Стаціонарні електричні розряди з однорідним випаровуванням електрода у вакуумі та їх застосування в джерелах плазми, іонів і термоіонному напиленні - Автореферат

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”На захист представлений розгляд властивостей і характеристик стаціонарних електричних розрядів з однорідним випаровуванням електрода, при якому розміри області випаровування співрозмірні з розмірами робочої частини електрода, тобто, зі всього різноманіття стаціонарних електричних розрядів з випаровуванням електрода становлять виняток тільки розряди з випаровуванням із катодної і анодної плям вакуумно-дугового розряду. На основі досліджених розрядів розроблено більш ніж 15 конструкцій джерел плазми, іонів і плазмових прискорювачів. Однородным называется такое испарение электрода, при котором размеры области испарения соизмеримы с размерами рабочей части электрода, т.е. из всего многообразия стационарных электрических разрядов с испаряемым электродом исключаются только разряды с испарением из катодного и анодного пятен вакуумно-дугового разряда. В случае разряда с полым катодом область привязки разряда на катоде может перемещаться по поверхности катода в зависимости от его конструкции и режима горения разряда. Свойства разряда в простейшем случае описываются моделью разряда с истечением газа через трубку в вакуум.показано, що дуговий розряд з катодом, що однорідно випаровується у вакуумі, можливий лише при наявності термоемісії електронів з робочої речовини або матеріалу тигля, в який завантажена робоча речовина; розряд з випаровуванням робочої речовини з порожнистого тигля-катода у вакуумі подібний до розряду з витоком газу через трубку чи сопло у вакуум; встановлена залежність основних характеристик розряду від конструкції порожнини тигля-катода; досліджені енергетичні спектри електронів й іонів в розряді та пояснені їх особливості; розроблені напрямлені джерела плазми пари дорогоцінних металів, які мають високий коефіцієнт використання робочої речовини і керовану діаграму напрямленості потоку плазми; досліджені особливості діодного розряду з анодом, що випаровується у вакуумі; запропоновано і досліджено новий (тріодний) тип розряду з електродом, що випаровується у вакуумі; доведено, що використання додаткового третього електрода, який охоплює розрядний проміжок “катод - анод”, суттєво збільшує коефіцієнт іонізації пари матеріалу анода, а режими іонізації залежать від режиму роботи розжареного катода - вимушеного або вільного, незалежно від наявності поздовжнього по відношенню до осі проміжку “катод - анод” магнітного поля; відкритий і пояснений ефект зриву діодного розряду радіальним електричним струмом; встановлені умови існування негативного плаваючого потенціалу в закатодному просторі прискорювачів плазми з електродом, що випаровується електронами з розжареного катода, і розроблені плазмові металізатори діелектриків на їх основі, які також ефективні і для одержання високоадгезійних, декоративних, зносостійких, зміцнюючих та інших газометалевих плівок; здійснено пучково-плазмовий розряд в парі матеріалу колектора електронів чи допоміжного електрода незалежно від їх провідності, хімічної активності, орієнтації по відношенню до електронного пучка в повздовжньому магнітному полі; розроблені методи одержанні плазми парів твердих тіл на основі пучково-плазмового розряду і вивчено мас-зарядовий склад плазми; розроблене універсальне джерело іонів газів і пари з цим розрядом; запропонований і досліджений пучково-магнетронний розряд на газах і парі твердих тіл; доведено, що подавання додатної напруги Vc на циліндр, який охоплює електронний пучок у повздовжньому магнітному полі, приводить до росту іонізації пари твердого тіла в обмеженій області величин Vc , якщо немає термоемісії з матеріалу електрода, що випаровується; при енергіях електронного пучка Е0 » 10 КЕВ для ефективної іонізації пари матеріалу колектора електронів необхідне магнітне поле з індукцією В ? 0,04 Тл і тиск пари над робочою речовиною Р0 ? 1 Па; виявлена і пояснена зонна структура горіння розряду при зміні В; розроблені оригінальні джерела плазми, що використовують цей тип розряду; досліджений несамостійний дуговий розряд з розжареним катодом в парі робочої речовини, яка випаровується електронним пучком, і на його основі створене оригінальне джерело плазми матеріалів, яким не властива термоелектронна емісія; методами мас-спектрометрії, зворотнього резерфордівського розсіювання іонів, рентгенівського флуоресцентного аналізу і оптики досліджений елементний склад плазми пари твердих тіл і наявність домішок матеріалу електродів розрядного проміжку в плазмі, що генерується; доведено, що в розряді з випаровуванням робочої речовини з порожнистого тигля-катода ці домішки знаходяться на рівні 10-4 ; в розряді в випаровуванням анода домішки складають <10-2; в розряді з електронним пучком <10-4.