Вакуумная плазменная технология высоких энергий

Вакуумная плазменная технология высоких энергий

Содержание

Введение

1. Вакуумнаяплазменнаятехнологиявысокихэнергий

2. Time and spatially resolved studies of an kHz-excited atmospheric pressure plasma jet for industrial applications

2.1 Основные положения

2.2 Общие наблюдения

2.2 .1 Динамический реактивный поток

2.2.2 Процессы распространения в реактивной зоне

2.3 ICCD наблюдения

2.4 Электрические исследования

2.5 Реактивный поток в атмосфере гелия

2.6 APPJ для смещения

Заключение

Список использованных источников

Введение

В настоящее время вакуумная плазменная технология высоких энергий (ВПТВЭ) модифицирования поверхности изделий и получения специальных покрытий из высокоионизированных потоков "металлической" плазмы в атмосфере реакционных газов нашла достаточно широкое применение во всех экономически развитых странах мира благодаря пионерским работам ученых СССР, выполненных в середине 70-х годов в области создания электродуговых генераторов и ускорителей таких потоков [1].

Работа этих устройств основана на использовании так называемой "вакуумной" дуги катодной формы, горящей в продуктах эрозии интегрально холодного катода и формирующей плазменные потоки, состоящие из атомов, ионов и микрокапель материала катода [2]. При этом принципиально новым было то, что в компактном низковольтном вакуумном устройстве удалось получить интенсивные плазменные потоки металла с расходом массы dm/dt=/iJ ((/х=0,4 ... 1,5)-10"7 кг/К - коэффициент электроэрозии катода, J -ток дуги), содержащие (30 ... 80)% ионов различной кратности ионизации со средней кинетической энергией (30 ... 150) эВ. Поэтому технические характеристики первых же образцов электродуговых ускорителей, получивших название "Пуск" по первым буквам словосочетания "плазменный ускоритель" (разработчик МВТУ им. Баумана), и электродуговых генераторов, получивших название "Булат" (разработчик Харьковский физико-технический институт), были принципиально не достижимы на разрабатываемых в тот период на западе устройствах, работающих на газовых разрядах.

Разработка плазменных генераторов и плазменных ускорителей для технологии обработки поверхности изделий машиностроения базировалось на использовании результатов, полученных при создании электрореактивных ускорителей двигателей космических аппаратов, электродуговых аппаратов разделения изотопов и получения особо чистых материалов для атомной промышленности, электродуговых гетерных вакуумных насосов и вакуумных электродуговых переключателей электрических токов большой величины [1-3].

Достигнутые к концу 70-х годов технические показатели оборудования для вакуумной плазменной технологии высоких энергий, а также высокая адгезионная прочность покрытий и открытый эффект получения покрытия из нитрида титана при температурах существенно более низких (300 ... 400 °С), чем температуры, вытекающие из законов равновесной химической термодинамики (800 ... 1000 °С) и предопределили интенсивное развитие этой технологии.

1. Вакуумная плазменная технология высоких энергий

Известная установка для вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий, собранная на базе вакуумного поста установки распыления материалов (УРМ 3.279.029) с электродуговым принципом генерации плазмы металлов в вакуумной дуге катодной формы и холловским ускорением плазменных потоков (так называемый холловский торцевой ускоритель металлической плазмы) была модернизирована. И на основании этой модернизации был создан торцевой холловский ускоритель с названием "Пуск-КуАИ" (рисунок 1.1) По сравнению с известными схемами торцевого холловского ускорителя изменено геометрическое взаимоположение торцевой поверхности катода, соленоида и анода ускорителя. Профиль внутренней поверхности выходного сечения анода (сопла) максимально приближен к профилю эквипотенциальной поверхности силовых линий магнитного поля в этом месте при величине индукции магнитного поля (3,0 ... 4,5) мТл на оси соленоида около катода. Изменены геометрические параметры катода и условия его охлаждения в соответствии с расчетами по минимизации микрокапельной фазы. Введен дополнительный анод, создающий эффект электростатической линзы для ионного потока, что позволило реализовать три различных режима работы ускорителя. С целью снижения температуры нитридообразования и повышения стабильности горения вакуумной дуги на малых токах подача реакционного газа осуществлена через зону генерации и ускорения металлической плазмы. Выходное сечение ускорителя укомплектовано жалюзями и кольцевой заслонкой для улавливания микрокапельной фазы. Для повышения эффективности и скорости ионного травления регулируемое напряжение смещения доведено до 2,5 кВ и существенно улучшена система защиты высоковольтного выпрямителя от возникновения или развития микродуговых привязок на детали. Созданный ускоритель обеспечивает уменьшение микрокапельной фазы, по сравнению с известными схемами более чем 2-4 раза и на (20 - 30 %) увеличивает степень ионизации плазменного потока.

Рисунок 1.1 - Схема плазменного ускорителя "Пуск-КуАИ": 1 - катод; 2 - анод; 3 - соленоид; 4 - фланец крепления генератора к вакуумной камере; 5 -электрод поджига дуги; б - система защиты от сброса дуги на боковую поверхность катода; 7 - канал подачи реакционных газов; 8 - допол