МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

“ЛЭТИ” ИМЕНИ В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)» (СПБГЭТУ)

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ И УСТРОЙСТВ

Доклад

по дисциплине

«Квантовые и оптические приборы и устройства»

По теме

«Инициирование дугового разряда. Схемы управления»

Выполнил студент группы 7203: Посохин Н.С.

Проверил: Лисенков А.А.

Санкт-Петербург

2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...................................................................................................................3

1. Инициирование дугового разряда......................................................................3

1.1. Электромеханический метод инициирования дуги......................................5

1.2. Метод высоковольтного пробоя.....................................................................5

1.3. Инициирование дуги с помощью лазерных систем......................................6

1.4. Инициирование дуги с помощью электрического взрыва...........................7

2. Конструкции инициирующих систем................................................................8

2.1. Контактные системы инициирования............................................................8

2.2. Зажигание вакуумно-дугового разряда при помощи плазменного инжектора...............................................................................................................10

3. Электрические схемы систем инициирования дугового разряда.................12

Список использованной литературы...................................................................15

Введение.

Вакуумно-дуговые источники плазмы, являясь одним из основных устройств ионно-плазменной обработки изделий, во многом определяют производительность процессов и качество получаемого поверхностного слоя. Надежность и долговечность работы таких источников непос­редственно зависят от того, каким образом в каждом конкретном случае в них решена проблема возбуждения дуги. Пренебрежение этим вопросом на годы задержало развитие ряда ионно-плазменных технологических процессов и их автоматизацию.

Исследования по возбуждению вакуумно-дугового разряда и его стабилизации в технологических источниках плазмы, начатые в сере­дине 70-х годов в Харьковском физико-техническом институте (ХФТИ), привели к созданию достаточно надежно работающих в стационарном режиме источников плазмы с автостабилизацией и магнитным удер­жанием катодного пятна (КП). Однако проблема создания систем ини­циирования (СИ) разряда, обеспечивающих надежную работу импуль­сных источников плазмы с ресурсом более 10⁶ срабатываний, что нео­бходимо при реализации некоторых перспективных технологических процессов, осталась нерешенной. В дальнейшем работы по созданию эффективных систем возбуждения дуги были продолжены в ХФТИ, а затем и в ХАИ и ведутся по настоящее время.

1. Инициирование дугового разряда.

Возбуждение дугового разряда на рабочей поверхности катода относится к одной из основных задач при разработке технологических устройств подобного типа. Задача зажигания сводится к локальному заполнению межэлектродного пространства проводящей средой, каковой может являться или ионизированный газ, соответствующей плотности, или же ионизированные пары материала катода. В момент заполнения межэлектродного промежутка плазмой в нем происходит резкое перераспределение электрического поля, которое целиком сосредотачивается в узкой зоне у катода. Ширина этой зоны столь мала, что даже при той разнице потенциалов между электродами напряженности поля оказывается достаточно для обеспечения автоэлектронной эмиссии с микронных неоднородностей, присутствующих на поверхности катода и являющихся активными центрами, на которых при достаточно высокой локальной плотности плазмы развиваются катодные пятна.

Основное падение напряжения приходится на вакуумную область между фронтом расширяющейся катодной струи и анодом. Проведенные исследования, с использованием зондового метода диагностики плазменного потока показали, что скорость распространения ионной составляющей в момент инициирования разряда в 2…3 раза выше, чем в стационарной вакуумной дуге.

В дальнейшем катодное пятно уже само является источником проводящей среды − ионизированных паров испаряемого материала, в которых осуществляются самоподдерживающие процессы токового переноса и регенерации заряженных частиц.

Зажигание дугового разряда определяется методом заполнения разрядного промежутка плазмой. Из способов, ранее встречающихся и используемых в настоящее время, следует выделить:

- электромеханический;

- высоковольтной пробой вакуумного промежутка между анодом и катодом;

- пробой вспомогательного промежутка между катодом и поджигающим электродом;

- инжекция в межэлектродный промежуток плазмы от вспомогательного импульсного плазменного источника;

- взрыв проводящей тонкопленочной перемычки между электродами.

1.1. Электромеханический метод инициирования дуги.

Наиболее простым из перечисленных способов является электромеханический метод инициирования дуги. В этом случае используется перемещающийся в пространстве вспомогательный электрод, электрически соединенный с анодом через токоограничивающий резистор.

В исходном положении вспомогательный электрод электрически изолирован от катода. При включении электромагнита электрод входит в электрический контакт с катодом. По цепи: анод, вспомогательный электрод, катод протекает ток на уровне нескольких десятков ампер определяемый величиной ограничивающего резистора. После кратковременного замыкания цепи вспомогательный электрод возвращается в исходное положение. Катодное пятно возбуждается в момент размыкания цепи. Испарение металла в контактной зоне происходит в результате омического нагрева. Между катодом и вспомогательным электродом формируется локальный дуговой разряд, который затем распространяется между основными электродами.

Недостатком данной системы инициирования является необходимость создания специального механизма для быстрого возвратного перемещения электрода, вследствие чего система характеризуется низкой частотой срабатывания, что делает ее пригодной для использования лишь в системах со стационарно горящим разрядом. При работе электромеханической схемы существует также возможность приваривания вспомогательного электрода к поверхности катода, что может быть частично устранено правильным подбором материала электрода.