Разработка и исследование источника ускоренных ионов и плазмы на основе непрерывного вакуумно-дугового разряда и систем очистки плазмы от микрокапельной фракции

• Автор: Степанов, Игорь Борисович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 188 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ФОРМИРОВАНИЕ ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ И ПУЧКОВ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ В ИСТОЧНИКАХ НА ОСНОВЕ ИСПАРЕНИЯ МЕТАЛЛА ВАКУУМНОЙ ДУГОЙ
1.1. Источники плазмы на основе вакуумно-дугового разряда и характеристики формируемых плазменных потоков
1.2. Параметры капельной фазы
1.3. Исследования по формированию очищенных от микрокапельной фракции плазменных потоков и пучков ускоренных ионов в источниках на основе испарения метала вакуумной дугой
1.3.1. Методы снижения доли микрокапельной фракции в структуре наносимых покрытий
1.3.2. Устройства очистки плазмы вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции
1.4. Формирование пучков ускоренных ионов в источниках на
основе испарения металла вакуумной дугой
Выводы
ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ОЧИСТКИ ПЛАЗМЫ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РАЗРЯДА ОТ МИКРОКАПЕЛЬНОЙ ФРАКЦИИ
2.1. Экспериментальное оборудование и методика исследования
2.2. Исследование процессов формирования приэлектродного падения напряжения в плазмоводах жалюзного типа
2.3. Исследование закономерностей распространения плазмы в однощелевой системе жалюзного типа
2.4. Исследование процессов распространения вакуумно-дуговой плазмы
в многоэлектродных жалюзных системах
2.5. Исследование аксиально-симметричных плазменных фильтров

2.6. Исследование закономерностей очистки плазмы вакуумной
дуги при использовании механического сепаратора
Выводы
ГЛАВА Ш. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТОЧНИКА
УСКОРЕННЫХ ИОНОВ И ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ « РАДУГА 5» С НЕПРЕРЫВНЫМ ВАКУУМНО-ДУГОВЫМ РАЗРЯДОМ
3.1 Разработка плазменного фильтра для источника ускоренных ионов
и плазменных потоков
3.2 Система формирования ионного пучка и отсечки плазменных электронов
3.3 Источник пучков ускоренных ионов и плазменных потоков "Радуга 5"
3.4 Исследования по формированию пучков ускоренных ионов и плазменных потоков в источнике "Радуга 5"
Выводы
ГЛАВА IV. НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИОННО-ЛУЧЕВОЙ И ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИСТОЧНИКА "РАДУГА 5"
4.1 Исследование особенностей формирования покрытий в режиме генерации источником "Радуга 5" потоков металлической плазмы
4.2 Осаждение покрытий с использованием потоков металлической
плазмы и импульсно-периодических ионных пучков
4.3. Реализация режимов импульсно-периодической ионной имплантации
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Активно развиваемые в течение последних двух десятилетий исследования по взаимодействию заряженных частиц с поверхностью твердого тела, показали перспективность использования потоков ускоренных ионов в качестве уникального инструмента для модификации поверхностных свойств различных материалов. Воздействуя на поверхность металлов, полупроводников, органических материалов потоками плазмы и пучками ускоренных ионов можно направленно изменять на физико-химические, физико-механические, электрофизические и магнитные свойства поверхностных и приповерхностных слоев [1-17].
Один из наиболее перспективных способов генерации плазмы с целью последующего формирования направленных плазменных потоков и пучков ускоренных ионов, основан на использовании вакуумно-дугового разряда (ВДР). Интерес к разработке генераторов плазмы на основе ВДР определяется [18-23]:
- возможностью генерации плазмы любых проводящих материалов, включая металлы, сплавы, композиты, высоколегированные полупроводники;
- высокой степенью ионизации рабочего вещества и наличием многозарядных ионов;
- возможностью формирования потоков ионов в широком диапазоне токов;
- высокими начальными энергиями ионов;
- энергетической эффективностью и простотой реализации данного метода формирования плазменных потоков;
К настоящему времени широкое распространение, в том числе и в промышленных масштабах, получил метод модификации поверхностных свойств материалов, основанный на ионно-плазменном осаждении покрытий. Разра-

поля в плазме возникает азимутальный холловский ток электронов, что обеспечивает существование в плазме радиального электрического поля, направленного к оси системы. Вследствие эквипотенциальности магнитных силовых линий ионы, при условии 2еип>Еа ( где Еа - составляющая энергии иона, соответствующая его движению в направлении нормали к стенки плазмово-да), совершают колебания внутри определенной силовой магнитной трубки и продвигаются к выходу плазмовода. Таким образом, на выход системы приходят только заряженные компоненты плазмы; нейтралы и макрочастицы движутся прямолинейно и оседают на внутренней полости плазмовода. Подобные тороидальные фильтры были описаны и в работах [68, 80]. Среди рассмотренных конструкций оригинальной представляется разработка с использованием криволинейного плазмовода, образованного при изгибе однослойного соленоида, намотанного из тонкостенной трубки [68]. Благодаря малому (2,54 см) внутреннему диаметру плазмовода формирование магнитного поля (до 150 Э) в данной системе удалось осуществить в результате пропускания по плазмоводу тока дугового разряда. В работе [81] было установлено, что определенное количество частиц может преодолевать ПФ за счет отражения от стенок плазмовода. При этом количество частиц, прошедших ПФ, изменяется по сечению плазменного потока, а коэффициент отношения числа частиц на входе и выходе ПФ составляет от 15 до 150.
С целью упрощения конструкции криволинейного плазмовода, в разработке ПФ, изображенного на рис. 1.14, были использованы две прямолинейные секции, соединенные под углом 45° [72]. Защита обрабатываемых образцов от частиц, испытавших отражение при взаимодействии с поверхностью плазмовода, осуществлена с применением специальных перегородок. Для снижения импеданса между катодом и анодом для тока дуги и увеличения коэффициента пропускания фильтром ионов, в плазменный тракт были