Слаботочная вакуумная дуга.
Дуга с горячим катодом.
Эта форма ВД реализуется на теплоизолированных катодах в режиме постоянного тока. Исследуется в связи с использованием для напыления. После поджига дуги в течение некоторого времени на катоде горит нестацирнарное КП. После прогрева катода КП исчезает и появляется диффузная привязка с низкой плотностью тока j ~ 102 А/см2. Напряжение на дуге меняется на несколько Вольт, шумы исчезают. Вольт-Амперная характеристика ВД с горячим катодом, в отличие от ВАХ ВД с холодным катодом, – падающая. Температура катода ~ 2000 К. Основной механизм эмиссии – термоэмиссия. ВД с горячим катодом генерирует поток сверхзвуковой плазмы, степень ионизации в котором растёт с током и может достигать 100 процентов при токе I > 102 А.. Детальные данные по компонентному составу потока и энергетическим характеристика ионов пока отсутствуют. Концентрация и температура электронов по результатам зондовых измерений на расстоянии 1 см от катода составляют n > 1013 см-3, Te = (2 - 3) эВ. Скорость эрозии η ~ !0-5 г/Кл. Анализ конденсата показывает отсутствие в генерируемом дугой потоке плазмы микрокапель. В настоящее время горение ВД с горячим катодом реализовано лишь на ограниченном числе металлов: Cu, Cr, Mo, Gd. Объяснение физических причин такого ограничения следующее. Из анализа энергетического баланса на дуговом термоэмиссионном катоде следует, что стационарное горение дуги в вакууме возможно лишь при Si = Гi / Гe ~ 1, где Гi – поток ионов из плазмы на катод, Гe – поток эмитированных катодом электронов. (Подчеркнём, что для импульсных дуг, в которых эмиссия вещества происходит взрывным образом, и для газовых дуг, в которых ионизуется находящийся в пространстве газ, это ограничение не работает.) Анализ показывает, что можно выделить две группы металлов: тугоплавкие, у которых работа выхода меньше теплоты испарения, и потому Si << 1, и нетугоплвакие, у которых работа выхода больше теплоты испарения, и потому Si>> 1. Некоторый дефицит электронов термоэмиссии может пополнить автоэмиссия, а некоторый дефицит испарённых атомов можно компенсировать виртуальным катодом. Однако из рисунка видно, что круг подходящих металлов невелик.
Вольтов эквивалент электрода – отношение мощности, выделяющейся на электроде к току дуги. Для определения выделяющейся на электроде мощности используются калориметрические измерения.
Слаботочная вакуумная дуга.
Дуга с горячим анодом.
Для генерации плазмообразующего вещества может быть использован и разряд с теплоизолированным анодом. Цели исследования те же – разработка методик нанесения покрытий. В качестве катода могут быть использованы как термоэмиссионные катоды с внешним накалом катода (токи от долей Ампера до десятка Ампер) , так и холодные катоды с нестационарным КП (токи 10 – 100 А). Использование термокатодов предпочтительнее, т.к. появляется дополнительный параметр, позволяющий воздействовать на дугу и генерируемый ею поток плазмы: отношение тока накала катода к току дуги и, кроме того, продукты эрозии катода не влияют на поток плазмы, генерируемый анодом. Параметры плазменного потока пока мало исследованы. Предполагается, что энергия ионов относительно невелика и многозарядных ионов в потоке нет. Преимущества: широкий спектр анодных материалов, на которых может быть организован такой разряд (металлы, углерод, кремний), относительно большая скорость роста конденсата (несколько нм/с).
Литература.
1. И.Г. Кесаев, Катодные процессы электрической дуги, М., “Наука”, 1968, 244 стр.
2. Вакуумные дуги, под ред. Дж. Лафферти, пер. с англ., М., “Мир”, 1982, 432 стр.
3. И.И. Аксенов, В.М. Хороших, Потоки частиц и массоперенос в вакуумной дуге; Обзор, М., ЦНИИатоминформ, 1984, 57 стр.
4. Handbook of vacuum arc science and technology, ed. By R.L. Boxman at all, Park Ridge,New Jersey, USA, Noyes Publication,1995.
5. С.М. Школьник, Вакуумная дуга, Энциклопедия низкотемпературной плазмы, под ред. В.Е. Фортова, том 2, стр.115 -132, М., «Наука», 2000.
6. И.И. Аксёнов, Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы, Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005, 212 стр.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.