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 (dn_газ/dt) определялся с учетом коэффициента химической реакции А взаимодействия металла с реакционно-способным газом: (d²n_i)/(dS dt) = A(d²n_газ)/(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: (d²n_газ/dt) = А(dn_C6H6/dt) exp(–W/kT_e), где dn_C6H6/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 – МоC_1–x; α – МоC_1–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].