Разработка и исследование газоразрядного оборудования для импульсного электронно-лучевого испарения и ионно-плазменного осаждения наноструктурированных покрытий

Проведен анализ свойств высоковольтного тлеющего разряда с холодным катодом и анодной плазмой, направленный на изучение возможностей использования газоразрядных источников электронов при разработке технологического оборудования для импульсного электронно-лучевого испарения и ионно-плазменного осаждения покрытий. Показано, что при использовании газоразрядных источников электронов триодного типа с электрическим управлением током пучка с помощью вспомогательных разрядов обеспечивается получение импульсных электронных пучков с удельной мощностью до 105 – 106 Вт/см2 при общей мощности пучка десятки кВт. При этом частота модуляции мощности электронного пучка составляет 10 – 500 Гц при длительности импульсов 1 – 50 мс.

Обоснован выбор для использования при импульсном ионно-плазменном осаждении покрытий вакуумно-дугового разряда, как технически простого и достаточно эффективного для ионизации парового потока и рабочих газов, которые вводятся в технологический объём при электронно-лучевом испарении.
Разработана математическая модель и проведено комплексное моделирование энергетических и временных характеристик триодных пушек высоковольтного тлеющего разряда, а также самосогласованной электронно-ионной оптики триодных газоразрядных электронных пушек. Предлагаемая модель основана на анализе взаимодействия потоков заряженных частиц в разрядном промежутке с учетом условия самостоятельности горения высоковольтного тлеющего разряда. Полученные в результате моделирования теоретические результаты подтверждают эффективность использования импульсных триодных газоразрядных электронных пушек в современных электронно-лучевых технологиях нанесения покрытий.

Рассмотрены особенности разработки технологического оборудования на основе газовых разрядов низкого давления для импульсного электронно-лучевого испарения и ионно-плазменного осаждения покрытий.
В результате выполнения работы создан газоразрядный электронно-лучевой комплекс, в состав которого входят триодная газоразрядная электронная пушка, дуговой ионизатор пара и система автоматического управления энергетическими и временными параметрами импульсного электронного пучка. Использование созданного комплекса открывает новые возможности для получение качественных наноструктурированных покрытий.