Форвакуумный импульсный плазменный источник электронов для модификации поверхности диэлектрических материалов

• Автор: Юшков, Юрий Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 104 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ПЛАЗМЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ПУЧКОВ В ФОРВАКУУМНОЙ ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ
1.1. Особенности формирования-широкоапертурных электронных пучков в форвакуумной области давлений
1.2. Взаимодействие электронного пучка с изолированной мишенью в форвакуумной области давлений
1.3. Обработка электронным пучком поверхности керамики
1.4. Выводы и постановка задач исследований
ГЛАВА II. ФОРМИРОВАНИЕ ОДНОРОДНОГО
ИМПУЛЬСНОГО ПУЧКА БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ
2.1. Техника и методика эксперимента
2.2. Радиальное распределение плотности тока
в электронном пучке
2.3. Формирование электронного пучка с использованием многоапертурной системы извлечения
2.4. Выводы
ГЛАВА III. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МИШЕНИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА
3.1. Техника и методика эксперимента
3.2. Результаты экспериментов по измерению потенциала керамики, облучаемой импульсным электронным пучком
3.3. Выводы
ГЛАВА IV. МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ КЕРАМИКИ ИМПУЛЬСНЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ
4.1. Техника эксперимента

4.2. Результаты измерений толщины и свойств модифицированного поверхностного слоя керамики
4.3. Модификация поверхности керамики
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное развитие техники генерации широкоапертурных электронных пучков (электронных пучков большого сечения) связано с перспективностью их использования для обработки поверхностей с большой площадью. Такая обработка пучками в вакууме и остаточной атмосфере различных газов используется в радиационных технологиях [1,2], термической обработке различных материалов [3-8], нанесении покрытий [9-11].
Плазменные источники электронов - ускорители электронов прямого действия с плазменным катодом [12], как известно, некритичны к «тяжелым» вакуумным условиям и, в сущности, не имеют альтернативы при решении проблем генерации электронных пучков в области повышенных давлений, в том числе и в форвакуумном диапазоне [13].
Расширение рабочего диапазона давлений электронных источников, в так называемую форвакуумную область (1-20 Па), связано не только со значительным упрощением системы вакуумной откачки (в этом случае требуется лишь одна механическая ступень вакуумирования), но, в гораздо большей степени, с открывающимися новыми возможностями электроннолучевых технологий. Прежде всего, следует выделить плазмохимические технологии [14], а также уникальную возможность непосредственной электронно-лучевой обработки непроводящих материалов [15-17] (здесь и далее, под непроводящими материалами подразумеваются диэлектрические материалы, например, керамики).
Привлекательность и эффективность применения широкоапертурных форвакуумных электронных источников в технологических приложениях обусловлена достижением в этих источниках необходимых параметров самого пучка. К таким параметрам следует, прежде всего, отнести энергию электронов, полный ток пучка и плотность тока в нем, а также однородность распределения плотности тока по его сечению.

Диаметр и высота изоляторов равны, соответственно, 100 и 70 мм для разрядного и 146 и 40 мм для ускоряющего промежутков. Источник электронов размещался на вакуумной камере, откачиваемой механическим насосом до предельного давления 1 Па. Рабочее давление (1-20 Па) регулировалось подачей газа (аргона или воздуха) непосредственно в вакуумную камеру.
Рис. 2.1. Экспериментальный макет импульсного источника электронов: 1 -катодный фланец с цилиндрическим полым катодом, 2 - катодная вставка, 3 - изолятор разрядного промежутка, 4 - анодный фланец, 5 - анодная сетка, 6 - изолятор ускоряющего промежутка, 7 - сетка экстрактора.
Генерация импульсного электронного пучка с током до 120 А, при токе разряда 150 А, длительностью импульса (регулируемая) от 10 до ЮООмкс и частотой повторения (0,1 -50) Гц, в источнике обеспечивалась сочетанием импульсного режима горения разряда с постоянным напряжением на ускоряющем