Формирование ленточных и псевдоленточных пучков ионов металлов и плазмы

• Автор: Сивин, Денис Олегович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 153 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ФОРМИРОВАНИЮ ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ И ПУЧКОВ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ ИСПАРЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ВАКУУМНОЙ ДУТОЙ
1Л. Особенности формирования плазмы вакуумной дуги и технологические плазмогенераторы
1.2. Фильтрация плазмы вакуумной дуги от микрокапельной фракции
1.3. Вакуумно-дуговые источники ионных пучков
Выводы
ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЫ ПРОТЯЖЕННЫМ ВАКУУМНО-ДУГОВЫМ ИСПАРИТЕЛЕМ
2.1. Описание экспериментальной установки
2.2. Исследования по формированию ленточных потоков металлической плазмы с использованием двух вакуумно-дуговых генераторов плазмы
2.3. Исследования по формированию псевдоленточных потоков металлической плазмы
2.4. Фильтр для очистки плазмы вакуумной дуги от микрокапельной фракции
2.5. Исследование очистки плазмы от микрокапельной фракции
2.6. Исследование возможности трансформации микрочастиц вакуумно-дугового разряда на поверхности образцов при использовании короткоимпульсных высокочастотных потенциалов смещения
2.7. Исследование зарядового состояния ионов плазмы.
Выводы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФОРМИРОВАНИЮ ЛЕНТОЧНЫХ И ПСЕВДОЛЕНТОЧНЫХ ПУЧКОВ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ
3 Л. Формирование ленточных пучков ионов металлов
3.2. Формирование псевдоленточных пучков ионов металлов
3.3. Особенности формирования псевдоленточных пучков ионов металлов при импульсно-периодическом ускоряющем напряжении
Выводы
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИСТОЧНИКОВ ЛЕНТОЧНЫХ И ПСЕВ ДО ЛЕНТЧНЫХ ПУЧКОВ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ
4.1. Технологические особенности и возможности использования ленточных и псевдоленточных пучков ионов металлов
4.2 Формирование наностркутурных интерметаллидных
поверхностных слоев методом высокоинтенсивной ионной
имплантации ионов алюминия в мишень из никеля.
4.3. Формирование наностркутурных интерметаллидных
поверхностных слоев методом высокоинтенсивной ионной
имплантации ионов алюминия в мишень из титана
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13

ВВЕДЕНИЕ
Создание материалов с новыми свойствами определяет технический прогресс. В настоящее время металлургические методы практически исчерпали свои возможности по улучшению объемных свойств материалов. В большинстве случаев эксплуатационные свойства материалов, деталей и изделий на их основе определяются свойствами поверхности. В этой связи, развитие методов модификации поверхностных и приповерхностных слоев материалов стало определяющим в развитии технического прогресса. Среди многообразия методов модифицирования свойств поверхности, особое место занимают методы ионно-лучевой обработки и плазменного осаждения покрытий.
Исследования по взаимодействию пучков заряженных частиц с поверхностью твердого тела показали перспективность их использования в качестве уникального инструмента для улучшения поверхностных свойств различных материалов. Воздействие на поверхность полупроводников, металлов, органических материалов приводит к направленному изменению физико-химических, физико-механических, электрофизических магнитных свойств поверхностных и приповерхностных свойств материалов [1-12].
Применение ионов газов для модифицирующего воздействия на материалы в большинстве случаев ограничивается процессами внедрения ионов азота в поверхностный слой. Существенно большие возможности связаны с различными легирующими добавками в поверхностный слой материалов, созданием неравновесных фаз и структур при имплантации ионов металлов.
Ионная имплантация в металлы и сплавы требует применения доз облучения на несколько порядков больших по сравнению с полупроводниками [126]. Именно развитие ионной имплантации в металлы и сплавы резко стимулировало создание сильноточных источников ионов металлов на основе импульсной и непрерывной вакуумной дуги. С точки

достигается за счет сближения электродов фильтра до минимального расстояния, именно тех электродов, промежуток между которыми, имеет направление магнитного поля обратное по отношению к полю дугового испарителя. Использование фильтрации дуговой плазмы от'микрокапельной фракции является необходимым условием для надежной- и продолжительной работы источников ионных пучков, так как, наличие довольно плотного потока микрокапель сильно снижает эффективность ускоряющей системы источника и уменьшает электрическую надежность элементов установки.
1.3. Вакуумно-дуговые источники ионных пучков
Генераторы- металлической плазмы первоначально использовались преимущественно для формирования плазменных потоков обеспечивающих реализацию технологий ионно-плазменного осаждения покрытий. Первые работы посвященые применению короткоимпульсного вакуумно-дугового разряда для формирования: ионных пучков проводились около 40 лет назад [22]. В работе [21] была впервые показана возможность формирования ионов Ы*, Э+, С+ с энергией до нескольких десятков килоэлектрон-вольт.
В начале 80-х годов прошлого столетия, практически одновременно в нескольких научных центрах, были начаты работы по созданию источников сильноточных ионных пучков на основе применения импульсного вакуумнодугового разряда. В работе [75] хотя и не была описана конструкция ионного источника, но были представлены результаты по формированию ионных пучков проводящих материалов с длительностью импульса в несколько сотен микросекунд. Извлечение и ускорение в источнике осуществлялось непосредственно со свободной плазменной границы на торце широкого анода. Это обеспечило высокую эффективность ионного токоотбора, но накладывало жесткие ограничения на стабильность эмиссионной плазменной границы. Эффективность работы источника снижалась - и за счет того, что