Silnik 90, umocowany na zewnątrz komory 80, zapewnia 180° obrót stosu 88 o określone wcześniej odcinki, w celu naprzemiennego wystawiania każdej krawędzi 18, 22, ostrza 16, 20 i elementu ostrzowego 44 na wiązkę jonów węglowych z pojedynczego źródła łuku katodowego 92, zapewniając jednolite osadzenie na obu skosach ostrza 16, 20, 40, 42.

W komorze 80 sąumieszczone także dwa filtrowane źródła łuku katodowego 92,94, przy czym każde z nich składa się z tarczy grafitowej 96 (katoda o czystości 99,99%), mechanizmu zapalającego 98 łuk i filtru 100. Filtr 100 służy do kierowania strumienia jonów węglowych (plazma łukowa) z tarczy grafitowej 96 do stosu 88 ostrzy, dzięki wykorzystaniu solenoidalnych pól magnetycznych, wytwarzanych przez uzwojenie elektryczne 102 wzdłuż długości filtru 100, i elektromagnes 104, umieszczony pod filtrem 100. Przewody 106, 108 i 110 wody chłodzącej są połączone, odpowiednio, z filtrem 100 tarczą grafitową 96 i uchwytem 86 ostrzy.

Filtr 100 jest tak skierowany, aby pomiędzy płaszczyzną 112, tworzoną przez wierzchołki ostrzy, i osią centralną 114 wyjścia kanału 116, został utworzony kąt o wielkości 40 stopni. Kąt ten został wybrany aby zapewnić, że gęsta powłoka jest całkowicie osadzona. Tarcza grafitowa 96 ma w przybliżeniu 30 centymetrów długości, 2,5 centymetra szerokości i jest elektrycznie odizolowana od komory 80, podczas kiedy filtr 100 jest uziemiony. Tarcza grafitowa 96 jest połączona ze źródłem prądu stałego 118 przez przełącznik 120. Stos jest połączony przewodami 88 przez przełącznik 122 ze źródłem prądu stałego 124, albo przez przełącznik 126 ze źródłem prądu przemiennego 128.

Obrotowy uchwyt 86 podtrzymuje stos 88 z krawędziami oddalonymi 15 centymetrów od wylotu przewodu filtrującego. Stos 88 jest obracany pomiędzy położeniem, w którym jeden skos jest zwrócony w kierunku filtrowanego źródła łuku katodowego 92, i podobnym położeniem, w którym przeciwległy skos jest zwrócony w kierunku filtrowanego źródła łuku katodowego 92. Ten obrót o 180° jest wykonywany raz na 10 sekund, zapewniając, że skosy sąrówno pokrywane.

W jednym przykładzie konkretnego ciągu procesowego, stos 88 (o długości 2,5 cm) jest przymocowany do obrotowego uchwytu 86, woda chłodząca uchwyt 86 jest puszczana, a komora 80 jest opróżniana. Ciśnienie w komorze 80 jest ustawiane na 50 militorów za pomocą płynnego argonu. Przełącznik 122 jest zamykany, aby dostarczyć do stosu 88 ostrzy -400 woltów prądu stałego, inicjując przepływ plazmy, w której ostrza są czyszczone przez dziesięć minut. Po etapie czyszczenia, (I) ciśnienie w komorze 80 jest ustawiane na 0,1 militora argonu, (II) uzwojenie elektryczne 102 źródła 92 są zasilane energią, (III) przełącznik 120 tarczy grafitowej 96 jest zamykany, (IV) źródła prądu stałego 124 ostrzy jest regulowane do -1000 woltów prądu stałego, oraz (V) łuk jest zapalany/inicjowany na tarczy grafitowej 96, za pomocą mechanizmu zapalającego 98. Prąd łukujest ustawiany na 100 A. Intensywna plazma jonów węglowych jest emitowana ze źródła 92 i osadzana na ostrzach stosu 88, które co 10 sekund obracają się o 180°.

Po tym jak łuk działał przez 2 minuty, źródło prądu stałego 124 jest ustawiane na -50 woltów i osadzanie jest kontynuowane przez całkowity czas 16 minut. Wynikowa powłoka ostrza z diamentu amorficznego ma w przybliżeniu 1000 angstremów grubości każdego skosu. Promień

179 312 wierzchołka ostrza wynosi w przybliżeniu 350 angstremów, a wydłużenie wynosi w przybliżeniu 2,5:1.

W innym przykładzie ciągu procesowego, dwa źródła łuku katodowego działają jednocześnie, przy czym drugie źródło 94 jest umieszczone naprzeciwko pierwszego źródła 92 tak, że obie powierzchnie boczne 54, 56 ostrza są pokrywane jednocześnie, przy w przybliżeniu tym samym kącie padania. W tym przypadku stos 88 ostrzy nie jest obracany, ale jest przesuwany przez rejon, w którym przecinają się strumienie plazmy emitowane z obu źródeł 92, 94. Wszystkie pozostałe operacje sposobu są identyczne z opisanymi powyżej.

Powłoka 72, wykonana z telomeru policzterofluoroetylenu (PTFE), jest następnie nakładana na pokryte diamentem amorficznym krawędzie ostrzy. Proces obejmuje podgrzewanie ostrzy w neutralnym otoczeniu argonu i dostarczanie na krawędziach tnących ostrzy przylegającej i zmniejszającej tarcie powłoki polimerowej, wykonanej ze stałego PTEE. Powłoki 72 i 60 pewnie przylegały do części korpusowej 50 ostrza, zapewniając siłę tnącą filcu z mokrej wełny (najsłabsze z pierwszych pięciu nacięć filcu z mokrej wełny (L5) wynosi około 0,45 kilograma) i wytrzymują powtarzalne stosowanie sił tnących mokrego filcu, co oznacza, że na powłokę 60 z diamentu amorficznego nie ma wpływu wystawienie na ciężkie warunki testu cięcia filcu i pozostaje ona pewnie przylegająca do części korpusowej 50 ostrza, nawet po zanurzeniu na szesnaście godzin w wodzie destylowanej o temperaturze 80°C.

Warunki sposobu obejmująwieloetapowe nadawanie podłożu napięcia wstępnego, równe, średnie osadzanie po obu stronach ostrza, dbałość o kąt ekspozycji.

Początkowe, wysokie napięcie, w zakresie 200-2000 woltów, jest podawane do podłoża podczas osadzania przez okres do dwóch minut, w celu osiągnięcia właściwego przylegania. Następnie jest przykładane niższe napięcie drugiego etapu, z zakresu 10-200 woltów, w celu optymalizacji ukształtowania twardej warstwy 60 z diamentu amorficznego i utworzenia pożądanej struktury krystalicznej. Chociaż według tego wynalazku są pożądane przynajmniej dwa poprzednie etapy, może także być pożądane wykonanie jeszcze jednego etapu, w którym następuje dalsza redukcja napięcia, na przykład poprzez dodanie pośredniego etapu napięcia 500 woltów.

Osadzany diament amorficzny jest kładziony w równym, średnim tempie (albo jednocześnie) po obu stronach ostrza. Poprzez ustawienie przynajmniej podwójnych źródeł 92, 94 dla jednoczesnego osadzania i/lub cykliczne zmiany kąta ekspozycji zestawu ostrzy względem źródła 92,94, warstwa pokrywająca jest nakładana równo, albo z równym, średnim tempem osadzania, po obu stronach. W świetle faktu, że każde z ostrzy posiada krawędź tnącą ograniczoną pierwszą nachylonąpowierzchniąi drugąnachylonąpowierzchnią, dochodzących do wierzchołka w miejscu połączenia nachylonych powierzchni, i że zestaw ostrzy może być umieszczony jako stos ostrzy, posiadających płaską powierzchnię tworzoną przez wierzchołek, albo może być rozmieszczony na karuzeli, albo w inny sposób, koncepcja układania warstw obejmuje także wykorzystanie przynajmniej dwóch źródeł 92, 94 tak, aby tempo osadzania było chwilowo równe po stronach krawędzi tnącej, albo wykorzystanie ruchu zestawu ostrzy (stosu 88 albo karuzeli) względem pojedynczego źródła (cykliczne zmienianie ekspozycji ostrzy względem źródła 92, jak poprzez szybki ruch stosu 88, obrót karuzeli, albo inne sekwencyjne przedstawienie) w celu ułożenia powłoki po obu stronach każdej krawędzi tnącej przy w przybliżeniu równym tempie.

To znaczy, w celu nałożenia powłoki o grubości 1000 angstremów, korzystny sposób według wynalazku nie polega na układaniu całych 1000 angstremów po pierwszej stronie, a następnie układaniu całych 1000 angstremów po drugiej stronie stosu ostrzy - zamiast tego, będzie to albo jednoczesne osadzanie po obu stronach albo cykliczne przemienne nakładanie w zakresie 3 do 500 angstremów po pierwszej stronie, a następnie 3 do 500 angstremów po drugiej stronie, do czasu, aż po obu stronach krawędzi tnącej każdego ostrza jest osiągnięte 1000 angstremów albo inna pożądana grubość.

Warunki niskiego ciśnienia (wysokiej próżni) wytwarzają wysoce kierowalny strumień plazmy zjonizowanego węgla. Ostrza są eksponowane pod kątem mierzonym od linii normalnej do płaszczyzny 112 tworzonej przez wierzchołki ułożonych w stos 86 ostrzy (albo mierzonym od linii dzielącej na pół kąt określany przez wierzchołek i pierwszą i drugą powierzchnię nachylone krawędzi tnącej ostrza nie ułożonego w stos 88), który jest większy niż 20° ale mniejszy niż 90°. Kąt ekspozycji ma kierować strumień plazmy bardziej kierunkowo na jedną albo inne strony krawędzi tnących ostrzy.

Jak powszechnie wiadomo, proces osadzania według tego wynalazku może być sterowany z albo bez gazu procesowego, takiego jak argon. Czyszczenie komory 80 może być dokonane poprzez wyładowanie prądu przemiennego albo stałego, a nadanie napięcia wstępnego podłożu może być dokonane za pomocą źródeł prądu stałego albo przemiennego (takie nadanie napięcia wstępnego może być wykorzystane do kształtowania wierzchołka ostrza).

Powinno być teraz jasne, że wynalazek ten pozwala na wzmocnienie cienkiego ostrza, jednocześnie utrzymując ostrość (to znaczy nadaje cienkiemu ostrzu sztywność bez niszczenia ostrości wierzchołka). Podczas, gdy tradycyjne ostrze golarki może być powleczone warstwą o grubości od około 100 do 350 angstremów, sposób według niniejszego wynalazku umożliwia osadzanie warstwy 60 z diamentu amorficznego o grubości aż do 3000 angstremów (mierzonej na powierzchni ostrza znajdującej się w oddaleniu od wierzchołka) i aż do 5000 angstremów, mierzonych na wierzchołku. Jak wspomniano poprzednio, wszystko to jest osiągnięte przy jednoczesnym utrzymywaniu wysokiego wydłużenia.

Ostrza pokryte za pomocą tego sposobu, są cieńsze niż zwykłe ostrze i są od niego ostrzejsze, a wydłużeniu 2:1 i wyższe są dopuszczalne dzięki sposobowi według wynalazku, połączone z niezwykłą wytrzymałością twardej warstwy węglowej z diamentu amorficznego.

Poniżej jest opisana konstrukcja i działanie korzystnego filtrowanego łuku katodowego znanego z opisu patentowego US 5 480 527.

Podczas, mniej więcej, ostatniej dekady, odparowanie w łuku próżniowym weszło do powszechnego użytku przy osadzaniu powłok metalowych, stopowych i mieszanek metali na podłożu, które ma być powleczone. Wyładowania łuku próżniowego były także wykorzystywane jako źródła jonów do takich zastosowań jak implantacja jonowa, akceleratory wiązek i napęd rakietowy.

Proces odparowywania w łuku próżniowym dla powlekania albo implantacj i podłoża obej muje tarczę katodową, wykonaną z materiału, który ma być osadzany oraz podłoże, które ma być powleczone. Tarcza jest odparowana dzięki wysokoprądowemu, niskonapięciowemu wyładowaniu łuku plazmowego w komorze próżniowej, która została opróżniona do ciśnienia typowo niższego niż 0,001 milibara. Podłoża, które mają być powlekane albo implantowane, są zwykle umieszczane w komorze próżniowej zwrócone w kierunku odparowywanej powierzchni tarczy, typowo w odległości 10-100 cm. Typowy prąd mieści się w zakresie pomiędzy 25 i 1000 amperów, przy napięciu pomiędzy 15 i 50 woltów.

Wyładowanie łuku plazmowego prowadzi prąd elektryczny pomiędzy katodą i anodą przez plazmę wytworzoną przez odparowywanie i jonizację materiału tarczy za pomocą łuku. Katodą (elektrodą ujemną) jest elektrycznie izolowane ukształtowanie źródłowe, które jest przynajmniej częściowo zużywane podczas procesu. Zużywana część katody jest nazywana “tarczą” i jest zwykle wykonana jako element wymienny, zaciśnięty w chłodzonym, niezużywanym elemencie, nazywanym korpusem katody. Anodą (elektrodą dodatnią) może być elektrycznie izolowane ukształtowanie wewnątrz komory próżniowej albo może być nią sama komora próżniowa, przy czym nie jest ona zużywana podczas procesu.

Łuk jest inicjowany na odparowywanej powierzchni tarczy katodowej, najczęściej za pomocą zetknięcia mechanicznego, iskry wysokiego napięcia albo napromieniania laserowego. Wynikowe wyładowanie łuku plazmowego jest zlokalizowane w jednej albo większej ilości ruchomych punktów łukowych na powierzchni tarczy katodowej, ale jest rozprowadzone na dużym obszarze anody. Bardzo wysoką gęstość prądu w punkcie łukowym na katodzie, szacowana na 10⁶-10⁸ amperów/cm², powoduje lakolne podgrzewanie, odparowywanie i jonizację materiału źródła katodowego.

Każdy punkt łukowy emituje strumień plazmy w kierunku w przybliżeniu prostopadłym do powierzchni tarczy katodowej, tworząc smugę świetlną, rozciągającą się w rejonie pomiędzy katodą i anodą. Podłoże, które ma być powleczone albo implantowane, znajduje się pomiędzy

179 312 albo w sąsiedztwie katody i anody. Para materiału katody typowo jest dalej przyspieszana w kierunku powierzchni podłoża za pomocą przyłożonego napięcia i kondensuje się albo osadza na powierzchni podłoża. Podczas procesu odparowywania do komory próżniowej mogą być wprowadzane gazy reakcyjne, czego wynikiem jest tworzenie się mieszanin materiałów, wliczając materiał tarczy, gaz reakcyjny i/lub materiał podłoża.

Poniżej około 70-100 amperów prądu łuku, w zależności od materiału tarczy, na powierzchni materiału źródła katodowego istnieje tylko jeden punkt łukowy. Przy wyższych wartościach prądu łuku na powierzchni tarczy może istnieć jednocześnie wiele punktów łukowych, przy czym każdy przejmuje równą część całkowitego prądu łuku. Punkt łukowy, przy braku przyłożonych pól magnetycznych, dąży do przemieszczania się w sposób losowy dookoła powierzchni tarczy, pozostawiając na powierzchni tarczy szlak mikroskopijnych, podobnych do kraterów elementów.

Zewnętrznie przyłożone pole magnetyczne wywiera na strumień łuku siłę w kierunku prostopadłym zarówno do linii pola jak i strumienia, przy czym może ono mieć dominujący wpływ na wielkoskalowy średni ruch punktu łukowego, pomimo tego, że małoskaiowy ruch łuku pozostaje pół-losowy. Kierunek ruchu punktu łukowego w polu magnetycznym jest przeciwny albo “wsteczny” do kierunku wektora J*B, spodziewanego zgodnie z prawem Ampera, kiedy rozpatrujemy prąd elektronowy emitowany z katody. Fenomem ten jest spowodowany zespołem efektów dynamicznych wewnątrz strumienia łuku, przy czym był on szeroko obserwowany i omawiany.

Niepożądanym efektem ubocznym odparowywania materiału tarczy w punkcie łukowym jest wytwarzanie kropel stopionego materiału tarczy, które są wyrzucane z tarczy przez siły reakcji w związku z rozszerzeniem strumienia pary. Krople te są powszechnie nazywane makrocząstkami, a wielkość ich średnicy mieści się w zakresie od submikrona do dziesiątków mikronów. Makrocząstki mogą się osadzić w powłoce kiedy lądują one na podłożu, które ma być powlekane, tworząc niepożądane nieregulamości, albo też mikrocząstki mogą wbić się w podłoże i później odpaść, tworząc w powłoce zagłębienia.

W celu zmniejszenia ilości makrocząstek zawartych w powłoce na podłożu obmyślano różne sposoby. Sposoby te dzielą się generalnie na dwie kategorie: (1) pierwsza kategoria, wykorzystująca pewną formę pole magnetycznego w celu kontrolowania i przyspieszania łuku, zmniejszając w ten sposób wytwarzanie makrocząstek, oraz (2) druga kategoria, wykorzystująca przyrząd filtrujący pomiędzy źródłem katodowym i podłożem tak, aby przesyłać zjonizowaną frakcję materiału wychodzącego z katody do podłoża, ale zablokować roztopione krople.

Metody magnetyczne z pierwszej kategorii sągeneralnie prostsze niż metody filtrujące, ale nie eliminują całkowicie wytwarzania makrocząstek. Metody filtracyjne z drugiej kategorii są ogólnie bardziej skuteczne w usuwaniu makrocząstek niż metody magnetyczne, ale wymagają kompleksowego przyrządu i znacznie zmniejszają ilość materiału wychodzącego ze źródła.

Metody filtracyjne działają poprzez umieszczanie podłoża poza linią widzenia powierzchni tarczy katodowej tak, aby makrocząstki emitowane z katody nie uderzały bezpośrednio w podłoże. Ustawiony pod kątem przewód filtrujący jest wstawiony pomiędzy katodę i podłoże, w celu transportowania plazmy do podłoża.

W celu osiągnięcia podłoża, naładowana plazma emitowana ze źródła katodowego jest odchylana elektromagnetycznie wewnątrz przewodu filtrującego o kąt 45-180° tak, aby przeszła ona przez wygięcie przewodu filtrującego i uderzyła w podłoże. Nienaładowane makrocząsteczki nie sąodchylane przez pole elektromagnetyczne i poruszająsię dalej po kursie, który uderza w ściany przewodu filtrującego tak, że w przypadku idealnym, makrocząstki nie osiągają podłoża. Jednak w praktyce odskakiwanie makrocząstek od ścian filtru i/lub porywanie małych cząstek w plazmie może spowodować przejście części makrocząstek przez filtr i osiągnięcie przez nie podłoża.

Wcześniejsze łuki katodowe z filtracjąbazowały na kołowej albo cylindrycznej katodzie i geometrii filtru, generalnie ograniczając potencjalne zastosowania dla małych podłóż albo specjalnych kształtów.

179 312

Przykłady łuków katodowych ograniczonych wewnątrz ścieżki kołowej albo o kształcie toru wyścigowego znajdującej się nad katodą są przedstawione w patentach USA nr 4,724,058 oraz 4,849,088. Każde z nich opisuje przyrząd do odparowywania łukowego wykorzystujący łukowe pole magnetyczne o kształcie zamkniętej pętli tunelu, która zamyka punkt łukowy w trajektorii zamkniętej pętli w położeniu nieruchomym albo ruchomym na powierzchni katody. Zamknięcie i przyspieszenie łuku przez pole magnetyczne ma zmniejszać wytwarzanie przez wyładowanie łuku makrocząstek. Środki wymagane do wytwarzania takiego pola magnetycznego są szeroko znane w dziedzinie płaskiego rozpylania magnetycznego.

Patent USA nr 4,492,845 opisuje przyrząd do odparowywania łukowego, wykorzystujący katodę pierścieniową, w którym odparowaną powierzchnią katody jest jej ściana zewnętrzna, zwrócona w kierunku cylindrycznej anody o większej średnicy i większej niż katoda. Podłoża, które mająbyć powlekane, znajdująsię wewnątrz pierścieniowej katody, przy czym nie sązwrócone w kierunku odparowywanej powierzchni, i sąpowleczone zjonizowanym materiałem, odbijanym przez pole elektromagnetyczne anody. Współosiowe pole magnetyczne jest opisane dla wzmocnienia odbicia od anody. Makrocząsteczki wyrzucone z powierzchni katody nie są odbijane elektrycznie przez anodę (chociaż mogą się odbić mechanicznie). W rezultacie zmniejszona jest zawartość makrocząstek w powłoce.

Przykłady wysiłków mających na celu zmniejszenie ilości makrocząstek zawartych w powłoce na podłożu poprzez wykorzystanie pewnej formy przyrządu filtrującego pomiędzy źródłem katodowym i podłożem w celu przesyłania naładowanej, zjonizowanej frakcji materiału wychodzącego z katody i zablokowanie nienaładowanych makrocząstek, są pokazane w pracy wykonanej przez Aksenov/ Aksenov, Falabella i Sanders. Plazma emitowana przez katodę jest odbijana od ścian przewodu przez obecne pola magnetyczne i elektryczne i transportowana przez przewód wzdłuż pola magnetycznego do podłoża, podczas kiedy nienaładowane cząstki nie są odbijane przez pola magnetyczne albo elektrostatyczne i są przechwytywane przez ściany przewodu.

Patent USA nr 5,279,723, opisuje przyrząd podobny do oryginalnego filtru AksenoUa, wykorzystujący przewód cylindryczny zagięty o 45°, kołową albo stożkową katodę i anodę oraz zawierający usprawnienia różnych składników, wliczając kształt katody i wewnętrzne przegrody, które zmniejszają przesyłanie makrocząstek.

Patent USA nr 4,452,686 opisuje prosty, cylindryczny przewód filtrujący bez zagięcia, kołową katodę umieszczoną na jednym końcu przewodu, zwoje elektromagnesu, wytwarzające w przewodzie solenoidalne pole magnetyczne, z albo bez dodatkowej elektrody, umieszczonej w centrum przewodu, która blokuje bezpośrednią linię widzenia osadzania z katody do podłoża. Plazma emitowana przez katodę jest odchylana przez pola magnetyczne i elektryczne na ścianie przewodu i centralnej elektrodzie i transportowana przez przewód wzdłuż pola magnetycznego i dookoła elektrody centralnej. Nienaładowane makrocząstki nie są odchylane przez pola magnetyczne albo elektryczne i są przechwytywane przez elektrodę centralną.

Patent USA nr 5,282,944 opisuje urządzenie wykorzystujące prosty, cylindryczny przewód filtrujący i osłonę centralną która zapobiega bezpośredniemu osiągnięciu podłoża przez makrocząstki emitowane z katody pod niskimi kątami. Zwoje elektromagnetyczne generują wewnątrz przewodu pole magnetyczne, które jest solenoidalne w pobliżu ściany przewodu. Odparowy wanąpowierzchniąkatody jest w tym przypadku zewnętrzna powierzchnia krótkiego cylindra, zorientowanego współosiowo z przewodem filtrującym tak, że plazma emitowana z katody jest kierowana promieniowo na zewnętrzną ścianę przewodu filtrującego i jest odchylana w przybliżeniu o 90° przez pole magnetyczne i pole elektryczne na ścianach przewodu, oraz transportowana wzdłuż pola magnetycznego do końca przewodu, na którym jest umieszczone podłoże. Elektrody wewnętrzne sąujawnione w celu wzmocnienia odchylania plazmy na końcu kołowego przewodu filtrującego przeciwległym do końca, na którym jest umieszczone podłoże.

Żadne z wcześniejszych opracowań nie ujawnia katody posiadającej odparowywaną powierzchnię o kształcie prostokątnym i wykorzystującej odwrócenie biegunowości pola magnety

179 312 cznego do kontrolowania ruchu łuku po powierzchni katody, ani przewodu filtrującego posiadającego prostokątny przekrój.

Prostokątne źródła osadzające są pożądane do powlekania dużych podłoży, powlekania materiału arkuszowego w postaci rolki i do powlekania ciągłych strumieni mniejszych podłoży na przenośniku liniowym albo kołowej karuzeli.

Źródła łuku katodowego z filtracją posiadajątakązaletę, że strumień pary materiału katody, emitowany ze źródła, jest całkowicie zjonizowany, w przeciwieństwie do metod osadzania nie bazujących na łuku, takich jak odparowywanie i natryskiwanie. Strumień całkowicie zjonizowanej pary ze źródła prostokątnego pozwoli na lepsze kontrolowanie energii atomów docierających do podłoża dla powlekania albo implantacji, i zwiększy reaktywność pary przy tworzeniu związków z gazami chemicznie czynnymi w systemie, albo bezpośrednio z podłożem.

Poniżej opisane jest rozwiązanie mające zalety łuku katodowego z filtracja (całkowicie zjonizowany strumień pary, eliminacja rozpryśniętych kropli) i zalety prostokątnego źródła (jednolite odparowywanie ze źródła i jednolite osadzanie na podłożu z wykorzystaniem ruchu liniowego), w celu powleczenia albo implantacji długiego albo dużego podłoża.

Obecnie opisywane rozwiązanie dostarcza środki do wytwarzania i kierowania wiązki plazmy na obszarze prostokątnym, w celu utworzenia powłoki albo wykonania na podłożu implantacji jonowej. Prostokątna katoda jest zamontowana w zagiętym przewodzie o prostokątnym przekroju, który ogranicza plazmę i odchyla ją w kierunku rejonu podłoża, jednocześnie przechwytując stopione krople materiału katody także wytwarzane przez hik. Rejon przewodu plazmowego, w którym jest zamontowana katoda, jest tutaj określany jako ramię wejściowe przewodu, podczas kiedy podłoże jest zamontowane w sąsiedztwie ramienia wyjściowego przewodu.

Pole magnetyczne jest wytwarzane wewnątrz przewodu, który kieruje plazmę przez przewód, jednocześnie powodując ruch łuku w jednym kierunku wzdłuż długości prostokątnej katody. Kiedy łuk osiąga koniec katody, czujnik dostarcza sygnał, po którym jest odwracana polaryzacja przynajmniej części pola magnetycznego, powodując ruch łuku w kierunku przeciwnym i przemieszczanie się w kierunku przeciwległego końca katody. Polaryzacja pola magnetycznego jest przełączana zawsze kiedy łuk osiąga jeden z końców katody, w ten sposób przemieszczając łuk do tyłu i do przewodu wzdłuż długości prostokątnej katody.

Pomimo, że polaryzacja (kierunek) pola magnetycznego jest ciągle odwracana, kształt pola magnetycznego i jego orientacja względem przewodu korzystnie pozostaje ta sama, a plazma jest przesyłana przez przewód przy każdej polaryzacji. W korzystnej postaci wykonania, rejon zbiegania się linii pola magnetycznego w sąsiedztwie katody tworzy lustro magnetyczne, które odbija plazmę w kierunku wyjścia z przewodu.

Ruch łuku wzdłuż długości tarczy katodowej jest spowodowany składnikiem pola magnetycznego przyległym do powierzchni tarczy, który jest równoległy do płaszczyzny powierzchni tarczy i prostopadły do długości osi tarczy prostokątnej. Dla składników strumienia magnetycznego przy tej orientacji sąmożliwe dwie polaryzacje (kierunki). Kiedy pole posiada jednąpolaryzację, łuk porusza się wzdłuż długości katody w kierunku nadanym przez wsteczny wektor J*B, jak to opisano powyżej. Kiedy pole posiada przeciwną polaryzację, łuk porusza się wzdłuż długości katody w kierunku przeciwnym.

Poprzez odwrócenie polaryzacji pola magnetycznego bazujące na sygnałach z czujników umieszczonych na końcach katody, jednocześnie utrzymując orientację linii strumienia względem powierzchni tarczy, kierunek ruchu łuku wzdłuż długości katody może być periodycznie odwracany, powodując przemieszczanie się łuku do tyłu i do przodu wzdłuż długości prostokątnej katody, względnie prostej linii.

Odwracalne pole magnetyczne, sąsiadujące z odparowującąpowierzchniątarczy, które powoduje ruch łuku wzdłuż długości tarczy, może być wytwarzane z wykorzystaniem zwoi elektromagnetycznych umieszczonych na zewnątrz przewodu albo wewnątrz korpusu katody. Wcześniej znano już sposoby wytwarzania odwracalnego pola wykorzystujące własne pola magnetyczne prądu łuku przepływającego przez prostokątną katodę. Na przykład łączenie prądu łuku

179 312 jednocześnie z oboma końcami prostokątnej katody i zmienianie części całkowitego prądu, który dopływa do każdego końca katody, w zależności od sygnałów z czujników umieszczonych na końcach katod, będzie wytwarzało składnik pola magnetycznego o orientacji wymaganej do powodowania ruchu łuku wzdłuż długości katody.

Ponieważ kierunek, w którym przepływa większość prądu łuku wewnątrz prostokątnej katody, jest odwracany w zależności od sygnałów z czujników, polaryzacja (kierunek) składnika pola magnetycznego równoległego do powierzchni tarczy także się odwraca, odwracając w ten sposób kierunek przemieszczania się łuku wzdłuż długości tarczy. Składnik pola magnetycznego, który powoduje przemieszczanie się łuku, może także być wytwarzany poprzez przechodzenie prądu kontrolnego wzdłuż długości katody i odwracanie jego kierunku w zależności od sygnałów z czujników, albo poprzez przełączanie wejścia prądu łuku z jednego końca katody do drugiego. Wcześniej nie sugerowano wytwarzania odwracalnego pola magnetycznego poprzez wykorzystnie środków magnetycznych niezależnych od prądów przepływających przez samą katodę.

Przesyłanie plazmy przez przewód jest związane po pierwsze ze składnikiem pola magnetycznego przyległym do ścian przewodu, który jest równoległy do płaszczyzny ścian i równoległy do osi przewodu. Rozpraszanie elektronów plazmy przez pole magnetyczne w kierunku ścian przewodu wytwarza składnik pola elektrycznego prostopadły do ściany przewodu, który odbija dodatnio naładowane jony, pozwalając im w ten sposób na kontynuację podróży wzdłuż przewodu i dookoła zagięcia przewodu. Nienaładowane makrocząstki nie są odbijane i dzięki temu są przechwytywane przez ściany przewodu, albo przez przegrody, które mogąbyć zamontowane prostopadle do ściany przewodu i wystawać na krótką odległość do przewodu, w celu zmniejszenia efektu odbijania się makrocząstekod ścian przewodu. Polaryzacja składników pola magnetycznego wewnątrz przewodu i w sąsiedztwie ścian przewodu jest korzystnie przełączana jednocześnie z polaryzacją składnika pola przyległego do powierzchni tarczy, co powoduje przemieszczanie się łuku takie, że kształt pola magnetycznego na przestrzeni przewodu pozostaje ten sam, pomimo odwracania polaryzacji. W tym rozwiązaniu można odwracać polaryzację pola tylko w rejonie powierzchni tarczy, przy jednoczesnym utrzymywaniu statycznego (nieodwracanego) pola magnetycznego w reszcie przewodu, przy wykorzystaniu elektromagnesów albo magnesów stałych. Zmiany kształtu sieci pola magnetycznego w tym drugim przypadku mogą spowodować czasowe zmiany w przesyłaniu plazmy przez przewód, jako funkcję odwracania pola w pobliżu powierzchni tarczy.

Ponieważ strumień plazmy jest wysyłany z katody najpierw w kierunku prostopadłym do powierzchni odparowywanej, ma on tendencję do uderzania w ścianę przewodu najsilniej w rejonie zewnętrznego promienia zagięcia przewodu. W celu zwiększenia przesyłu plazmy przez przewód pożądane jest zwiększenie siły pola magnetycznego w tym rejonie. Dodatkowym współczynnikiem jest to, że materiały tarczy katodowej o różnych masach atomowych i temperaturach topnienia są wysyłane z tarczy z różnymi prędkościami i energiami kinetycznymi. Jest więc pożądane zmienianie siły pola magnetycznego, zwłaszcza w rejonie zagięcia przewodu, w celu optymalizacji przesyłania różnych materiałów. Zgodnie z tym, w sąsiedztwie zewnętrznego promienia zagięcia kanału, przeciwległe do odparowującej powierzchni tarczy, jest dostarczony oddzielny zwój elektromagnesu, w którym prąd może korzystnie być zmieniany niezależnie od prądu w innych zwojach, wytwarzających fragmenty pola magnetycznego w przewodzie.

Należy zauważyć, że w poprzednich rozwiązaniach przewodów plazmowych, w których jeden albo więcej zwojów elektromagnetycznych jest umieszczonych otaczając przewód w celu wytworzenia solenoidalnego pola magnetycznego na długości przewodu, druty tworzące zwój .(zwoje) muszą koniecznie być oddalone od siebie o mniejszą odległość na promieniu wewnętrznym zagięcia przewodu, niż na promieniu zewnętrznym. Wynikiem tego jest to, że pole magnetyczne wewnątrz przewodu posiada większą siłę w kierunku wewnętrznego promienia przewodu, gdzie druty są mniej oddalone od siebie, a mniejszą siłę w kierunku zewnętrznego promienia przewodu, gdzie uderza strumień plazmy łuku. Wcześniejsze rozwiązania nie poruszają aspektu, w którym siła pola magnetycznego wewnątrz przewodu, na zewnętrznym promieniu zagięcia,

179 312 może być wzmocniona do równej albo przewyższającej siłę pola na promieniu wewnętrznym, w celu zwiększenia przesyłania plazmy przez przewód.

Pole elektryczne prostopadłe do ściany przewodu, odbija dodatnio naładowane jony od ściany przewodu, jest wytwarzane poprzez poprzeczne rozpraszanie elektronów plazmy w polu magnetycznym równoległym do ścian przewodu filtrującego. Możliwe jest także odbijanie jonów od ściany przewodu za pomocą drugiego sposobu, konkretnie przez wytwarzanie w pobliżu ściany rejonu, w którym linie strumienia magnetycznego zbiegają się po osiągnięciu ściany w kierunku w przybliżeniu prostopadłym, tworząc rejon znany jako lustro magnetyczne. Elektrony plazmy osiągające ścianę są odbijane albo opóźniane kiedy osiągająrejon zbiegania się linii strumienia, tworząc gradient gęstości elektronów, wywołujący pole elektryczne, które także odbija jony plazmy. Lustra magnetyczne są powszechnie wykorzystywane do ograniczania plazmy w przyrządach laboratoryjnych i innych urządzeniach plazmowych.

Lustro magnetyczne w dziedzinie źródeł plazmy z hikiem próżniowym jest bardzo użyteczne. Zawarcie rejonu lustra pola magnetycznego w ramieniu wejściowym wytwarza korzystny kierunek dla przepływu plazmy w kierunku ramienia wyjściowego przewodu, jednocześnie dostarczając składnik pola magnetycznego (równoległy do powierzchni tarczy i prostopadły do jej długości osi), który powoduje ruch łuku wzdłuż długości tarczy. Odwrócenie polaryzacji pola lustra magnetycznego, i w ten sposób składnika pola równoległego do powierzchni tarczy, powoduje odwrócenie kierunku przemieszczania się łuku po powierzchni tarczy, bez zmieniania kształtu albo działania pola lustra.

Łączenie i nakładanie niezależnie zmiennych źródeł pól magnetycznych, dostarczające rejon sołenoidałnego pola magnetycznego w ramieniu wyjściowym przewodu plazmowego, rejon “zderzaka” pola w pobliżu zewnętrznego promienia zagięcia kanału i rejon lustra magnetycznego pola w ramieniu wejściowym przewodu w sąsiedztwie katody, zapewnia odpowiedniąregulowalność, pozwalającą na optymalizację transportu plazmy przez przewód dla dużego zakresu materiałów tarczy. Należy jednak rozumieć, że nie wszystkie z tych elementów muszą być obecne oraz że obecne elementy nie muszą być niezależnie zmienne, zwłaszcza w przypadku źródła, które jest zoptymalizowane dla pojedynczego materiału tarczy. Na przykład, w zależności od metody użytej do odwracania polaryzacji rejonu pola magnetycznego w pobliżu powierzchni tarczy, może być odpowiedni solenoidalny elektromagnes otaczający cały przewód.

Prostokątny kształt pola magnetycznego i metody kontrolowania umożliwiają, zwłaszcza wytworzenie zwartego, skutecznego źródła plazmy z prostokątnym otworem wyj ściowym, który może być wykonany tak długi, jak to jest potrzebne, dostarczając w ten sposób zalet łuku katodowego z filtracją w połączeniu z zaletami prostokątnego źródła osadzającego.

Przewód plazmowy może być więc wykonany o wiele węższy i krótszy, czego wynikiem jest zwarte ukształtowanie, które jest łatwiejsze do zintegrowania z systemem próżniowym niż zajmujące wiele mniejsca filtry wcześniejsze, zwłaszcza w systemach zawierających wiele źródeł plazmy. Wąska katoda i przemieszczający się łuk także pozwalająna bardziej jednolitą erozję tarczy wzdłuż jej długości i lepsze wykorzystanie materiału tarczy, niż jest to możliwe przy płaskich katodach w stylu toru wyścigowego.

Źródło może rozciągać się na nieokreślonej długości, dostarczając w ten sposób zastosowaniom wymagającym prostokątnych albo rozciągniętych źródeł pary zalet osadzania za pomocą łuku z filtracją albo implantacji.

Figura 1A przedstawia schematyczny widok wcześniejszego łuku próżniowego z filtracją, wykorzystującego kołową katodę i cylindryczny przewód plazmowy, fig. 2A - schematyczny widok źródła plazmy wykorzystującego łuk z filtracją, fig. 3 A - widok perspektywiczny zespołu przewodu i magnesów, fig. 4A - przekrój pionowy zespołu przewodu, fig. 5A - boczny przekrój pionowy zespołu przewodu, fig. 6 - końcowy, częściowy widok, pokazujący linie pola magnetycznego i lustro pola magnetycznego w odniesieniu do zespołu przewodu i ustawień jego magnesów.

179 312

Rozwiązanie opisuje sposób wytwarzania i kierowania wiązki plazmy nad prostokątnym obszarem, w celu wytworzenia powłoki albo dokonania jonowej implantacji podłoża.

Figura 1A przedstawia wcześniejszą katodę łuku 20, połączoną z filtrem 22, zdolnym do oddzielania makrocząstek ze strumienia jonowego wytworzonego przez wyładowanie łuku katodowego. Katoda 20 ma kształt stożka ściętego, posiadającego kołową powierzchnię czołową i stożkowe boki. Filtr 22 zawiera dwa solenoidy, rozciągające się od początku do końca, ale umieszczone po kątem 45° do siebie nawzajem, w celu dostarczenia linii widzenia od punktu łukowego na katodzie do podłoża 24, które ma być powleczone, jednocześnie dostarczając ścieżkę dla przepływu jonów i elektronów, przy czym zawiera on szereg przegród do chwytania makrocząstek.

Odwołując się do schematycznego widoku z fig. 2A, jeden korzystny przykład wykonania tego wynalazku może być rozumiany jako zawierający na korpusie katody 31 tarczę katodową 30. Tarcza 30 posiada odparowywanąpowierzchnię 33 o kształcie prostokątnym. W korzystnym przykładzie wykonania katoda 30 jest węglowa, ale może być wykonana z jakiegokolwiek odpowiedniego materiału odparowywanego. Korpus katody 31 jest zamontowany w uchwycie 32 i umieszczony w ramieniu wejściowym 36 przewodu plazmowego 34. Katoda 30 jest połączona z wyjściem ujemnym źródła mocy 28 łuku, a przewód plazmowy 34 (który służy także za anodę) jest połączony z wyjściem dodatnim źródła mocy łuku. Zapalnik łuku 35 jest dostarczony w celu inicjowania wylądowania łukowego pomiędzy katodą 30 i anodą 34. Katoda 30 i powierzchnia odparowywana 33 mogą także być otoczone przez izolatory 86 (patrz fig. 4A). Elektroda wewnętrzna 82 jest zamontowana wewnątrz przewodu plazmowego 34, tak samo jak czujnik 84.

Przewód plazmowy 34 posiada prostokątny kształt przekroju o wymiarach podobnych do katody 30. Przewód plazmowy zawiera zagięcia w osi przebiegającej wzdłuż linii centralnej przewodu plazmowego. W przykładzie wykonania tutaj przedstawionym, równoważny punkt łuku promienia wewnętrznego 37 pokazany jest na jednej ze ścian przewodu, przy czym wynosi ono około 90°, ale do zastosowania w niniejszym wynalazku odpowiedni jest kąt wewnętrznego promienia w zakresie w przybliżeniu 15° do 120°. Równoważny hik zewnętrznego promienia jest oznaczony ogólnie numerem odnośnika 39. Przewód plazmowy 34 posiada ramię wejściowe 36 i ramię wyjściowe 38 po obu stronach punktu łuku promienia wewnętrznego 37. Katoda 30 jest zamontowana na izolowanym uchwycie 32 na albo blisko końca ramienia wejściowego tak, że powierzchnia odparowywana 33 katody jest zwrócona w kierunku przewodu plazmowego. W obszarze na albo blisko końca ramienia wyjściowego 38 może się znajdować jedno albo więcej podłóż 44, które mają być powleczone.

Dookoła przewodu plazmowego 34 jest umieszczony zestaw elekromagnesów. Magnes 46 jest połączony ze źródłem mocy 52 zwojów i znajduje się blisko ramienia wejściowego 36 przewodu plazmowego. Magnes 48 jest połączony ze źródłem mocy zwojów 52 i znajduje się blisko zewnętrznego promienia 39 zagięcia przewodu plazmowego 34. Magnes 50 jest solenoidem połączonym ze źródłem mocy 52 zwojów i owija się dookoła fragmentu ramienia wyjściowego 38 przewodu plazmowego. Widok perspektywiczny z fig. 3A pokazuje położenie magnesów 46, 48 i 50 względem przewodu plazmowego 34, przy czym magnes 46 znajduje się blisko ramienia wejściowego 38, magnes 48 blisko zewnętrznego promienia 39 zagięcia, a magnes 50 owija się dookoła ramienia wyjściowego 38.

Zgodnie z fig. 4A, może być zrozumiane, że magnes 46 zawiera zwój 70, owinięty dookoła centralnego pręta 72 materiału magnetycznego przepuszczalnego, przy czym płyty końcowe 74 są przymocowane do każdego końca pręta centralnego. Podobnie, magnes 48 zawiera uzwojenie 76, owinięte dookoła pręta centralnego 78 materiału magnetycznie przepuszczalnego, przy czym płyty końcowe 80 są przymocowane do każdego końca pręta centralnego. W przedstawionym przykładzie wykonania, płyty końcowe 80 magnesu 48 są wykonane z materiału magnetycznie

179 312 przepuszczalnego, podczas kiedy płyty końcowe 74 magnesu 46 są wykonane z materiału nieprzepuszczalnego, w celu nadania kształtu pola magnetycznego w pożądany sposób.

Znowu zgodnie z fig. 2A, może zauważyć, że przewód 54 dostarcza wodę do katody 30. Przewód plazmowy 34 i elektroda wewnętrzna 82 także mogąbyć korzystnie chłodzone wodą, ale nie pokazano przyrządów do takiego chłodzenia. Do podłoża 44 może być przyłożone napięcie wstępne, a podłoże może być podczas osadzania tradycyjnie obracane i/lub przemieszczane ruchem postępnym. W korzystnym przykładzie wykonania, przewód plazmowy 34 i podłoże 44 są zawarte wewnątrz komory (nie pokazanej), w której jest wytwarzane podciśnienie. W innym korzystnym przykładzie wykonania, przewód plazmowy 34 i uchwyt katody 32 przewodu znajdują się w próżni, podczas kiedy na zewnątrz przewodu panuje ciśnienie atmosferyczne.

Przechodząc do przekrojów z fig. 4A i 5A, które sąopisane tymi samymi numerami odnośników co poprzednie, mogąbyć zrozumiane teraz pewne dodatkowe szczegóły systemu według opisanego rozwiązania. Można zauważyć, że zagięcie przewodu plazmowego 34 służy zlikwidowaniu linii widzenia pomiędzy katodą 30 i podłożem 44 (nie pokazanym na fig. 4 A albo 5 A, ale, co zrozumiałe, znajdującym się na albo blisko końca ramienia wyjściowego 38 przewodu). Ściany wewnętrzne ramienia wyjściowego 38, ramienia wejściowego 36 i zagięcia przewodu plazmowego 34 są korzystnie wyłożone pewną ilością oddalonych od siebie przegród 52, które są prostopadłe do ścian wewnętrznych i równoległe do siebie.

Zgodnie z fig. 4A, można na niej zauważyć elektrycznie odizolowaną elektrodę wewnętrzną 82, zamontowaną wewnątrz przewodu plazmowego 34. Może ona być elektrycznie pływająca względem anody albo może ona posiadać dodatnie napięcie względem anody. Według fig. 5A, w sąsiedztwie każdego końca odparowywanej powierzchni katody 30 może się znajdować para czujników 54, przy czym 54A znajduje się w sąsiedztwie lewego, a 54B w sąsiedztwie prawego końca.

Magnesy 46, 48 i 50 wytwarzają pole magnetyczne przedstawiane przez linie strumienia magnetycznego, które mogą być lepiej zrozumiane w odniesieniu do fig. 6A. Linie strumienia magnetycznego 60 są zorientowane w kierunku równoległym do osi przewodu plazmowego 34, wewnątrz ramienia wyjściowego 38. Linie strumienia magnetycznego 62 są zorientowane, wewnątrz rejonu ramienia wejściowego 36 bliskiego katodzie, w kierunku równoległym do powierzchni odparowanej 33 katody 30. Linie strumienia magnetycznego zbiegają się w rejonie 64, wewnątrz ramienia wejściowego 36, tworząc lustro magnetyczne, sąsiadujące z odparowywaną powierzchnią 33 katody 30.

W konkretnym przedstawionym przypadku, magnesy 50 i 46 posiadają 600 amperozwojów, podczas kiedy magnes 48 posiada 200 amperozwojów. W tym przypadku, siła pola w centrum ramienia wyjściowego 38 przewodu wynosi w przybliżeniu 50 gausów. Można w tym przypadku zaobserwować, że gęstość strumienia (siła pola) na zewnętrznym promieniu 39 zagięcia przewodu jest w przybliżeniu równa gęstości strumienia na wewnętrznym promieniu 37 zagięcia. Poprzez regulację ilości zwojów w uzwojeniu 76 magnesu 48, albo prądu przez nie przepływającego (to znaczy, regulację amperozwojów), gęstość strumienia na zewnętrznym promieniu 39 zagięcia może być regulowana niezależnie od gęstości strumienia w dowolnym miejscu przewodu.

Czujniki 54A i 54B (patrz fig. 5 A) są zdolne do wykrycia punktu łukowego i wytworzenia sygnału, kiedy tylko punkt łukowy dotrze odpowiednio do lewego albo prawego końca katody 30. Czujniki 54 mogą, na przykład, składać się z elektrycznie odizolowanych drutów, wystających do przewodu plazmowego 34, przy czym druty sąpołączone z anodąprzez opornik (nie pokazany) o oporze np. 1000 omów, dostarczając w ten sposób napięcie elektryczne kiedy tylko hik dotrze do drutu. Alternatywnie, czujniki 54 mogą zawierać diodę światłoczułą, która wykrywa emisję światła ze strumienia łuku, albo czujnik pola magnetycznego, który wyczuwa pole magnetyczne łuku. Źródło mocy 52 zwojów (patrz fig. 2A), posiada przełącznik, zdolny do od wracania kierunku przepływu prądu przez magnesy, i jest połączone tradycyjnymi środkami kontrolnymi (nie pokazanymi) z czujnikami 54 tak, aby uruchamiać odwrócenie pola magnetycznego. Odwrócenie pola magnetycznego może zajść jednocześnie we wszystkich magnesach i odwrócić kierunek linii strumienia magnetycznego bez zmieniania kształtu linii strumienia albo ich orientacji względem przewodu plazmowego. Alternatywnie może być odwracany jeden albo oba magnesy 46 i 48.

W pożądanym ukształtowaniu systemu według tego rozwiązania (nie pokazanym oddzielnie), magnesy są zasilane niezależnie przez więcej niż jedno źródło mocy 52 zwojów. Wykorzystywanie więcej niż jednego źródła mocy zwojów umożliwia zmienianie prądów magnesów niezależnie od siebie, w celu niezależnego regulowania siły pola magnetycznego w różnych częściach przewodu plazmowego 34. W tym samym czasie każde z oddzielnych źródeł mocy zwojów jest wyposażone systemy kontrolne tak, aby po uruchomieniu przez sygnał z czujników 54, wszystkie one jednocześnie odwracały kierunek prądu.

Zasada działania rozwiązania jest opisana poniżej:

Zapalnik łuku 35 inicjuje wyładowanie łuku pomiędzy katodą 30 i przewodem plazmowym 34, który służy za anodę. Wyładowanie łuku daje początek punktowi łukowemu na powierzchni odparowywanej katody i wytwarza plazmę, zawierającą zjonizowaną parę materiału katody.

Przewód plazmowy 34 kieruje plazmę wytwarzaną przez wyładowanie łuku z katody do podłoża 44, które ma być powleczone i/lub implantowane, i które znajduje się w albo blisko ramienia wyjściowego 38 przewodu. Przewód plazmowy 34 posiada prostokątny kształt przekroju o wymiarach podobnych do katody 30 i posiada zagięcie osi biegnącej wzdłuż jego linii centralnej, wynoszące około 15-180 stopni (w przedstawionym przykładzie wykonania promień wewnętrzny 37 zagięcia wynosi 90°), przy czym zagięcie przedziela linię widzenia pomiędzy ramieniem wejściowym 36 i ramieniem wyjściowym 38. Katoda 30 znajduje się na albo blisko końca ramienia wejściowego 36, przy czym jest powierzchnia odparowywana jest zwrócona w kierunku przewodu plazmowego, a podłoże 44 znajduje się na obszarze na albo blisko końca ramienia wyjściowego 38.

Magnesy 46, 48 i 50 wytwarzają wewnątrz przewodu plazmowego 34 i na powierzchni odparowywanej katody 30 pole magnetyczne, które jest przedstawione za pomocą linii strumienia magnetycznego. Linie strumienia magnetycznego są zorientowane w kierunku równoległym do osi przewodu 34 wewnątrz ramienia wyjściowego 38. Linie strumienia magnetycznego są zorientowane równolegle do powierzchni odparowywanej katody 30, w rejonie ramienia wejściowego 36 na albo w pobliżu katody. Linie strumienia magnetycznego także zbiegają się w rejonie wewnątrz ramienia wejściowego 36 przewodu plazmowego 34, tworząc lustro magnetyczne, sąsiadujące i równoległe do prostokątnej katody 30. Linie strumienia magnetycznego kierujązjonizowanąparę przez zagięcie przewodu plazmowego i zmuszają punkt łukowy do generalnie liniowego ruchu wzdłuż długości powierzchni odparowanej 33 katody 30. Lustro magnetyczne jest zorientowane w kierunku, który odbija plazmę w kierunku ramienia wyjściowego 38 przewodu plazmowego 34.

Czujniki 54 wykrywają punkt łukowy i wytwarzają sygnał kiedy tylko punkt łukowy dociera do jednego z końców wspomnianej powierzchni odparowywanej. Sygnał wysyłany z czujników uruchamia system kontrolny, który odwraca prąd w źródle mocy 52 zwojów, odwracając w ten sposób kierunek linii strumienia magnetycznego bez zmieniania kształtu linii strumienia albo ich orientacji względem przewodu plazmowego 34. Tak więc, punkt łukowy jest zmuszany nie tylko do przemieszczania się po powierzchni prostokątnej katody 30 w kierunku liniowym, ale do przemieszczania się do tyłu i do przodu po drodze, ogólnie, od końca do końca.

Ściany wewnętrzne przewodu plazmowego 34 są wyłożone przegrodami 52. Makrocząstki są odfiltrowywane przez zagięcie przewodu, a przegrody służą do ich chwytania.

179 312

System obejmuje długie i wąskie źródło prostokątne i względnie zwarty przewód, posiadający prostokątny przekrój o wymiarach podobnych do źródła. W ten sposób jest utworzony zwarty przewód. Dobre wyniki otrzymano, na przykład, wykorzystując tarczę katodowąo długości około 30 centymetrów i szerokości 2,5 centymetra, albo o stosunku pomiędzy długościąi szerokością wynoszącym około dwunastu do jednego. Ponieważ prostokątna katoda według wynalazku może być rozciągana w sposób nieokreślony, należy się spodziewać, że można osiągnąć nawet wyższe proporcje.

Skutkiem tego, może być zrozumiane, że rozwiązanie niniejsze dostarcza sposób wytwarzania i kierunkowania wiązki plazmy na prostokątnym obszarze, w celu wytwarzania powłoki albo wykonywania implantacji jonowej podłoża.

Jak to zostało wyjaśnione, korzyści niniejszego rozwiązania są uzyskane dzięki: (a) prostokątnemu kształtowi materiału źródła katodowego, (b) prostokątnemu kształtowi przekroju przewodu plazmowego, (c) kontrolowaniu przemieszczaniu się łuku po katodzie poprzez odwracanie polaryzacji pola magnetycznego, w celu spowodowania przemieszczania się łuku generalnie w kierunku liniowym do tyłu i do przodu na długości prostokątnego źródła, oraz (d) kształtowi i kontrolowaniu pola magnetycznego w przewodzie plazmowym.

Konkretnie, kształt pola magnetycznego i sterowanie łuku na prostokątnym źródle umożliwiają skonstruowanie zwartego, wydajnego źródła plazmy, z prostokątnym otworem wyjściowym, który może być wykonany tak długi, jak to jest pożądane, dostarczając w ten sposób korzyści łuku katodowego z filtracjąw połączeniu z korzyściami prostokątnego źródła osadzanego. Technika odwracania pola dla sterowania lukiem pozwala na o wiele większe zmniejszenie szerokości źródła katodowego niż jest to możliwe przy wykorzystaniu pola magnetycznego.

Przewód filtrujący plazmę może być więc wykonany o wiele węższy i krótszy, czego rezultatem jest zwarte ukształtowanie, które jest prostsze do zintegrowania z system próżniowym, niż duże filtry według rozwiązań wcześniejszych. Wąska katoda i wąski, przemieszczający się liniowo luk umożliwiają bardzo jednolitą erozję tarczy wzdłuż jej długości, czego wynikiem jest lepsze wykorzystanie materiału źródła, niż jest to możliwe przy płaskich katodach w stylu toru wyścigowego.

Niniejsze rozwiązanie pozwala źródłu rozciągać się do nieokreślonej długości, dostarczając w ten sposób zalety związane z osadzaniem za pomocąłuku z filtracjąalbo implantacji dla zastosowań wymagających prostokątnych albo rozciągniętych źródeł pary.

179 312

FIG. ΙΑ

FIG. 2A

179 312

FIG. 3A

FIG. 4

179 312

FIG. 4A

FIG. 5A

179 312

FIG. 6A

179 312

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims (23)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Jednostka goląca zawierająca ukształtowanie podtrzymujące, posiadające oddalone od siebie powierzchnie kontaktujące się ze skórą i ukształtowanie ostrza golarki przymocowane do ukształtowania podtrzymującego, a ukształtowanie ostrza golarki zawiera część korpusową z krawędzią klinową znamienna tym, że na klinowej zaostrzonej krawędzi (18, 22) ma warstwę (60) diamentu amorficznego, przy czym krawędź pokryta diamentem amorficznym jest usytuowana pomiędzy powierzchniami (14, 26), kontaktującymi się ze skórą
2. 2. Jednostka według zastrz. 1, znamienna tym, że ukształtowanie ostrza golarki zawiera dwie części korpusowe (50) posiadające klinowe zaostrzone krawędzie (18,22), i w której klinowe zaostrzone krawędzie (18, 22) są umieszczone równolegle do siebie, pomiędzy powierzchniami (14, 26) kontaktującymi się ze skórą.
3. 3. Jednostka według zastrz. 1, znamienna tym, że każda warstwa (60) diamentu amorficznego posiada więcej niż 40% wiązań węglowych sp3, grubość około dwóch tysięcy angstremów oraz zawiera przylegającą powłokę polimerową.
4. 4. Sposób nakładania twardej powłoki węglowej na ostrze posiadające krawędź tnącą ograniczoną pierwszą nachyloną powierzchnią i drugą nachyloną powierzchnią boczną znamienny tym, że przykłada się wyładowania łuku do odparowującej powierzchni węglowej katody i wytwarza się strumień plazmy odparowanego węgla, orientuje się ostrze, które ma być powleczone, wewnątrz strumienia plazmy i osadza się odparowany węgiel na krawędzi tnącej ostrza oraz ustawia się ostrze względem strumienia plazmy i osadza się odparowany węgiel na pierwszej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza i na drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza, przy czym osadza się odparowany węgiel na pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej w przybliżeniu w równym tempie osadzania.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ostrze utrzymuje się wewnątrz stosu zawierającego wiele złożonych ostrzy i orientuje się oraz eksponuje się jednocześnie wiele złożonych ostrzy.
6. 6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że każde z wielu ostrzy znajdujących się w stosie posiada wierzchołek w miejscu połączenia pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza, a ostrza składa się wierzchołkami opisującymi płaszczyznę i stosuje się strumień plazmy jako strumień kierunkowy, rozszczepiany na zestaw z grubsza równoległych linii, oraz orientuje się ostrza i umieszcza się je tak, że kąt tworzony przez linię normalną do opisanej przez wierzchołki ostrzy płaszczyzny i jednąz zestawu z grubsza równoległych linii mieści się w zakresie 20° do 90° i wystawia się jednąz pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza na strumień plazmy pod tym kątem.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że wystawia się każdą z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza na strumień plazmy pod kątem.
8. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że podczas osadzania na każdej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza przemieszcza się stos ostrzy i strumień plazmy względem siebie nawzajem i kolejno wystawia się każdą z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej na strumień plazmy oraz narastającą warstwę osadzaną formuje się podczas kolejnego wystawiania, na każdej z powierzchni bocznych.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że stosuje się narastająco osadzaną warstwę mieszczącą się w zakresie 3 A do 500 A, a przemieszczanie powtarza się do czasu, aż przynajmniej dwie narastająco osadzane warstwy są osadzone na każdej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza.

   179 312
10. 10. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że podczas osadzania na każdej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnących ostrza wykorzystuje się drugie środki wytwarzające plazmę i wytwarza się drugi strumień plazmy odparowanego węgla w połączeniu ze źródłem łuku katodowego z filtracją, przy czym jednocześnie wystawia się każdą z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej na strumień plazmy pod kątem i warstwę osadzaną wytwarza się jednocześnie na każdej z powierzchni.
11. 11. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że podaje się na ostrze pierwsze napięcie wstępne, a następnie drugie napięcie wstępne, przy czym jednocześnie na ostrzu osadza się odparowany węgiel.
12. 12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że stosuje się pierwsze napięcie wstępne w zakresie 200 do 2000 woltów i drugie napięcie wstępne w zakresie 10 do 200 woltów.
13. 13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że pierwsze napięcie wstępne podaje się przez okres do dwóch minut.
14. 14. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że ostrze utrzymuje się wewnątrz uchwytu zawierającego wiele ostrzy, a orientuje się ostrza i eksponuje się ostrza, kiedy ostrze znajduje się w uchwycie.
15. 15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że stosuje się każde z wielu ostrzy wewnątrz uchwytu posiadające wierzchołek w miejscu połączenia pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza i zawierające pierwszy kąt utworzony przez wierzchołek oraz pierwszą i drugą nachyloną powierzchnię boczną i stosuje się strumień plazmy będący strumieniem kierunkowym, rozszczepianym na zestaw z grubsza równoległych linii, przy czym podczas orientowania ostrza, umieszcza się ostrze tak, że drugi kąt, tworzony przez linię przecinającą na pół pierwszy kąt i jedną z zestawu z grubsza równoległych linii mieści się w zakresie 20° do 90°, i wystawia się w ten sposób jedną z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza na strumień plazmy pod kątem.
16. 16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że wystawia się każdą z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza na strumień plazmy pod katem.
17. 17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że podczas osadzania na każdej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza przemieszcza się zestaw ostrzy i strumienia plazmy względem siebie nawzajem, w ten sposób kolejno wystawiając każdą z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej na strumień plazmy i narastającą warstwę osadzaną formuje się, podczas kolejnego wystawiania, na każdej z powierzchni bocznej.
18. 18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że stosuje się narastająco osadzaną warstwę zawartą w zakresie 3 A do 500 A, a przemieszczanie powtarza się do czasu, aż przynajmniej dwie narastająco osadzane warstwy osadza się na każdej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza.
19. 19. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że podczas osadzania na każdej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej krawędzi tnącej ostrza, wykorzystuje się drugie środki wytwarzające plazmę do wytwarzania drugiego strumienia plazmy odparowanego węgla w połączeniu ze źródłem łuku katodowego z filtracją, i jednocześnie wystawia się każdą z pierwszej i drugiej powierzchni nachylonych na strumień plazmy pod kątem tak, że warstwę osadzaną wytwarza się jednocześnie na każdej z powierzchni.
20. 20. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że podaje się na ostrze pierwsze napięcie wstępne, a następnie drugie napięcie wstępne, przy czym jednocześnie na ostrzu osadza się odparowany węgiel.
21. 21. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że stosuje się pierwsze napięcie wstępne zawarte w zakresie 200 do 2000 woltów, i drugie napięcie wstępne zawarte w zakresie 10 do 200 woltów.
22. 22. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że pierwsze napięcie wstępne podaje się przez okres do dwóch minut.
23. 23. Ostrze posiadające krawędź tnącą ograniczoną pierwszą nachyloną powierzchnią boczną i drugą nachyloną powierzchnią boczną przy czym krawędź tnąca posiada w miejscu

    179 312 połączenia pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej wierzchołek i zawiera kąt tworzony przez wierzchołek oraz pierwszą i drugą nachyloną powierzchnię boczną, znamienne tym, że krawędź tnąca zawiera twardą warstwę węglową (60), osadzoną na pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej (54, 56) i pokrywającą część wierzchołkową (52), przy czym twarda węglowa warstwa (60) posiada pierwszą grubość mierzoną normalnie do jednej z pierwszej i drugiej nachylonej powierzchni bocznej (54,56) oraz drugą grubość mierzoną wzdłuż linii, która dzieli na pół kąt, a stosunek drugiej grubości do pierwszej grubości wynosi przynajmniej 2 do 1, zaś twarda węglowa warstwa (60) posiada twardość przynajmniej 40 gigapaskali.

    * * *