НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o135.pdf (1104.70Кб)

УДК 66.088

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия

Технология вакуумного дугового испарения, разработанная в 70-х годах в СССР, в настоящее время широко применяется в машиностроении для осаждения различных функциональных покрытий. В дуговых испарителях стабилизация разряда и положения катодной привязки (катодного пятна) осуществляется магнитным полем. Используют две схемы магнитных систем: с расходящимся осесимметричным магнитным полем и с арочным магнитным полем. Системы с арочным магнитным полем позволяют гибко управлять траекторией и скоростью движения катодного пятна и последнее время всё чаще используются в установках вакуумного дугового осаждения покрытий.
Поскольку плазма вакуумного дугового разряда практически полностью ионизована, даже слабые магнитные поля оказывают существенное влияние на вольт-амперные характеристики разряда. К сожалению, при обилии материалов по вакуумному дуговому разряду, недостаточно сведений о влиянии и величины, и формы магнитного поля на вольт-амперные характеристики разряда промышленных дуговых испарителей.
В данной работе проведены исследования влияния магнитного поля на вольт-амперные характеристики (ВАХ) двух дуговых испарителей с титановым катодом, имеющих расходящееся и арочное магнитное поле.
Показано, что магнитное поле существенно влияет на характер ВАХ, меняя её с возрастающей на падающую. Переход ВАХ от растущей к падающей происходит при значениях магнитного поля 4,4 мТл и 6,5 мТл для расходящегося и для арочного магнитного поля соответственно.
Напряжение при фиксированном разрядном токе линейно возрастает с ростом индукции магнитного поля. Рост напряжения разряда при арочном магнитном поле больше, чем при расходящейся конфигурации магнитного поля.
В работе показано, что изменение характера ВАХ вакуумно-дугового разряда в магнитном поле можно объяснить обратной пропорциональностью параметра Холла в полностью ионизованной плазме от ее концентрации. Получен общий вид зависимости вольт-амперной характеристики от величины индукции магнитного поля.

1. Саксаганский Г.Л. Электрофизические вакуумные насосы. М.: Энергоатомиздат, 1988. 280 с.
2. Дороднов А.М. Некоторые применения плазменных ускорителей в технике // Физика и применение плазменных ускорителей / под ред. А.И. Морозова. Минск: Наука и техника, 1974. С. 330-365.
3. Аксёнов И.И., Падалка В.Г., Хороших В.М. Формирование потоков металлической плазмы: Обзор. М.: ЦНИИатоминформ, 1984. 83 с.
4. Духопельников Д.В., Жуков А.В., Кириллов Д.В., Марахтанов М.К. Структура и особенности движения катодного пятна вакуумной дуги на протяжённом титановом катоде // Измерительная техника. 2005. № 10. С . 42-44.
5. Андреев А.А., Саблев Л.П., Шулаев В.М., Григорьев С.Н. Вакуумно-дуговые устройства и покрытия. Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. 236 с.
6. Духопельников Д.В., Кириллов Д.В., Воробьев Е.В., Ивахненко С.Г. Влияние выработки катода дугового испарителя на равномерность толщины покрытия и угловое распределение продуктов эрозии // Наука и образование. МГТУ им . Н . Э . Баумана . Электрон . журн . 2014. № 4. С . 1-9. DOI:10.7463/0414.0707391
7. Кесаев И.Г., Пашкова В.В. Электромагнитная фиксация катодного пятна // Журнал технической физики. 1959. Т. 29, № 3. С. 287-298.
8. Кириллов Д.В., Рязанов В.А. Исследование профиля выработки катода дугового испарителя при различных токах разряда и индукции магнитного поля // Молодежный научно-технический вестник. Электрон. журн. 2013. № 5. Режим доступа: http://sntbul.bmstu.ru/doc/568240.html (дата обращения 08.07.2015).
9. Agarwal M.S., Holmes R. Arcing voltage of the metal vapour vacuum arc // Journal of Physics D: Applied Physics. 1984. Vol. 17, no. 4. P. 757-767. DOI:10.1088/0022-3727/17/4/014
10. Pavelescu D., Dumitrescu G., Nitu S., Trusca V., Pavelescu D. Jr. The Influence of the Axial Magnetic Field upon the Low Voltage Electric Arc in Vacuum // IEEE Transactions on Power Delivery. 1999. Vol. 14, n o. 3. P. 948-953. DOI: 10.1109/61.772339
11. Аксёнов И.И. Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы. Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005. 212 с.
12. Духопельников Д.В., Кириллов Д.В., Рязанов В.А., Наинг Чжо Вин. Оптимизация траектории движения катодного пятна для повышения равномерности выработки катода вакуумного дугового испарителя // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 10 (22). DOI : 10.18698/2308-6033-2013-10-1042
13. Райзер Ю.П. Физика газового разряда: учеб. руководство: для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. 536 с
14. Месяц Г.А., Баренгольц С.А. Механизм генерации аномальных ионов вакуумной дуги // Успехи физических наук. 2002. Т . 172, № 10. С . 1113-1130. Mesyats G.A., Barengol'ts S.A. Mechanism of anomalous ion generation in vacuum arcs. Uspekhi fizicheskikh nauk , 2002, vol. 172, no. 10, pp. 1113-1130. (English version of journal: Physics-Uspekhi , 2002, vol. 45, no. 10, pp. 1001-1018. DOI: 10.1070/PU2002v045n10ABEH001247 ).
15. Чен Ф. Введение в физику плазмы: пер. с англ. / под ред. Кручины Е.Н. М.: Мир, 1987. 398 с . [Chen F.F. Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion. Vol. 1. Plasma Physics. 2^nd ed. New York: Plenum Press, 1984.].