Дослідження розрядів низького тиску для розробки обладнання та технології імпульсного електронно-променевого випаровування та іонно-плазмового осадження наноструктурованих покриттів
Дата
2011
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"
Анотація
Звіт з НДР: 108 с., 34 рис., 56 посилань
Об’єкт дослідження – фізичні процеси в високовольтному тліючому роз-
ряді при генерації імпульсних електронних пучків та застосуванні їх для
термоіонного осадження покриттів із наноструктурованих матеріалів.
Мета роботи – вивчення можливостей та оптимальних умов нанесення
покриттів із хімічних сполук методом імпульсного електронно-променевого
випаровування в контрольованому газовому середовищі з його іонізацією.
Методи дослідження – теоретичний аналіз, моделювання, експеримен-
тальні дослідження.
Проведено аналіз властивостей високовольтного тліючого розряду, по-
казана можливість генерації імпульсних електронних пучків, які можуть зас-
тосовуватися для імпульсного термоіонного осадження покриттів.
Проведено теоретичний аналіз самоузгодженої електронно-іонної оптики
тріодних електродних систем високовольтного тліючого розряду при їх роботі в
імпульсному режимі. Результати моделювання показали, що в тріодних систе-
мах високовольтного тліючого розряду ефективний фокальний діаметр елект-
ронного пучка може бути в межах одиниць мм при струмі розряду сотні мА.
При моделюванні геометрії плазмової межі використовувався удосконалений
метод комп’ютерного аналізу фотографій розрядного проміжку.
Проведено експериментальне дослідження генерації та формування ім-
пульсних електронних пучків в високовольтному тліючому розряді з холодним
катодом. Встановлено, що при використанні тріодних електродних систем з роз-
виненою емісійною поверхнею холодного катоду і керуванням струмом розряду
за допомогою допоміжних розрядів, можливе отримання імпульсних електрон-
них пучків потужністю десятки кВт з питомою потужністю 105 – 106 Вт/см2.
Досліджено керування струмом розряду за допомогою допоміжних розря-
дів в імпульсному режимі роботи. Встановлено, що імпульсна модуляція
електронного пучка високовольтного тліючого розряду з використанням допо-
міжних розрядів можлива в діапазоні, який відповідає вимогам електронно-
променевої технології (частота модуляції 10-200 Гц, в окремих випадках до
500 Гц, тривалість імпульсів 1 – 50 мс). Досліджено керування потужністю
пучка регулюванням амплітуди, частоти або тривалості керуючих імпульсів,
обрані оптимальні режими керування.
Проведене експериментальне дослідження процесу термоіонного осад-
ження покриттів із тугоплавких матеріалів шляхом імпульсного електронно-
променевого випаровування та іонізації парогазового потоку в дуговому роз-
ряді. Отримані покриття TiN та TiC з гладкою поверхнею та густою криста-
лічною структурою. Середній розмір мікрокристалів становив 10 – 35 нм, що
дозволяє характеризувати покриття як наноструктуровані.
При апробації імпульсної термоіонної технології осадження покриттів сис-
теми Al–O виявлено формування структур з нанорозмірними елементами, які
забезпечили високу шорсткість поверхні покриттів. Встановлено, що фазовий
склад цих покриттів є суміш кристалічної фази алюмінію і аморфного оксиду
алюмінію. Вимірювання властивостей отриманих покриттів здійснювалось на
експериментальному обладнанні, похибка вимірювань не перевищувала 20%.
Результати проведених комплексних досліджень дозволяють здійснювати
розробку газорозрядного технологічного обладнання для імпульсного елект-
ронно-променевого термоіонного осадження наноструктурованих покриттів.
Опис
Ключові слова
газовий розряд, імпульсний режим, електронний пучок, генерація, модуляція, випаровування, іонізація, осадження покриття
Бібліографічний опис
Дослідження розрядів низького тиску для розробки обладнання та технології імпульсного електронно-променевого випаровування та іонно-плазмового осадження наноструктурованих покриттів : звіт про НДР (заключ.) НТУУ "КПІ" ; кер. роб. С. Денбновецький. - К., 2011. - 108 л. + CD-ROM. - Д/б №2335-п