本发明涉及等离子源领域，具体涉及一种离子源阴极结构及运用该阴极结构的离子束产生方法。
背景技术：
参考2014年04月《北京师范大学学报(自然科学板)》中发表的文章——《mevva离子束技术的发展及应用》(吴先映等)，该论文公开了单元束流最强的mevva离子源，mevva离子源主要由金属等离子体形成区和离子束形成区(引出系统)二部分组成；金属等离子体形成区包括阴极、阳极和触发电极；在触发电压的作用下，阴极和阳极之间形成高密度的金属等离子体，并向引出区扩散；在引出电场的作用下，金属等离子体里的金属离子被引出，并加速形成载能的离子束；离子束的种类和纯度由阴极材料决定；使用阴极靶材接入高压，进行电弧放电，产生强流离子束注入工件表面，对表面进行改性。
现有技术中，阴极靶材在使用过程中会不断蒸发消耗，体积将不断体积减小，阴极靶材的体积减小后，如不对阴极靶材进行调整或更换将导致束流强度降低，甚至无法触发的现象，从而影响注入效果。
而目前针对于阴极靶材的调整或更换需要停机进行，对阴极靶材调整到位或更换后再开机进行工作，因此，对靶材的调整或更换将影响整体离子注入生产过程的生产效率。
现有专利文献中，申请号为201410562404.x的中国发明专利申请公开了一种磁过滤mevva金属离子源，且还公开了当阴极放电烧蚀，长度变短后，通过推进装置推动阴极向前，使阴极与阳极的相对位置不变，可保持放电的稳定。
但是其并未具体公开推进装置的结构，且并非任意一种推进装置均能满足离子源的使用。
因此，必须对阴极进行重新设计，在不影响离子注入的功能前提下，提高阴极靶材的利用率并保持等离子体产生的稳定性。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明的第一目的在于提供一种离子源阴极结构，其包括固定法兰盘、屏蔽套以及阴极靶材，在固定法兰盘上设置螺纹调节杆，通过螺纹调杆调节阴极靶材相对于屏蔽套端部的相对位置，便于将阴极靶材的位置调整至消耗前的位置，保持阴极靶材起弧的稳定性，使得阴极靶材产生的离子束流强度稳定，有利于保证离子注入生产过程的正常进行。
为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种离子源阴极结构，包括固定法兰盘、屏蔽套以及阴极靶材，所述屏蔽套连接于所述固定法兰盘的一侧，所述屏蔽套与所述阴极靶材同轴设置，所述固定法兰盘可转动地穿设有螺纹调节杆，所述螺纹调节杆为绝缘杆，所述螺纹调节的轴线与所述屏蔽套的轴线重合，所述螺纹调节杆的一端与所述阴极靶材连接并驱动所述阴极靶材沿所述螺纹调节杆的轴线方向移动，所述螺纹调节杆的另一端设置有调节部。
通过这样设置，当阴极靶材发生一定的消耗后，通过调节部带动螺纹调节杆旋转，通过螺纹调节杆带动阴极靶材沿螺纹调节杆的轴线方向移动，进而调节阴极靶材相对于屏蔽套端部的位置，使得阴极靶材尽可能地与消耗前所在的位置一致，从而使得阴极靶材能够持续、稳定地产生等离子体，有利于保证离子注入过程的正常进行，并且由于可以移动阴极靶材，从而可以提高其使用率，减少阴极靶材浪费。
作为优选，所述螺纹调节杆外设置有外调节螺纹，所述固定法兰盘中部开设通孔，所述通孔内设置有与所述螺纹调节杆配合的内调节螺纹，所述阴极靶材与所述螺纹调节杆可拆卸地固定。
通过这样设置，螺纹调节杆与固定法兰盘通孔中的内调节螺纹配合，从而在螺纹调节杆旋转时，螺纹调节杆可相对于固定法兰盘移动且该移动的方向为沿螺纹调节杆的轴线方向，而阴极靶材与螺纹调节杆固定，从而通过调节部旋转螺纹调节杆，可带动阴极靶材沿螺纹调节杆的轴线方向移动，从而调整阴极靶材与屏蔽套端面的相对位置，调节方便，结构简单。
作为优选，所述固定法兰盘上开设有转动槽，所述螺纹调节杆外设置有凸起沿，所述凸起沿在所述转动槽内转动，所述螺纹调节杆外设置有外调节螺纹，所述阴极靶材可拆卸地固定于一调节套上，所述调节套内设置有与所述螺纹调节杆螺纹配合的内调节螺纹，所述固定法兰盘背离所述调节部的一侧设置有滑槽，所述调节套的外壁所述滑槽滑动配合，所述调节套的横截面形状为非圆形。
通过这样设置，当旋转螺纹调节杆时，凸起沿在转动槽内转动，从而螺纹调节杆仅能转动，不能沿其轴线方向移动，螺纹调节杆与调节套的内调节螺纹配合，且调节套为非圆形，调节套在固定法兰盘的滑槽内滑动，从而调节套仅能沿滑槽滑动不能绕自身中心线转动，从而螺纹调节杆与调节套之间发生相互转动，调节套在螺纹调节杆的驱动下沿螺纹调节杆的轴线方向移动，进而带动阴极靶材沿螺纹调节杆的轴线方向移动，达到调整阴极靶材与屏蔽套的端面之间的相对位置的目的。
作为优选，所述固定法兰盘上设置有连接凸台，所述连接凸台外设置有外连接螺纹，所述屏蔽套可拆卸地固定于一所述安装套上，所述安装套上设置有与所述连接凸台螺纹配合的内连接螺纹。
通过这样设置，将屏蔽套固定于安装套上，安装套通过外连接螺纹与连接凸台连接，从而便于将屏蔽套从固定法兰盘拆卸，对阴极靶材进行更换，便于维护。
作为优选，所述固定法兰盘背离所述阴极靶材所在的一侧还设置有调节伺服电机，所述调节伺服电机的主轴与所述调节部连接，所述调节伺服电机与一电机控制模块电性连接。
通过这样设置，通过调节伺服电机可对调节部的旋转进行精确控制，从而有利于对阴极靶材的移动距离进行精确把控，提高调节的精准度，且由于采用调节伺服电机进行调控，减少需要人员手动旋转调节部，方便调节，且安全性更高，减少电场对人员的伤害。
作为优选，离子源阴极结构还包括离子束流强度检测装置、信号处理器，所述离子束流强度检测装置与所述信号处理器电性连接，所述信号处理器与所述电机控制模块电性连接。
通过这样设置，离子束流强度检测装置可对阴极靶材产生的等离子体并最终形成的离子束流的强度进行检测，检测的结构传输至信号处理器中，根据离子束流的强度大小可反馈阴极靶材的工作状态，当离子束流强度小于允许的范围值时，信号处理器给电机控制模块传递控制信号，使电机控制模块控制调节伺服电机动作，旋转调节部，从而调节阴极靶材与屏蔽套之间的相对位置，从而使得阴极靶材产生等离子体的稳定性，保持等离子体束流强度的稳定。
作为优选，所述调节部为旋钮，所述旋钮上设置有调节参考刻度。
通过这样设置，将调节部设置为旋钮，并在旋钮上设置调节参考刻度，从而可供工作人员手动旋转调节部，手动对阴极靶材进行调整，增加调节的手段。
基于同一发明构思，本发明的第二目的在于提供一种离子束产生方法，其运用触发电极、引出电路、离子加速电路以及上述的离子源阴极结构，包括以下步骤：
步骤一：将阴极靶材与高压电源负极连接，向阴极靶材供电，触发电极触发阴极靶材产生电弧；
步骤二：离子加速电路将电弧中等离子体加速形成离子束；
步骤三：当离子束流强度降低时，通过调节部驱动螺纹调节杆旋转，使螺纹调节杆带动阴极靶材动，调整阴极靶材相对于屏蔽套端部的相对位置，使其与阴极靶材消耗前的状态一致。
通过这样设置，采用上述的离子源阴极结构产生等离子体时，首先向阴极靶材加高压，通过触发电极触发阴极靶材起弧，阴极靶材燃烧蒸发产生等离子体，等离子体经过离子加速电路加速形成离子束，屏蔽套起到屏蔽作用，使燃烧的弧板在阴极靶材的端面范围之内，随着阴极靶材燃烧蒸发过程的进行，阴极靶材持续消耗减少，通过旋转调节部，使螺纹调节杆旋转，使螺纹调节杆将阴极靶材向靠近屏蔽套端部的方向推动，从而对阴极靶材进行补充，使阴极靶材的端面的位置回复至消耗前的位置，保持阴极靶材起弧、等离子体束流强度的稳定性，并且可对位于屏蔽套内的阴极靶材进行有效利用，减少材料浪费。
作为优选，在步骤三中，通过离子束流强度检测装置检测阴极靶材产生的离子束流强度，将其检测信号反馈至信号处理器中，信号处理器根据离子束流强度通过电机控制模块控制调节伺服电机运转，直到离子束流强度检测装置反馈的离子束流强度处于预设的允许范围值，该允许范围值为人为设置。
通过这样设置，离子束流强度检测装置对阴极靶材燃烧产生的等离子体并加速后产生的等离子束流强度进行检测，等离子束流强度的与阴极靶材的实时燃烧状态有关，当阴极靶材因消耗后导致其端面与屏蔽套的端面相距较远时，阴极靶材的起弧困难，将导致等离子束流的强度减弱，通过人为设置一允许范围值，当信号处理器接收到的离子束流强度检测装置传输的检测强度低于预设的允许范围值时，信号处理器可向电机控制模块传递控制信号，使电机控制模块控制调节伺服电机动作，驱动调节部旋转，从而使螺纹调节杆带动阴极靶材移动，调整阴极板材端面与屏蔽套端面的相对位置，直到离子束流强度恢复到预设的允许范围值中间。
作为优选，在步骤三中，当离子束流强度检测装置检测的离子束流强度值低于预设的阀值时，停止供电，将安装套与连接凸台分离，将阴极靶材拆卸，对阴极靶材进行更换，该阀值为人为设置。
通过这样设置，当离子束流强度低于预设的阀值时，则表明阴极靶材消耗殆尽，需要进行更换，根据该信号，可停止供电，从而将屏蔽套从固定法兰盘拆卸，对其内的阴极靶材进行更换，更换方便。
相对于现有技术，本发明取得了有益的技术效果：
1、提供一种离子源阴极结构，通过调节部可带动螺纹调节杆旋转，而螺纹调节杆可带动阴极靶材移动，从而对阴极靶材与屏蔽套之间的相对位置进行调节，使阴极靶材的端面在消耗后能够调整到消耗前的位置，从而保持阴极靶材产生等离子体的稳定性，减少起弧困难的情况发生，有利于保持经过离子加速电路加速后的离子束流强度的稳定性以及提高阴极靶材的有效利用率，减少材料浪费。
2、螺纹调节杆可直接驱动阴极靶材移动，也可以间接驱动阴极靶材移动，即螺纹调节杆驱动调节套移动，调节套再带动阴极靶材移动，结构简单、巧妙。
3、将屏蔽套通过安装套螺纹连接于固定法兰盘的连接凸台上，阴极靶材与螺纹调节杆或调节套可拆卸连接，便于对阴极靶材进行更换。
4、通过调节伺服电机驱动调节部转动，并配合离子束流强度检测装置，对阴极靶材的工作状态进行检测，有利于实现对阴极靶材的自动化调整。
5、提供一种离子束的产生方法，在正常的阴极靶材起弧、燃烧产生等离子并经过离子加速电路产生离子束后，根据离子束流强度的强弱，通过旋转调节部，对阴极靶材的位置进行调整，有利于保持离子束流强度的稳定性。
6、通过离子束流强度检测装置对离子束流强度进行检测，辅助阴极靶材的自动化调节，工作人员还可在阴极靶材消耗殆尽时进行更换，有利于提高离子束注入生产过程的效率。
附图说明
图1是本发明其中一实施例中离子源阴极结构的结构爆炸示意图；
图2是本发明实施例1中离子源阴极结构的结构示意图；
图3是本发明实施例2中离子源阴极结构的结构示意图；
图4是本发明实施例3中离子源阴极结构的结构示意图；
图5是本发明实施例4中触发电极、引出电路、离子加速电路与离子源阴极结构的示意简图。
其中，各附图标记所指代的技术特征如下：
1、固定法兰盘；101、连接凸台；1011、外连接螺纹；102、插接凸起；1021、通孔；1022、内调节螺纹；103、转动槽；104、滑槽；2、屏蔽套；3、触发电极；4、阴极靶材；401、螺纹凹孔；402、外螺纹连接凸起；5、安装套；501、内连接螺纹；502、螺钉；6、螺纹调节杆；601、调节部；602、外调节螺纹；603、螺纹头；604、凸起沿；7、从动齿轮；8、调节伺服电机；801、驱动齿轮；9、离子束流强度检测装置；10、调节套；1001、内螺纹；1002、内调节螺纹；11、引出电路；12、离子加速电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。
实施例1
参考图1，本实施例公开了一种离子源阴极结构，包括固定法兰盘1、屏蔽套2以及阴极靶材4，屏蔽套2连接于固定法兰盘1的一侧，屏蔽套2为圆环状，阴极靶材4为圆柱状，屏蔽套2与阴极靶材4同轴设置；
参考图1、图2，固定法兰盘1一侧的中部设置有连接凸台101，另一侧的中部设置有插接凸起102，连接凸台101外设置有外连接螺纹1011，屏蔽套2可拆卸地固定于一安装套5上，安装套5上设置有与连接凸台101螺纹配合的内连接螺纹501，屏蔽套2通过螺钉502与安装套5连接，在其他实施例中，屏蔽套2还可以设置为与安装套5插接或常规的卡扣结构连接。
参考图1、图2，固定法兰盘1中部可转动地穿设有螺纹调节杆6，螺纹调节杆6的轴线与屏蔽套2的轴线重合，螺纹调节杆6的一端与阴极靶材4连接，螺纹调节杆6的另一端设置有调节部601，旋转调节部601，通过螺纹调节杆6驱动阴极靶材4沿螺纹调节杆6的轴线方向移动。
本实施例中，螺纹调节杆6与阴极靶材4直接连接，螺纹调节杆6中部的外壁上设置有外调节螺纹602，固定法兰盘1的插接凸起102中开设有通孔1021，通孔1021内设置有与螺纹调节杆6配合的内调节螺纹1022，外调节螺纹602与内调节螺纹1022为梯形螺纹或三角形螺纹，阴极靶材4与螺纹调节杆6可拆卸地固定，具体地，阴极靶材4上开设有螺纹凹孔401，螺纹调节杆6背离调节部601的一端设置有螺纹头603，螺纹头603与螺纹凹孔401螺纹配合。
本实施例中，调节部601为旋钮(图中未标注)，旋钮上设置有调节参考刻度(图中未示出)。
本实施例中，旋钮和螺纹调节杆6为由绝缘材质制成，该绝缘材质可以是陶瓷、塑料，减少人员调节是触电的可能。
实施例2
参考图1、图3，本实施例公开了另一种离子源阴极结构，基于实施例1，本实施例与实施例1区别的地方在于：
调节部601连接有从动齿轮7，在其他实施例中也可以连接从动带轮，固定法兰盘1背离阴极靶材4所在的一侧还设置有调节伺服电机8，调节伺服电机8的主轴上设置有与调节部601上从动齿轮7啮合的驱动齿轮801，若调节部601连接从动带轮，则调节伺服电机8可连接驱动带轮，通过一同步带连接驱动带轮与从动带轮，在其他实施例中，调节伺服电机8还可以与调节部601直接固定连接，与调节部601同轴同步转动，调节伺服电机8与一电机控制模块(图中未示出)电性连接，通过电机控制模块控制调节伺服电机8转动。
离子源阴极结构还包括离子束流强度检测装置9、信号处理器(图中未示出)，离子束流强度检测装置9为现有的积分仪，离子束流强度检测装置9与信号处理器电性连接，离子束流强度检测装置9实时检测等离子体经过加速后所产生的离子束流的强度，信号处理器与电机控制模块电性连接，根据离子束流的强度，信号处理器向电机控制模块发送调节指令，通过电机控制模块再驱动调节伺服电机8转动，进而调整的阴极靶材4的位置。
实施例3
参考图4，本实施例公开了另一种离子源阴极结构，基于上述实施例，本实施例与上述实施例区别的地方在于：
固定法兰盘1上开设有转动槽103，螺纹调节杆6外设置有凸起沿604，凸起沿604为圆盘状，凸起沿604与螺纹调节杆6的轴线同轴设置，凸起沿604在转动槽103内转动。
参考图，螺纹调节杆6远离调节部601的一端外设置有外调节螺纹602，阴极靶材4可拆卸地固定于一调节套10上，调节套10为绝缘套，可以为陶瓷套或塑料套；
阴极靶材4可以设置外螺纹连接凸起402，调节套10内设置内螺纹1001，通过外螺纹连接凸起402插入并与内螺纹1001连接，实现阴极靶材4与调节套10之间的可拆卸固定。
参考图，调节套10内设置有与螺纹调节杆6螺纹配合的内调节螺纹1022，固定法兰盘1背离调节部601的一侧设置有滑槽104，调节套10的外壁滑槽104滑动配合，调节套10的横截面形状为非圆形，调节套10的横截面形状可以是椭圆、规则或不规则多边形。
采用这种结构，螺纹调节杆仅需转动而不必沿其轴线方向移动，有利于提高调节的精度，且采用这种结构可将调节套设置为绝缘，进一步减少螺纹调节杆带电的可能，提高安全性。
实施例4
本实施例公开了一种离子束产生方法，参考图1、图5，运用现有技术中的触发电极3、引出电路11以及离子加速电路12以及上述实施例中的离子源阴极结构，包括以下步骤：
步骤一：将阴极靶材4与高压电源负极连接，向阴极靶材4供电，触发电极3触发阴极靶材4产生电弧，从而产生等离子体；
步骤二：等离子体经引出电路11引出，再经离子加速电路12将电弧中等离子体加速形成离子束；
步骤三：当离子束流强度降低时，通过调节部601驱动螺纹调节杆6旋转，使螺纹调节杆6带动阴极靶材4动，调整阴极靶材4相对于屏蔽套2端部的相对位置，使其与阴极靶材4消耗前的状态一致。
在步骤三中，通过离子束流强度检测装置9检测阴极靶材4产生的离子束流强度，将其检测信号反馈至信号处理器中，信号处理器根据离子束流强度通过电机控制模块控制调节伺服电机8运转，直到离子束流强度检测装置9反馈的离子束流强度处于预设的允许范围值，该允许范围值为人为设置。
在步骤三中，当离子束流强度检测装置9检测的离子束流强度值低于预设的阀值时，停止供电，将固定法兰盘1整体拆卸，将安装套5与连接凸台101分离，将阴极靶材4拆卸，对阴极靶材4进行更换，该阀值为人为设置。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。
1.一种离子源阴极结构，包括固定法兰盘(1)、屏蔽套(2)以及阴极靶材(4)，所述屏蔽套(2)连接于所述固定法兰盘(1)的一侧，所述屏蔽套(2)与所述阴极靶材(4)同轴设置，其特征在于，所述固定法兰盘(1)可转动地穿设有螺纹调节杆(6)，所述螺纹调节杆(6)为绝缘杆，所述螺纹调节杆(6)的轴线与所述屏蔽套(2)的轴线重合，所述螺纹调节杆(6)的一端与所述阴极靶材(4)连接并驱动所述阴极靶材(4)沿所述螺纹调节杆(6)的轴线方向移动，所述螺纹调节杆(6)的另一端设置有调节部(601)。
2.根据权利要求1所述的离子源阴极结构，其特征在于，所述螺纹调节杆(6)外设置有外调节螺纹(602)，所述固定法兰盘(1)中部开设通孔(1021)，所述通孔(1021)内设置有与所述螺纹调节杆(6)配合的内调节螺纹(1022)，所述阴极靶材(4)与所述螺纹调节杆(6)可拆卸地固定。
3.根据权利要求1所述的离子源阴极结构，其特征在于，所述固定法兰盘(1)上开设有转动槽(103)，所述螺纹调节杆(6)外设置有凸起沿(604)，所述凸起沿(604)在所述转动槽(103)内转动，所述螺纹调节杆(6)外设置有外调节螺纹(602)，所述阴极靶材(4)可拆卸地固定于一调节套(10)上，所述调节套(10)内设置有与所述螺纹调节杆(6)螺纹配合的内调节螺纹(1022)，所述固定法兰盘(1)背离所述调节部(601)的一侧设置有滑槽(104)，所述调节套(10)的外壁所述滑槽(104)滑动配合，所述调节套(10)的横截面形状为非圆形。
4.根据权利要求2或3任一项所述的离子源阴极结构，其特征在于，所述固定法兰盘(1)上设置有连接凸台(101)，所述连接凸台(101)外设置有外连接螺纹(1011)，所述屏蔽套(2)可拆卸地固定于一所述安装套(5)上，所述安装套(5)上设置有与所述连接凸台(101)螺纹配合的内连接螺纹(501)。
5.根据权利要求4所述的离子源阴极结构，其特征在于，所述固定法兰盘(1)背离所述阴极靶材(4)所在的一侧还设置有调节伺服电机(8)，所述调节伺服电机(8)的主轴与所述调节部(601)连接，所述调节伺服电机(8)与一电机控制模块电性连接。
6.根据权利要求5所述的离子源阴极结构，其特征在于，离子源阴极结构还包括离子束流强度检测装置(9)、信号处理器，所述离子束流强度检测装置(9)与所述信号处理器电性连接，所述信号处理器与所述电机控制模块电性连接。
7.根据权利要求1-3任一项所述的离子源阴极结构，其特征在于，所述调节部(601)为旋钮，所述旋钮上设置有调节参考刻度。
8.一种离子束产生方法，其特征在于，运用触发电极(3)、引出电路(11)、离子加速电路(12)以及权利要求6所述的离子源阴极结构，包括以下步骤：
步骤一：将阴极靶材(4)与高压电源负极连接，向阴极靶材(4)供电，触发电极(3)触发阴极靶材(4)产生电弧；
步骤二：离子加速电路(12)将电弧中等离子体加速形成离子束；
步骤三：当离子束流强度降低时，通过调节部(601)驱动螺纹调节杆(6)旋转，使螺纹调节杆(6)带动阴极靶材(4)动，调整阴极靶材(4)相对于屏蔽套(2)端部的相对位置，使其与阴极靶材(4)消耗前的状态一致。
9.根据权利要求8所述的离子束产生方法，其特征在于，在步骤三中，通过离子束流强度检测装置(9)检测阴极靶材(4)产生的离子束流强度，将其检测信号反馈至信号处理器中，信号处理器根据离子束流强度通过电机控制模块控制调节伺服电机(8)运转，直到离子束流强度检测装置(9)反馈的离子束流强度处于预设的允许范围值，该允许范围值为人为设置。
10.根据权利要求9所述的离子束产生方法，其特征在于，在步骤三中，当离子束流强度检测装置(9)检测的离子束流强度值低于预设的阀值时，停止供电，将安装套(5)与连接凸台(101)分离，将阴极靶材(4)拆卸，对阴极靶材(4)进行更换，该阀值为人为设置。
技术总结