24. Дуговой разряд с интегрально холодным катодом и катодными пятнами.
В процессе горения дуги происходит постоянно гашение одних и возникновение новых катодных пятен, время жизни одного катодного пятна очень небольшое. По этому в промыш установках используется горение 2х или 3х пятен что поддерживает стабильно е горение дуги.
Прикатодная плазма сост из продуктов эрозии катодов (электроны ионы атомы и капли). Давление паров металла в области катодного пятна достигает 100 Кило паскалей. Такой переход от вакуума до высокого давления приводит к тому что истечение пара из катодного пятна сост 104 м/c.Степень ионизации пара может достигать 100%, а в его потоке могут присутствовать 2х и 3х зарядные ионы. Для металлов с высокой упругостью пара приоблод однозарядные ионы, и стерень ионизации α= 25-30%.
Для других металлов (медь никель титан) α=50-100%. И преоблодают многозарядные ионы. Средняя энергия ионов в таком разряде 20-30 эл. Вольт. И она превышает значение приложенного напряжения. В продуктах эрозии присутствует до 30% капельной фазы.
1)Вакуумный электро дуговой разряд горит в парах материала катода и весь ток дуги концентрируется на котодных пятнах.
2) Температура катодного пятна равна темперетаруре кипения металлов приводит к интенсивному испорению любых металлов и сплавов.
3) низким теплофизическим хар-м материала катода соотв низкие значения порогового тока, меньше скор их перемещения, низкий %-т ионизации пара и образования групповых пятен.
4) катодные пятна хоотически перемещ по поверхности катода, наложением магнитного поля можно заставить катодное пятно перемещ по заданной траектории.
25 Электродуговое нанесение покрытий. Устройство электродугового испарителя.
Электродуговое нанесение покрытий. При электродуговом нанесении покрытия испарение металла осуществляется в зоне горения дуги вследствие эрозии электрода. Наиболее широкое применение находит дуговое испарение с холодного расходуемого катода.
Схема электродугового испарения с магнитным удержанием катодных пятен:1–стенки камеры (анод); 2–соленоид; 3–катод; 4–поджигающий электрод; 5–покрытие; 6 – подложка; 7– зона горения дугового разряда
Генерация газовой фазы осуществляется в зоне действия на поверхность разряда, в локальных участках – катодных пятнах вакуумной дуги, которые представляют собой участки поверхности катода, имеющие размер ~10-4…10-2 мм. В катодных пятнах протекают также процессы интенсивной электронной эмиссии. Для устойчивого горения дуги необходимо образование на катоде более двух пятен. В катодных пятнах плотность тока может достигать 107 А/см2 и выделяется мощность 107…108 Вт/см2. В результате при горении дуги осуществляется быстрый нагрев материала, его плавление и испарение.Характерным для электродугового испарения является наличие в газовой фазе большого количества капель и высокая степень ионизации атомов. Размер капель зависит от теплофизических свойств материала катода и режима горения дугового разряда и составляет от 1 до 50 мкм. При испарении тугоплавких катодов (вольфрама, молибдена, тантала и др.) в газовом потоке содержатся капли размером менее 10 мкм, при испарении легкоплавких – 25…50 мкм и их доля в потоке возрастает до10…30 %.
Устройство электродугового испарителя. Отличается системой поджига.
поджиг осуществляется след. образом: испарение и ионизация матер.проводящей пленки с поверхности диэлектрика, расположенного между электродами
соприкосновение электрода с катодом, в результате возникает разряд
поджиг за счет испарения материала катода излуч. импульсного лазера
испарение электродов высоковольтным пробоем
С целью удержания катодного пятна на торце используются магнитное поле или экранирование боковых поверхностей катода (испарители с электростатическим удержанием пятен).
Параметры такого испарителя: ток дуги 120-300А,Падение напряжения 30 В, Энергия электронов 3 эВ,Энергия направлен движения ионов 25-50 эВ,Степень ионизации Мо-80%, Тi-100%