用於微波等離子體環境的微球驅動裝置的製作方法

2023-12-02 03:00:21 4

本發明屬於塗層製備技術領域，具體涉及一種能夠在微波等離子體環境下對微球表面均勻塗層的微球驅動裝置。

背景技術：

在科學或工業生產中，特別是慣性約束聚變研究中，需要採用微波等離子體化學氣相沉積方法在各種微球(直徑為毫米級)表面均勻塗鍍金剛石等不同材料的塗層，並對相應塗層的表面質量有非常高的要求。

目前，有較多關於在微球表面塗層的驅動裝置的專利報導，如授權公告號為CN200998706Y的專利文獻公開了一種微粒塗覆振蕩裝置，擺動杆上設置支點，擺動杆的兩端分別連接偏心輪和盤，電機帶動偏心輪轉動使擺動杆繞著支點來回擺動，帶動盤擺動，實現微粒塗覆。另外，授權公告號為CN201030355Y的專利文獻公開了一種微球三維滾動裝置，包括盤、擺動杆、電機、安裝架和步進電機，盤與步進電機的旋轉軸固定連接，電機旋轉帶動電機旋轉軸上的偏心輪旋轉，偏心輪推動擺動杆以安裝架上支點柱為軸來回擺動，擺動杆帶動步進電機來回擺動，同時步進電機旋轉也帶動微球旋轉，從而達到微球的三維滾動塗覆。

上述提及的兩套裝置雖然能完成對球形微粒外表面塗覆膜層的功能，但都因其結構特徵與微波電磁場不兼容，或裝置中含有對微波具有較高吸收或反射的部件，以及無法耐受微波等離子體環境中達700℃以上的高溫等原因，而與微波電磁場間強烈幹擾，從而無法應用於微波等離子體環境中。

技術實現要素：

為了實現在微波等離子體環境下對微球表面進行均勻塗層，提高塗層質量，本發明提供一種用於微波等離子體環境的微球驅動裝置。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：用於微波等離子體環境的微球驅動裝置，包括撥杆、微球盤、真空驅動電機、銅座和微波屏蔽腔板，所述撥杆和微球盤均為石英玻璃材質，撥杆由直杆和圓環構成，其中圓環連接於直杆的一端，圓環所在平面與直杆相互垂直，圓環內放置所述微球盤，直杆的另一端連接所述真空驅動電機，真空驅動電機通過固定支架安裝固定；所述銅座的頂部設置圓槽，圓槽上方為所述撥杆的圓環，放置於圓環內的微球盤的底部位於圓槽內，銅座的下方為所述微波屏蔽腔板，微波屏蔽腔板中部設置安裝通孔，微波屏蔽腔板上設置至少一個通氣孔，通氣孔上下貫穿微波屏蔽腔板，微波屏蔽腔板上還設置用於安裝固定的緊固螺紋孔，撥杆的直杆穿過微波屏蔽腔板的通氣孔，所述銅座和真空驅動電機分別位於所述微波屏蔽腔板的上下側。

用於微波等離子體環境的微球驅動裝置需要放於微波等離子體化學氣相沉積系統內使用，將固定支架與微波等離子體化學氣相沉積系統內腔體的底法蘭連接，將微波屏蔽腔板通過安裝通孔套於微波等離子體化學氣相沉積系統內水冷銅座上，並通過安裝於緊固螺紋孔內的螺釘緊固，最後將銅座與微波等離子體化學氣相沉積系統內水冷銅座連接。

進一步的是：所述撥杆的圓環內徑至少為微球盤盤口直徑的1.2倍。

進一步的是：所述微球盤內表面呈拋物面狀或球面狀。

進一步的是：所述微波屏蔽腔板的通氣孔的直徑大於直杆的直徑，且通氣孔的直徑小於6mm。

進一步的是：所述微波屏蔽腔板上設置兩圈通氣孔，兩圈通氣孔形成的兩個圓形與安裝通孔均呈同心圓關係。

進一步的是：所述銅座由圓柱臺階和固定於圓柱臺階上的圓柱筒構成，圓柱臺階和圓柱筒的中心線互相重合，圓柱臺階上設置有圓角，圓柱筒上設置有圓角，圓柱筒的頂部設置所述圓槽。

進一步的是：所述真空驅動電機的輸出軸和撥杆的直杆之間通過連接塊相連，真空驅動電機的輸出軸和撥杆的直杆分別通過螺釘連接於連接塊的兩端。

本發明的有益效果是：用於微波等離子體環境的微球驅動裝置採用真空驅動電機作為動力源，可通過控制器編程調控真空驅動電機轉軸往復運動的幅度和速度。往復運動的真空驅動電機輸出軸帶動撥杆的圓環往復擺動並帶動微球盤在圓槽內往復滑動，從而驅動微球盤內的微球隨機運動。用於微波等離子體環境的微球驅動裝置結構簡單，使用方便，避免了微球驅動裝置與微波電磁場間的相互幹擾，能夠有效實現在微波等離子體環境下對微球表面進行均勻塗層。

附圖說明

圖1是本實用用於微波等離子體環境的微球驅動裝置的結構示意圖。

圖2是圖1中的撥杆的結構示意圖。

圖3是圖1中的銅座的結構示意圖。

圖4是圖1中的微波屏蔽腔板的剖面結構示意圖。

圖5是圖1中的連接塊的結構示意圖。

圖中零部件、部位及編號：撥杆1、直杆11、圓環12、微球盤2、真空驅動電機3、固定支架31、銅座4、圓槽41、圓柱臺階42、圓柱筒43、圓角44、微波屏蔽腔板5、安裝通孔51、通氣孔52、緊固螺紋孔53、連接塊6；底法蘭7、水冷銅座8。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示，本發明用於微波等離子體環境的微球驅動裝置，包括撥杆1、微球盤2、真空驅動電機3、銅座4和微波屏蔽腔板5。撥杆1的材質為對微波低吸收、低反射、耐高溫的石英玻璃。如圖2，撥杆1由直杆11和圓環12兩部分構成，其中圓環12連接於直杆11的一端，圓環12所在平面與直杆11相互垂直。圓環12內放置微球盤2，微球盤2用於容納微球，直杆11的另一端連接真空驅動電機3。圓環12內徑至少為微球盤2盤口直徑的1.2倍。例如微球盤2盤口直徑30mm，圓環12內徑為36mm；或者微球盤2盤口直徑40mm，圓環12內徑為52mm。微球盤2內表面呈拋物面狀或球面狀，微球盤2的材質為對微波低吸收、低反射、耐高溫的高純石英玻璃，微球盤2和撥杆1的材質一致。微球盤2底部與圓槽41表面良好接觸。

具體地，真空驅動電機3的輸出軸和撥杆1的直杆11之間通過連接塊6相連。如圖1和圖3，連接塊6呈圓柱形，連接塊6的軸向設置有通孔，連接塊6兩端的徑向分別設置有緊固螺紋孔，分別通過螺釘固定真空驅動電機3的輸出軸和直杆11。真空驅動電機3通過固定支架31安裝固定。如圖1，固定支架31上設置一個圓狀環，真空驅動電機3套於圓狀環內。

如圖1和圖4，銅座4由圓柱臺階42和固定於圓柱臺階42上的圓柱筒43構成，圓柱臺階42和圓柱筒43的中心線互相重合，圓柱臺階42的邊緣設置有抑制放電打火的圓角44，圓柱筒43的邊緣設置有抑制放電打火的圓角44，圓柱筒43的頂部形成安放微球盤2的圓槽41。圓槽41上方為撥杆1的圓環12，放置於圓環12內的微球盤2位於圓槽41所在位置，微球盤2的上邊緣高於圓環12，微球盤2的底部低於銅座4的頂部，保證放置於圓環12內的微球盤2的底部位於圓槽41內。

銅座4的下方為微波屏蔽腔板5。如圖1和圖5，微波屏蔽腔板5中部設置安裝通孔51，安裝通孔51用於安裝微波屏蔽腔板5自身。微波屏蔽腔板5上設置至少一個通氣孔52，通氣孔52上下貫穿微波屏蔽腔板5，以適應本微球驅動裝置在真空環境的使用要求。如圖5，微波屏蔽腔板5上設置兩圈通氣孔52，兩圈通氣孔52形成的兩個圓形，即一個圓環，與安裝通孔51呈同心圓關係，通氣孔52的直徑大於直杆11的直徑，且通氣孔52的直徑小於6mm。微波屏蔽腔板5上還設置用於安裝固定的緊固螺紋孔53。通氣孔52除了用於通氣，還用於穿設撥杆1，撥杆1的直杆11穿過微波屏蔽腔板5的一個通氣孔52，銅座4和真空驅動電機3分別位於微波屏蔽腔板5的上下側。

微球驅動裝置需要放於微波等離子體化學氣相沉積系統內使用。如圖1，微波等離子體化學氣相沉積系統包括底法蘭7和水冷銅座8。其中，固定支架31與底法蘭7連接。微波屏蔽腔板5通過安裝通孔51套於微波等離子體化學氣相沉積系統內水冷銅座8上，安裝通孔51的直徑大於水冷銅座8直徑0.1mm，微波屏蔽腔板5通過安裝於緊固螺紋孔53內的螺釘緊固。銅座4與微波等離子體化學氣相沉積系統內水冷銅座8連接。

以2mm直徑Mo芯軸微球表面沉積金剛石塗層為例，在上述用於微波等離子體環境的微球驅動裝置的微球盤2內放入五個芯軸微球，同時開啟真空驅動電機3。此時，芯軸微球在某一瞬間一個方向上擺動力的作用下被帶離微球盤2盤底往盤壁方向上滾動，隨後在下一個方向上擺動力和芯軸微球自身重力的作用下又往盤底和另一個方向的盤壁運動，隨著時間的延續，就實現了芯軸微球在微球盤2內多方向上的隨機滾動。由於撥杆1和微球盤2採用高純石英玻璃製作，可以耐受達1100℃以上的高溫，並避免了對微波電磁場的反射和吸收。銅座4的結構也避免了對微波電磁場的幹擾，而真空驅動電機3位於微波屏蔽腔板5下方，可有效避免與微波電磁場間的相互幹擾，從而實現了微波等離子體在微球盤2內的穩定、均勻分布，並最終實現在微波等離子體環境下微球表面塗層的均勻沉積。

在實際使用過程中需要根據微球材料、尺寸及數量調整微球盤2的尺寸，調整撥杆1的圓環12的尺寸，以及真空驅動電機3往復運動的速度和幅度，使得微球盤2內不同特徵的微球能夠有效的隨機運動而不會因驅動力過大而飛離微球盤2，避免微球盤2因運動幅度過大而飛離銅座4的圓槽41。使用本微球驅動裝置時，需安裝於微波等離子體化學氣相沉積系統內。