УДК 533.9.07.14, 533.9 (075.8)

ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ

Сенин Максим Александрович
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
студент

Аннотация
Для решения технологических задач в производстве вакуумных приборов применяются дуговые источники плазмы, формирующие интенсивный плазменный поток и позволяющие модифицировать поверхности используемых деталей. Кроме этого они применяются для нанесения защитных, упрочняющих, жаростойких или других функциональных покрытий.

Ключевые слова: вакуумно-дуговой разряд, генераторная лампа, защитные и антиэмиссионные покрытия, источник плазмы


PLASMA TECHNOLOGY IN THE PRODUCTION OF VACUUM DEVICES

Senin Maxim Alexandrovich
Saint Petersburg state electrotechnical University "LETI"
student

Abstract
To solve technological problems in the production of vacuum devices arc plasma sources, forming an intense plasma flow and allowing modification of the surface of parts are applied. In addition, they are used for the application of protective, strengthening, heat-resistant or other functional coatings.

Keywords: generating lamp, plasma source, protective and antiemission coatings, vacuum-arc discharge


Библиографическая ссылка на статью:
Сенин М.А. Плазменные технологии в производстве вакуумных приборов // Современная техника и технологии. 2015. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/08/7706 (дата обращения: 28.05.2017).

Генераторные лампы – это класс электровакуумных приборов, который за время своего существования расширил и упрочил свои позиции в телевидении и радиовещании, радиолокации и космической связи, управлении ракетными комплексами и др. [1, 2].

Возможность работы генераторных ламп, как в режиме постоянного тока, так и в СВЧ-диапазоне, обеспечена физическим принципом действия и конструктивным их исполнением, способным обеспечить минимизацию их реактивных параметров (минимальная индуктивность и возможно малые междуэлектродные емкости), и элементов радиотехнической цепи.

Реализуемая форма анодно-сеточных характеристик приборов обеспечивает высокую точность усиления сигнала и базируется на конструктивно-технологических особенностях их изготовления. Снижению нелинейных искажений выходного сигнала способствует выявление параметров, оказывающих влияние на характеристики генераторных ламп. Эта процедура предусматривает оптимизацию конструкций термоэмиссионного катода, структуры сеточных электродов и анода.

В качестве источника электронов в мощных генераторных лампах используется прямонакальный вольфрамовый торированный карбидированный катод. Конструкция катода и его формоустойчивость обуславливают его хорошую тепловую экранировку и позволяет при рабочей температуре катода в 2000 К достичь эффективность около 100 мА/Вт [3].

Экранирующий сеточный электрод в процессе работы находится при больших положительных напряжениях, поэтому при условии длительных импульсов, его температура может значительно превысить среднюю рабочую температуру. В этом случае именно величина предельно допустимой мощности рассеяния на этом электроде и определяет работоспособность лампы в различных импульсных режимах.

Использование вакуумно-дуговых устройств позволило отработать на практике процессы плазмохимического синтеза соединений, применяемых в качестве защитных и антиэмиссионных покрытий. В этом случае, изменяя направленным образом параметры плазменного потока: концентрацию заряженных частиц и сопровождающее магнитное поле, а также потенциал, задаваемый на обрабатываемое изделие, и давление реакционного газа, удается управлять свойствами конденсата и достигать необходимого качества покрытия [4].

Кристаллические структуры соединений переходных металлов с углеродом и азотом можно описать как плотнейшие или близкие к ним упаковки металлических атомов, в междоузлия которых внедрены атомы неметаллов. В этом случае важными характеристиками являются взаимодействие металл – неметалл и геометрия междоузлия. Внедренный атом и ближайшие атомы металла образуют структурную единицу – координационный полиэндр.

Для получения карбидных соединений переходных металлов использовался широкий спектр газов начиная от метана (СН4) и кончая циклогексаном (С6Н12) [5]. Получено, что с увеличением относительной молекулярной массы углеводородных молекул выход углерода увеличивается, однако при этом наблюдается повышенный выход сажи. Размер частиц сажи, а также удельная поверхность и степень структурности зависела от условий образования [6].

При использовании паров бензола, обладающего наименьшим первым потенциалом ионизации 9.24 эВ и температурой кипения 353 К, плазмохимический синтез соединения может протекать по следующей схеме расщепления углеводородов с длинными связями на молекулы меньшей длины:



Сбалансированный поток молекул газа (dnгаз/dt) определялся с учетом коэффициента химической реакции А взаимодействия металла с реакционно-способным газом: (d2ni)/(dS dt) = A(d2nгаз)/(dS dt) [7].

При анализе процесса синтеза карбидов учитывалась особенность диссоциации молекулы, происходящей под действием электронной бомбардировки. При условии полной диссоциации поток атомов углерода определялся следующим образом: (d2nгаз/dt) = А(dnC6H6/dt) exp(–W/kTe), где dnC6H6/dt – поток молекул бензола, поступающих в вакуумную камеру через натекатель; W – энергия разрыва связей в молекуле бензола. Исходя из этих условий, определялся минимальный поток атомов газа, необходимый для синтеза карбидных покрытий.

Разработанный технологический режим [8] позволил получить покрытие ZrC с хорошо сформированной кристаллической структурой с преимущественной ориентацией (111) [9].

Для получения антиэмиссионных покрытий отработан метод синтеза карбида молибдена, при этом следует отметить следующие получаемые типы: β – Мо2C, α – Мо2C, β – МоC1–x; α – МоC1–x. При низких температурах устойчив только карбид α – Мо2C.

Кроме указанных карбидов получены карбиды вольфрама. Наличие различных фаз карбида вольфрама объясняется сложностью его формирования при указанных температурах.

Для обработки длинномерных или крупногабаритных изделий, и получения равномерного по сечению плазменного потока, было создано вакуумно-дуговое устройство протяженной конструкции, которые в настоящее время не имеют еще отработанных конструкторских решений. На базе этого была разработана и изготовлена конструкция протяженного источника плазмы, работающего в импульсном режиме и формирующего направленный ленточный поток, за счет наличия внешней магнитной системы [10]. За счет равномерного распределения плотности ионного тока вдоль оси катода и упорядоченного характера перемещения катодных пятен по рабочей поверхности катода удается получить покрытие, равномерное по высоте крупногабаритных изделий.

Дальнейшая разработка более мощных генераторных ламп и необходимость повышения производительности оборудования потребовали использования установок с большим объемом вакуумных камер и большим количеством вакуумно-дуговых испарителей. При этом для равномерного нанесения покрытий на крупногабаритные изделия необходимо было решить проблемы взаимодействия и управления плазменными потоками, сформированными различными испарителями.

Для повышения качества проводимого плазмохимического синтеза в рабочем объеме дополнительно вводится аргон. При первичной ионизации в некоторых атомарных газах, в том числе и у аргона, около 10 % ионизированных атомов, создаваемых электронами средней энергии, могут оказаться двухзарядными и около 1 % – трехзарядными. Данный эффект целесообразно использовать при получении высокой степени ионизированных частиц в области обрабатываемого изделия, при условии уменьшения количества заряженных частиц, генерируемых из области катодных пятен.

Таким образом, исследования вакуумно-дугового источника плазмы, позволили, на основе выявленной закономерности развития дугового разряда, разработать режимы работы испарителя для формирования покрытий или модифицирования свойств поверхности [11–13].


Библиографический список
  1. Петербургская–Ленинградская школа электроники. Сб. статей. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. 658 c.
  2. Барченко В. Т., Быстров Ю. А., Лисенков А. А. и др. Современные технологические процессы в производстве мощных генераторных ламп. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2009. 213 с.
  3. Прилуцкий В. С. Вольфрамовый торированный карбидированный катод. М.: ГУП ИД «Руда и металлы», 2001. 122 с.
  4. Быстров Ю. А., Ветров Н. З., Лисенков А. А. Технологические вакуумно-дуговые источники плазмы. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», СПб, 2013. – 243 с.
  5. Bystrov Yu. A., Vetrov N. Z., Lisenkov A. A. Plasmachemical synthesis of carbide compounds in metal-containing plasma jet from vacuum arc discharge // Technical Physics Letters. 2008. Vol. 34. № 9. С. 734–736.
  6. Bystrov Yu. A., Vetrov N. Z., Lisenkov A. A. Anti-Emission Intermetallie Coating Based on Platinum and Zirconium // Technical Physics Letters. 2009. Vol. 35. № 7. С. 618–621.
  7. Bystrov Yu. A., Vetrov N. Z., А. А. Lisenkov A. A. Barrier Layer of an Anti-Emission Coating // Technical Physics Letters. 2010. Vol. 36. № 6. С. 570–573.
  8. Bystrov Yu. A., Vetrov N. Z., Lisenkov A. A. Plasmachemical Synthesis of Titanium Carbide on Copper Substrates // Technical Physics Letters. 2011. Vol. 37. № 8. Р. 707–709.
  9. Bystrov Yu.A., Vetrov N.Z., Lisenkov A.A. Special Aspects of Structure Formation of a Multicomponent Layer from Arc-Vacuum Plasma // Technical Physics Letters. 2013. Vol. 39. № 10. Р. 914–916.
  10. Патент на изобретение РФ № 2 449 513. МПК H05H1/50, C23C14/35. Вакуумно-дуговое устройство. Быстров Ю. А., Ветров Н. З., Лисенков А. А. № 2010149213/07, заявл. 30.11.2010, опубл. 27.04.2012, бюл. № 12.
  11. Bystrov Yu. A., Vetrov N. Z., Lisenkov A. A. A vacuum arc plasma source with extemded design. Vakuum in Forschung und Praxis // 2013. Vol. 25. Iss. 4. Р. 45–48.
  12. Bystrov Yu. A., Vetrov N. Z., Lisenkov A. A. Peculiarities of the Formation of Intermetallic Coatings Based on Platinum and Zirconium // Technical Physics Letters. 2014. Vol. 40. № 12. Р. 1126–1129.
  13. Патент № 2542912. РФ. Способ получения интерметаллического антиэмиссионного покрытия. Быстров Ю. А., Трифонов С. А., Лисенков А. А. и др. Опуб. 27.02.2015, бюл. № 6.


Все статьи автора «Сенин Максим Александрович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: