Поток плазмы металла, ускоренный и ионизированный в ускорители, получает дополнительное ускорение в дебаевском слое около основы за счет приложенного к ней отрицательного напряжения и, попадая на деталь, нагревает ее.
Нагрев детали
происходит за счет выделившейся кинетической и потенциальной энергии
метастабильных атомов, образовавшихся в результате нейтрализации ионов, а также
в результате выделения энергии конденсации и образования химического
соединения. Учитывая, что доля ионов 
обладает зарядом eZ,и проведя суммирование по
всем зарядным состоянием, получим выражение для плотности потока энергии,
подводимой к поверхности конденсации:
(1.8)
Числовой расчет показывает, что вкладом в (1.8) энергии теплового излучения плазменного потока и теплового излучения катода можно пренебречь. С поверхности конденсации энергия может отводится в результате теплового излучения:
(1.9)
Причем, как показывает расчет, в рассматриваемой области энергий и температур охлаждением поверхности конденсации за счет уноса энергии реактивного газа, термоэмиссией электронов и сублимацией атомов можно пренебречь. При рассмотрении процессов в вакууме с давлением ниже нескольких единиц Паскаля можно всегда пренебречь конвективным охлаждением [4, 7, 9].
Хотя процесс плазменного напыления в вакууме принято считать низкотемпературным процессом (покрытие может наноситься на поверхность основы с низкой температурой), однако, как следует из (1.8), выделение большого количества теплоты при формировании покрытия может привести к нежелательному повышению температуры.
На рисунке 1 показано изменение температуры в процессе технологического цикла напыления Ti для двух различніх режимов. За 1мин ионной бомбардировки температура основі толщиной 3мм поднялась 500К (участок АВ). Далее в течении 1мин шла подготовка установки к напылению. За это время ее температура снизилась на 100К (участок ВС). Для сравнения напыления проводилось по двумя режимам (участок СД), что привело к повышению температуры за 14 мин для выбранного режима, соответственно, на 150 и 400К. Дальнейшее охлаждение в течении 8 мин привело к тому, что температуры деталей снизились до 550 и 600К.
Таким образом, нежелательное повышение температуры заставляет либо проводить напыление циклически, либо охлаждать основу. Создание специальных охлаждающих приспособлений осложняется тем, что на основу подается потенциал и в вакууме трудно осуществить хорошую теплопередачу между держателем и основой. Это приводит к тому, что при давлении тоже 0.1 Па теплопроводность между контактирующими телами практически нулевая и теплота может передаваться только теплоизлучением, а при наличии электрического тока – электронами проводимости. Использование фольги из мягких материалов типа индия. олова, свинца, зажимаемых между основой и держателем, не всегда возможна из – за температурного режима и форм используемой детали.
В зависимости от способа крепления основы возможны следующие механизмы ее охлаждения. Поверхности АВ,ВВ` и B`A` (рис.2а) охлаждаются за счет теплообмена излучением с водоохлаждающим колпаком камеры. Аналитически это будет описываться соотношением (1.9). На поверхности АА` теплоотвод будет осуществляться за счет протекания электрического тока через контакт основа – держатель. В этом случае плотность потока теплоты дается соотношением:
(1.10)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.