Плазма и плазмогенератор

Замена аргона

Полученные результаты однозначно свидетельствуют о том, что исследуемая система является эффективным средством для формирования композиционных наноструктурных плёнок (покрытий) на основе двух металлов с возможностью регулировки относительного содержания компонент в процессе осаждения покрытия. Показано, что концентрация Подробнее »

Общее снижение скорости

Последнее пока что можно объяснить только тем, что скорость конденсации алюминия в этой области равна скорости его распыления ионами аргона. Наличие хрома в спектрах покрытий, скорее всего, можно объяснить влиянием основы образцов: в экспериментах, были использованы образцы из нержавеющей стали, содержащей хром. Подробнее »

Постоянный ток дугового разряда

Система управления, регистрации и обработки данных производилась с использованием блока БУИП авторской (Соболь) разработки.

Распределение для случая обоих действующих одновременно источников плазмы в высоком вакууме напоминает сумму распределений для отдельных потоков. Общее снижение скорости роста толщины конденсата по всей Подробнее »

Титановая плазма

С одной стороны, соединения на основе (TI, A1)N привлекают к себе повышенное внимание как весьма перспективные материалы для формирования износостойких покрытий. С другой стороны, титан и алюминий являются достаточно удобной парой элементов для измерения их относительного содержания в конденсатах, в частности рентгенофлюоресцентным методом, Подробнее »

Условия работы

В работах описана система формирования радиальных потоков (СФРП) фильтрованной вакуумно-дуговой плазмы на базе двух встречных аксиальных потоков, генерируемых двумя плазменными источниками с магнитной фокусировкой. По эффективности транспортировки ионной компоненты плазмы система намного превосходит все известные Подробнее »

Эрозионные следы

В работе исследовалось поведение вакуумной дуги в системе с плоскими электродами в сильном магнитном поле (порядка 0,1 Тл), параллельном оси разряда. Было показано, что при замагниченности электронной компоненты плазмы ограничивается угол разлета плазменной струи от катода к аноду. Если поле превышает некоторую критическую величину, Подробнее »

Симметрия пространственной структуры

Специфические для вакуумной дуги катодные пятна хаотически двигаются по поверхности электрода, участвуя в сложной динамике - двигаются, делятся, сталкиваются, группируются. Такое поведение компактных объектов привело к частицеобразным образам и терминологии. Функционирование катодного пятна связано с эмиссией электронов независимо Подробнее »

Обратное движение

При смещении сборки магнитов на торец электродов качественно картина развития разряда не меняется. Разряд также локализовался в области магнитов, но позже, когда к сборке подходил передний фронт разряда.

По СФР-кадрам определялись скорости движения переднего и заднего фронтов плазмоида и его скорость как единого образования. Подробнее »

Азимутальная симметрия

Контрастная структура областей эрозии и корреляция со структурой магнитного поля стали более отчетливыми. Характер эрозионных следов, состоящих из треков и ёлочных структур, которые двигались в противоположных направлениях, сохранился, что свидетельствует о сложной пространственно-временной динамике Подробнее »

Внешнее магнитное поле

При наложении внешнего магнитного поля с периодической структурой характер эрозии электродов качественно менялся. Нитридное покрытие полностью разрушалось в области сборки магнитов, а подвергшаяся эрозии поверхность катода имела матовый металлический цвет, причем, напротив магнитных арок - более темного цвета. Наибольшая Подробнее »

Экспериментальные исследования сильноточного вакуумного разряда проводились на установке, обсуждавшейся

Внешнее магнитное поле, влияние которого на разряд исследовалось, было создано с помощью сборки из нескольких (6-10) цилиндрических редкоземельных постоянных магнитов. Магниты размещались внутри центрального электрода-анода с постоянным шагом полюсами навстречу один другому. Таким образом, результирующее поле представляло Подробнее »

Структура внешнего магнитного поля

Экспериментальные исследования сильноточного вакуумного разряда проводились на установке, обсуждавшейся на конференции. Принципиально - это электродинамический плазменный ускоритель с коаксиальной системой электродов. Внешний электрод коаксиала, который служил катодом, сделан из ферромагнитного металла, внутренний - из неферромагнитного Подробнее »

Динамика и локализация вакуумно-дугового разряда в коаксиальном плазменном ускорителе в неоднородном магнитном поле с радиальной структурой

Одним из известных устройств, предназначенных для использования и исследований сильноточных электрических разрядов, является электродинамический плазменный ускоритель или плазменная пушка с коаксиальной или рельсотронной системой электродов. В недавних публикациях электрический разряд в таком устройстве предлагается использовать для очистки Подробнее »

Диффузный разряд

Поскольку стабильность разряда и температура поверхности катода являются основными факторами, влияющими на эрозию катода, то для каждой длины катода существует определенная величина тока, при которой эрозия и скорость уноса активирующих добавок минимальна. Такой режим реализуется при минимальных токах диффузного разряда, которые близки к критическим Подробнее »

Полученная зависимость

При этом тепловой поток в катод определяется по формуле в зависимости от радиуса и температуры торца катода.

Диффузный разряд на катоде и аноде наблюдался при токах дуги свыше 103 А. Длина дуги составляла 3 мм, измеренная температура катода 2900 К. Термоэмиссионная плотность тока соответствовала измеренной величине по диаметру Подробнее »

Цель работы

В общем случае вольт-амперная характеристика прикатодной области является немонотонной. Существуют три зоны разряда, отличающиеся по знаку локального дифференциального сопротивления. При низкой плотности существует зона возрастания катодного падения, где реалиизуется диффузный разряд. Если плотность термоэмиссионного Подробнее »

Диаметр отверстий

С увеличением расстояния от плоскости отверстий степень ионизации плазмы снижается.

Активированные катоды находят широкое применение в дутовых плазмотронах. Их преимущество заключается в низкой скорости эрозии, которая достигается за счет снижения температуры рабочей поверхности. Однако такое преимущество реализуется только Подробнее »

Заземление цилиндра

Для этих характеристик принципиальным является насыщение разрядного и ионного токов, когда увеличение напряжения не приводит к росту вышеуказанных. В этом случае прирост напряжения приводит только к увеличению энергии электронного и ионного потоков. В силу того, что ионный ток и ток разряда после достижения насыщения не изменяют Подробнее »

Однополюсный переключатель

В процессе исследований ток дугового разряда на катоде поддерживали на уровне 100 А.

Проведены исследования зависимости токов газового дугового разряда как при изолированном цилиндре, так и при заземлённом (через амперметр) и ионного тока через цилиндр от давления газа (аргона или азота).

С увеличением давления газа Подробнее »

Электропитание установки

При этом прианодная плазма, как правило, имеет потенциал, близкий к потенциалу анода, а прикатодная плазма имеет потенциал на два-три десятка вольт (в зависимости от материала катода вакуумно-дугового разряда) выше потенциала катода. Целью работы является определение характеристик разряда, связывающих Подробнее »

Увеличение энергии

В то же время максимальным сечением однократной ионизации обладают электроны с энергиями 50...100 эВ. Обеспечить такую энергию электронов в положительном столбе плазмы дугового разряда можно с использованием сжатого вакуумно-дугового разряда (в дальнейшем СВДР). При этом важно определить взаимозависимости Подробнее »

Скорости перемещения

Вакуумно-дуговой газовый разряд с плазменным катодом (он же газовая ступень двухступенчатого вакуумно-дугового разряда) успешно используется для химико-термической обработки изделий или отжига в вакууме.

В ряде случаев обработку изделий желательно проводить при высокой степени диссоциации и ионизации технологических газов. Подробнее »

Электронно-магнитная модель

Если внешнее магнитное поле направлено к катоду под углом, то движение электронов от КП направлено вдоль магнитных силовых линий, и его магнитное поле со стороны острого угла складывается с магнитными полями тока ячейки и катода, удерживая электроны у поверхности катода, повышая плотность поверхностной плазмы и, таким Подробнее »

Магнитные поля

Таким образом, с внешними магнитными полями наиболее активно взаимодействуют электроны, находящиеся примерно на таком расстоянии от ячейки, где собственные магнитные поля по порядку величины сравнимы с внешними, и на этих расстояниях от ячейки определяются характер и направление движения КП. Вероятно, с этим связано утверждение Подробнее »

Внешнее тангенциальное магнитное поле

Рассмотрим примеры движения КП, состоящего из одной ячейки.

На протяжённом катоде при подключении источника тока к одному из его концов весь ток разряда течёт к месту подключения, его магнитное поле Нк в этом направлении не ослабевает, электроны удерживаются в прикатодной области на большем расстоянии от ячейки, Подробнее »

Возникновения ячеек

Эти процессы происходят в прикатодной области (103 см). Выше этой области согласно закону Ампера токи отдельных ячеек взаимно притягиваются, это, вероятно, приводит к тому, что ячейки группируются в одно КП. Располагающиеся по периметру КП ячейки взаимодействуют с поверхностью катода, и, как упоминалось Подробнее »

Ускорение ионов

При толщине плёнки 30...50 А вероятность пробоя диэлектрического конденсатора (и создания ячейки) велика, так как туннельная эмиссия электронов ослаблена, а условия его зарядки хорошие. Наличие большого количества сорбированных газов, микроострий и тонких диэлектрических плёнок способствует возникновению новых ячеек Подробнее »

Присутствие плёнки окислов

По периметру ячейки, где изменение магнитного поля максимально и максимально индуцированное электрическое поле Еи, последнее ускоряет электроны в сторону анода. При малых токах низковольтной дуги (10...20 А), когда dl/dt относительно невелико, энергия этих электронов составляет 50 эВ; при dl/dt 1013 А/с их энергия превышает Подробнее »

Индуцированное электрическое поле

При увеличении напряжения на дуге скорость изменения тока существенно увеличивается, о чём можно судить по длительности импульса рентгеновского излучения 0,03...0,2 не (который равен длительности переднего фронта импульса тока) - излучение становится более жёстким. Это же подтверждается и в работе, где в высоковольтной дуге Подробнее »

Ионы из прикатодной плазмы

Под действием индуцированных электрических полей по периметру ячейки, где магнитные поля максимальны и соответственно максимальны значения dH/dt, протекают индуцированные токи, аналогичные гало-токам, возникающим в плазме токамака при прохождении по ней импульсов разрядного тока и направленными противоположно ему, т. е. по периметру Подробнее »

Энергия ионов

В плазменных потоках микросекундных вакуумных дуг с токами около 10 А обнаружены металлические ионы с энергиями, достигающими 10 кэВ, в то время как при более длительных дугах энергия ионов обычно находится в пределах сотни электрон-вольт. В вакуумно-дуговой плазме также обнаружены потоки электронов, Подробнее »

Катодные пятна

Наиболее предпочтительным вариантом является катодная система с изогнутым дополнительным катодом, направленным внутрь полого анода, при котором количество микрокапель, проникающих в полый анод минимально, причем микрокапли с диметром больше, чем 0.7 мкм не были зафиксированы.

Катодные пятна (КП) - очень важное явление Подробнее »

Максимальные величины

Время нахождения пятна в том или другом месте катодного рельефа или уход его за край рабочей поверхности (на боковую поверхность электрода) может длиться секунды. В режиме постоянного тока, когда рабочий процесс длится десятками минут и более, этого времени достаточно для того, чтобы усреднённый по нему ионный ток (и, следовательно, Подробнее »

Характер зависимости системного коэффициента

Авторы работ отмечают, что наряду с ростом в присутствии аргона повышалась также скорость осаждения конденсата. Это исключает возможность считать, что рост в данном случае обусловлен только добавкой ионов газа. Поэтому для раскрытия механизма данного явления требуются дальнейшие исследования.

Максимальные Подробнее »

Магнитная щель

Положение щели относительно входного торца анода регулировалось путём подбора величины и направления токов в катушках Fl, F2 и F3. Критерием эффективности транспортировки плазмы вдоль плазмоведущего канала системы служил системный коэффициент эффективности т = 1Да. Ионный ток, измеряли коллектором в положении Подробнее »

Влияние неоднородности продольного магнитного

Согласно плазмооптической модели поведения ионов в частично замагниченной плазме, отражение ионов в области зеркала определяется их взаимодействием не с магнитным, а с электрическим полем, распределение которого соответствующим образом коррелирует с топографией магнитных силовых линий.

Таким образом, в механизме потерь плазмы при прохождении Подробнее »

Внутренний диаметр анода

Влияние неоднородности продольного магнитного поля в плазмоведущем канале на эффективность прохождения титановой плазмы по каналу исследовалось с помощью системы. Распределение интенсивности поля внутри анода устанавливалось регулировкой величины и направления тока в соединённых последовательно катушках F1 и F2. Токи Подробнее »

Трубчатый анод

Трубчатый анод выполнен из немагнитной нержавеющей стали. Длина анода - 200 мм, внутренний диаметр - 180 мм. К выходному торцу анода через изолятор подсоединён цилиндрический плазмовод. Вдоль анода и плазмовода размещены катушки Fl - F3 и F4 и F5 соответственно. Средний диаметр катушек составляет 245 мм, ширина - 50 мм. Каждая Подробнее »

Прохождение плазмы через кольцевой анод

В противном случае возникают потери вследствие отражения части плазменного потока от зеркала. Обычно напряжённость магнитного поля в плазмоведущем тракте составляет величину от 5 до 30 мТл. Однако стабильность работы плазменного источника часто нарушается даже в том случае, когда поле в аноде достигает только нижнего предела указанного Подробнее »

Вакуумно-дуговые источники плазмы

Прохождение плазмы через кольцевой анод с отверстием цилиндрической формы изучалось авторами работ. Размеры электродов исследуемого источника были сравнительно невелики. Диаметр катода составлял около 17 мм, внутренний диаметр плазмоведущего канала в аноде - до 50 мм при длине 35 мм. Таким образом, исследованная система Подробнее »

Прохождение плазмы вдоль анода и стабилизация разряда

В процессе движения КП в результате его последовательных остановок рабочая поверхность катода покрывается серией глубоких лунок, что ухудшает со временем стабильность дугового разряда. При высокотемпературной обработке (ВТО) катода из ГСП происходит графитизация пироуглеродной составляющей, сопротивление катода снижается до величины Подробнее »

Зависимость формы эродирующего торца

В экспериментах использовались катоды, изготовленные из различных марок промышленного графита и такого же графита, пропитанного пироуглеродом по методу, описанному в работах, а также из материала на основе порошка графита, связанного пироуглеродом (ГСП). Пропитка промышленных графитов и порошков графита увеличивает Подробнее »

Стабильность горения

В случае вакуумной дуги с графитовым катодом реакция КП на внешнее магнитное поле качественно такая же, как и в случае металлического катода. В обоих случаях пятно вращается вокруг центра электрода под действием радиальной компоненты поля, одновременно смещаясь от центра к периферии против градиента осевой компоненты поля. Последнее Подробнее »

Экранировка дополнительного анода

Стабильность горения дуги определялась как число её погасаний (и) в единицу времени, а вероятность поджига - как отношение числа актов зажигания дуги к числу всех поджигающих импульсов, поступивших в единицу времени на электрод.

На предварительной стадии экспериментов использовались катоды из модельного материала титана. Подробнее »

Поджиг дуги

Источник с магнитной стабилизацией катодного пятна дуги отличался от источника с автостабилизацией катодного пятна конической формой катода, более мощной стабилизирующей магнитной катушкой, местом расположения дополнительного анода и поджигающего устройства относительно торцевой поверхности катода. Кроме того, для повышения стабильности горения Подробнее »

Формирование потоков углеродной плазмы

Формирование потоков углеродной плазмы, подлежащей очистке от МЧ с помощью магнитных фильтров, в производственной практике чаще всего осуществляется с помощью генераторов (источников) плазмы с магнитной фокусировкой. Катодный узел таких источников выполняется либо по схеме с автостабилизацией, либо с магнитным удержанием катодного пятна (КП) Подробнее »

Неправильное поведение плазменного потока

В связи с неоднородностью энергетического состава частиц плазменный поток деформируется. В поперечном сечении он приобретает вид кометы с хвостом в сторону. Отпечаток такой картины получен на стеклянном зонде авторами работы. Интенсивность хвоста определяет уровень дрейфовых потерь и сильно зависит от величины положительного напряжения Подробнее »

Продольное движение плазмы

Продольное движение плазмы в криволинейном магнитном поле приводит к разделению зарядов и к поляризации плазмы в плоскости кривизны магнитных силовых линий: замагниченные электроны движутся по винтовой траектории вдоль магнитных линий, а незамагниченные ионы, двигаясь по инерции прямолинейно, смещаются под действием центробежной силы Подробнее »

Частицы плазменного потока

В грубом приближении потенциал средней части потока можно считать равным. Здесь напряжение между анодом и катодом (напряжение горения дуги); - катодное падение, приблизительно равное напряжению на свободно горящей дуге (без магнитного поля). Таким образом, уходу ионов на анод препятствует потенциальный Подробнее »

Потери плазмы в фильтре с криволинейным плазмоводом

Очевидно, что те из перечисленных требований, которые относятся к геометрическим параметрам, вступают в противоречие с требованиями, выполнение которых обеспечивает наилучшее фильтрующее качество системы. В этой связи выбор геометрических параметров R, rK, L и в (суммарный угол изгиба плазмовода) определяется допустимым Подробнее »

Эффективность транспортировки

При транспортировке потоков плазмы металлов с энергией даже в несколько десятков электронвольт для выполнения неравенства потребовались бы поля свыше 1 Тл. Но при таких полях практически невозможно обеспечить стабильное горение дуги постоянного тока. Кроме того, определённые трудности возникли бы при инжекции плазмы Подробнее »

Прохождение плазмы через магнитный фильтр

Задача упрощается при использовании компьютерного расчёта движения МЧ. Нами эта задача решалась в двумерном приближении для осесимметричных и плоскосимметричных систем. Предполагалось, что макрочастицы твёрдые и имеют сферическую форму, внутренние поверхности плазмовода и перехватывающие ребра гладкие, отражение МЧ от стенок частично Подробнее »

Упрощение магнитной системы

Эффективная площадь поперечного сечения потока для большинства таких фильтров составляет всего несколько см, в лучшем случае - несколько десятков см2. Это, в свою очередь, обусловливает соответствующие неудобства при использовании рассматриваемых устройств на практике. Обработка изделий с размерами, Подробнее »

Попытки повысить эффективность систем

Макрочастицы, двигаясь прямолинейно, наталкиваются на эту преграду и не попадают на подложку, в то время как ионная компонента плазменного потока с помощью магнитного поля направляется на подложку в обход преграды. Вследствие того, что не все МЧ полностью теряют кинетическую энергию даже при нескольких последовательных столкновениях Подробнее »

Покидающие анод пары

Возникает и усиливается электронная эмиссия, появляется слабый ток через плазму. Стержень разогрет до предела, ток достигает максимума. Эмиттнруемые электроны удерживаются сильным магнитным полем стержня, происходит интенсивная ионизация газа и паров металла, из которого изготовлен стержень, развивается интенсивный тлеющий Подробнее »

Нетрадиционные схемы

Если катод и мишень изготовлены из разных материалов, то, изменяя давление аргона, можно управлять соотношением этих металлов в общем потоке на подложку, осаждая таким образом двухкомпонентной покрытие нужного состава. При прочих равных условиях источник позволяет осаждать покрытие равной толщины на площади, на порядок превышающей площадь Подробнее »

Системы питания импульсных источников плазмы

При этом на катоде возникает униполярная дуга, которая потом переходит в основной разряд между катодом и анодом. Область эрозии катода расположена симметрично относительно места поджига. Для равномерной эрозии (выгорания) катода предусматривается сканирование его поверхности лазерным лучом. Выбор авторами Подробнее »

Схема сильноточного импульсного источника

Подбором амплитуды импульсов и скважности регулируется величина среднего тока разряда, которым, в свою очередь, определяется средний ионный ток на подложку, от которого зависят скорость осаждения конденсата и тепловая нагрузка на подложку. При этом снимается принципиальное ограничение снизу на величину этой нагрузки (в отличие от дуги постоянного Подробнее »

Температура электронов

Фокусирующая система источника состоит из двух катушек, включённых встречно друг к другу и размещённых так, что кольцевая магнитная щель между ними находится примерно в одной плоскости с рабочим торцом катода. Ослабление эмиссии МЧ здесь происходит за счёт повышения скорости ретроградного движения КП под действием Подробнее »

Идея снижения содержания МЧ

Температура электронов повышается на порядок (до 25 эВ против 2,5 эВ, характерных для обычных условий). Такой энергии достаточно для ударной доионизации нейтральных паров металла. В присутствии азота происходит диссоциация молекул и ионизация атомов газа. В результате выходной поток газометаллической Подробнее »

Источники плазмы с дугой в магнитном поле

Питание магнитных катушек в рассматриваемых устройствах может осуществляться как от отдельного устройства, так и от источника питания дуги при последовательном включении катушки в цепь питания дуги. Последний вариант выгоден экономически, так как позволяет избавиться от отдельного источника питания фокусирующей Подробнее »

Бескапельные режимы дуги

Если теплоизолированным электродом является катод, то для некоторых катодных материалов (особенно сублимирующих) возможен переход дуги с катодным пятном к дуге с распределённой зоной привязки разряда к катоду без образования микропятен, эмитирующих МЧ.

Во всех трёх случаях генерируемые пароплазменные потоки отличаются Подробнее »

Управляемое движение КП

Если магнитное поле направлено наклонно к поверхности катода, то траектория КП, совершающего ретроградное перемещение под действием тангенциальной компоненты поля, отклоняется в сторону острого угла, под которым вектор магнитного поля пересекает поверхность катода, в соответствии с так называемым правилом острого угла. Следует, однако, отмстить, Подробнее »

Снижение плотности тока

Присутствие газа в разрядном промежутке. Содержание МЧ в плазме и соответственно в конденсате уменьшается в присутствии активного газа в системе. Это явление исследовалось авторами работ. В частности, установлено, что при повышении давления азота от 103 до 1 Па в системе с титановым катодом концентрация капель в конденсате снижалась от 29,6 Подробнее »

Факторы, определяющие ослабление эмиссии МЧ

Снижение интегральной температуры катода. Количество расплава в катодном пятне и, следовательно, интенсивность каплеобразования определяются тсплоотводом из активной зоны пятна в окружающий массив катодного материала и температурой этого массива. Экспериментально установлено, что унос массы катодного материала в капельной фазе увеличивается в несколько Подробнее »

Осаждение покрытий

По оценкам авторов работы, капли в случае медного катода теряют до 30% своей массы. А. Андерс, анализируя энергетический баланс МЧ с учётом нагрева бомбардировкой ионами и электронами, а также охлаждения в результате теплового излучения и испарения, приходит к выводу о невозможности полного испарения МЧ в обычных Подробнее »

Малые размеры пятна

Малые размеры пятна, в котором сосредоточен весь разрядный ток, обусловливают разбрызгивание жидкого металла под воздействием высокоплотного потока ионов, поступающих на поверхность расплава из области катодного падения потенциала дуги. По оценкам Боксмана и Голдсмита, давление, которое оказывает ионный поток на расплав, составляет Подробнее »

Плазменный источник

В сущности, все исследования катодного пятна (КП) в той или иной мере затрагивают проблему МЧ, поскольку процессы в пятне связаны с их (МЧ) эмиссией. Не вдаваясь в анализ имеющихся экспериментальных и теоретических данных, отметим только наиболее обоснованные и наиболее распространённые представления о МЧ, которые могут, как мы полагаем, Подробнее »