Диссертация (1025198)
Текст из файла
московскии госудАРстввннь1и твхничвскииунивш,Рситвтимвни н.э. БАумАнАЁа правах рукописи(ириллов,.(аниил БячеславовичисслвдовАнишпРоцпссовэРозии кАтодА имв){{ду микРокАплямитвпломАссооБмвнАвАкуумно_дуговогоиспАРитвляи плАзмойсАРочнь!м мАгнитнь!м полвш!€пециальность01.04.14-1еплофизика и теоретическая теплотехникадиссвРт^|44яна соиокание улёной степеникандидата технических наукЁаутньтй руководитель:кандидат технических наук'доцент [ухопельников .{.Б.1!1осква _20]:7 г.2СОДЕРЖАНИЕСтр.СОДЕРЖАНИЕ ...........................................................................................................
2ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 5ГЛАВА1.СОВРЕМЕННОЕСОСТОЯНИЕИССЛЕДОВАНИЙЭРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ И ПРОДУКТОВ ЭРОЗИИ ВАКУУМНОДУГОВОГО ИСПАРИТЕЛЯ.................................................................................... 191.1. Общая характеристика метода вакуумного дугового испарения ........... 191.2. Оборудование для вакуумно-дугового испарения материалов............... 211.3.
Исследование процессов эрозии, происходящие в катодном пятневакуумной дуги.................................................................................................... 241.4. Продукты эрозии катода вакуумного дугового испарителя .................... 281.5. Методы снижения доли капельной фазы в продуктах эрозии ................
341.6. Модели тепломассообмена между каплей и плазмой вакуумногодугового разряда.................................................................................................. 421.7. Постановка задачи исследований ............................................................... 45ГЛАВА 2. ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ ............................. 472.1. Экспериментальная установка.................................................................... 472.2. Торцевой дуговой испаритель с арочным магнитным полем .................
492.3. Измерение электрических характеристик и магнитных полей ............... 532.4. Скоростная видеорегистрация движения катодных пятен ...................... 552.5.Измерение дисперсного состава и топологии поверхности капель вконденсатах на подложке ................................................................................... 562.6. Определение скорости эрозии катода ........................................................ 612.7. Измерение толщины конденсата (плёнки) ................................................ 622.8. Расчёт погрешностей измерений ................................................................ 63ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯАРОЧНОГОМАГНИТНОГОПОЛЯНАПАРАМЕТРЫРАБОТЫДУГОВОГО ИСПАРИТЕЛЯ.................................................................................... 673Стр.3.1.
Исследование влияния арочного магнитного поля на вольтамперные характеристики вакуумно-дугового разряда .................................. 673.2. Измерение скорости движения катодных пятен ....................................... 753.3. Измерение скорости эрозии катода дугового испарителя ...................... 783.4.
Влияние арочного магнитного поля на траекторию движениякатодных пятен и процессы эрозии катода ...................................................... 803.5. Исследование формы профиля зоны эрозии катода................................ 863.6. Оценка профиля зоны эрозии промышленного вакуумно-дуговогоиспарителя с арочным магнитным полем переменной конфигурации ......... 943.7. Измерение соотношения концентраций тепловых ионов и ионовпучка в плазме вакуумно-дугового разряда ..................................................... 983.8.
Исследование испарения капель при движении в плазме вакуумнодугового разряда................................................................................................ 101ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КАПЕЛЬНОЙ ФАЗЫ ...... 1064.1. Топология поверхности капель в конденсатах ....................................... 1064.2.
Дисперсные характеристики капельной фазы в покрытии ................... 1124.3. Функции распределения капель по размерам отпечатка f(a) ................ 1154.4. Распределение массы между фракциями капель fm(a) ........................... 1164.5. Массовая доля капельной фазы в продуктах эрозии катода ................. 1184.6. Дисперсные характеристики капельной фазы в плазме дуговогоразряда ................................................................................................................ 122ГЛАВА 5. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ИЗМЕНЕНИЯТЕМПЕРАТУРЫ И МАССЫ КАПЛИ В ПЛАЗМЕ ВАКУУМНОДУГОВОГО РАЗРЯДА ........................................................................................... 1265.1.Процессы тепломассообмена между капелей и плазмой вакуумнодугового разряда................................................................................................
1265.2.Допущения, принимаемые при расчёте теплового баланса капли ........ 1295.3.Вклад электронных и ионных потоков в тепловой баланс капли.......... 1334Стр.5.4. Особенности радиационного теплообмена частиц субмикронногоразмера ...............................................................................................................
1455.5. Тепловые потоки испарения и конденсации на поверхности капли .... 1485.6. Массовый обмен между каплей и плазмой ............................................. 1505.7. Оценка вклада различных видов тепло- и массообмена в тепловой имассовый баланс капли..................................................................................... 1515.8.Математическаямодельпроцессовтепломассообменамеждукаплей и плазмой вакуумно-дугового разряда............................................... 1535.9.Динамика изменения температуры и диаметра капли в плазмедугового разряда................................................................................................ 1565.10.
Оценка возможности полного испарения крупных капель в плазмевакуумно-дугового разряда .............................................................................. 163ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................ 168СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................... 1705ВВЕДЕНИЕМетод вакуумно-дугового испарения относится к термическим методамполучения потоков вещества и используется с середины 70-х годов длянанесения покрытий [1, 2]. В отличие от общепринятых термических методов,таких как резистивное и электронно-лучевое испарение, в которых испарениепроисходит из расплавленной области, в данном методе испарение материалапроисходит с поверхности твёрдого холодного катода из катодного пятна.Особенностью катодного пятна является его крайне малые размеры (50100 мкм) и высокие плотности тока – до 1013 А/м2.
Это обеспечивает плотноститепловых потоков в катодном пятне, достигающие 1015 Вт/м2. При такойплотности теплового потока вещество с поверхности катода в областикатодного пятна испаряется уже в ионизованном состоянии. Катодные пятнаперемещаются по поверхности катода скачкообразно с характерным временемгорения в одном месте 10-6-10-5 с. При таких параметрах процесс нагрева ииспарения материала носит сугубо нестационарный характер.
Малые размерыобласти испарения, высокие плотности тепловых потоков и малые характерныевременазатрудняютпроведениеэкспериментальныхитеоретическихисследований процессов испарения.При горении катодного пятна на поверхности катода формируютсяпродукты эрозии катода, которые состоят из трёх компонент: плазма, пар икапли материала катода (капельная фаза).
Капельная фаза состоит из мелкихкапель материала катода размером от 30 нм до 30 мкм. Капли образуются вкатодном пятне дугового разряда, поступают в разрядный промежуток иосаждаются на подложке, снижая эксплуатационные свойства покрытий.В современных установках вакуумного дугового испарения применяютсяразличные методы снижения количества капель в продуктах эрозии:обеспечивается хорошее охлаждение катода, применяются сепараторы плазмыразличной конструкции (механические, магнитные, электростатические) [3-6],обеспечиваются высокие скорости перемещения катодного пятна с помощьювнешнего арочного магнитного поля [7-12].6Применение электростатических и магнитных сепараторов значительноуменьшает поток испарённого материала, что в 7-10 раз и более, снижаетпроизводительностьметодаиделаетприменениесепараторовмалопривлекательным.Наложение арочного магнитного поля на катод заставляет катодныепятна двигаться в направлении, противоположном силе Ампера [13, 14].
Приэтом скорость их движения увеличивается в несколько раз, что изменяетусловия эрозии и, в частности, испарения материала катода и снижает, какпоказали эксперименты, вероятность образования капель [1]. Это приводит куменьшению количества капель в продуктах эрозии в несколько раз. При этом,за счёт формирования магнитной ловушки в прикатодной области повышаетсяконцентрация плазмы, что может приводить к дополнительному нагреву ииспарению капель. Всё это делает перспективным применение арочногомагнитного поля в дуговых испарителях для снижения массовой доликапельной фазы и позволяет с незначительными затратами повысить качествоосаждаемых покрытий.Для подавления образования капель в катодном пятне и создания условийдля эффективного их испарения в разрядном промежутке необходимопроведение детальных исследований влияния арочного магнитного поля наинтегральные характеристики процесса эрозии материала с поверхности катодаи процессов испарения капель в плазме вакуумно-дугового разряда.Несмотрянаповсеместноеприменениедуговыхиспарителейвтехнологических процессах, дуговой разряд в арочном магнитном поле изученнедостаточно.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
