Патенты автора Меньшаков Андрей Игоревич (RU)
Изобретение относится к области плазменной техники. Технический результат - повышение срока службы трубчатого самонакаливаемого полого катода в аксиально-симметричном магнитном поле. Способ повышения ресурса катода основан на изменении условий горения разряда в катодной полости при наложении резко неоднородного осесимметричного магнитного поля. С помощью кольцевых постоянных магнитов создают резко неоднородное магнитное поле, максимум которого располагается в плоскости выходной апертуры катода, в результате чего активная зона разряда, характеризующаяся максимальной плотностью тока эмиссии и скоростью эрозии катода, локализуется на торцевой поверхности катода. Повышение ресурса катода обеспечивается созданием условий, при которых износ катода происходит не только в радиальном, но и в продольном направлении путем перемещения катода или магнитов по мере эрозии катода, при котором сохраняется положение максимума магнитного поля в плоскости торца катода. Генератор плазмы на основе разряда с самонакаливаемым полым катодом может быть использован как в магнетронных системах нанесения покрытий для повышения плотности тока ионного сопровождения, так и в устройствах химического осаждения покрытий для плазменной активации процессов взаимодействия реагентов в рабочем объеме. 3 ил.
Изобретение обеспечивает генерацию плотной объемной импульсной плазмы и может быть использовано для интенсификации процессов взаимодействия частиц в объеме и одновременного ограничения температуры поверхности изделий, нагреваемых ионным потоком из плазмы. Способ генерации плотной объемной импульсной плазмы основан на возбуждении разряда с самонакаливаемым полым катодом в газоразрядной системе источника электронов с плазменным эмиттером и формировании широкого электронного пучка, ионизирующего и возбуждающего газ в объеме. Разряд с самонакаливаемым полым катодом зажигают в импульсно-периодическом режиме, при этом сочетание параметров режима (амплитуда, длительность и частота повторения импульсов) выбирают таким образом, чтобы приращение температуры эмитирующей поверхности полого катода за время импульса (Tmax-Tmin) обеспечивало требуемую величину импульсного тока термоэмиссии катода, а отвод тепла в объем полого катода и излучение с его внешней поверхности за время паузы не привели к снижению температуры эмитирующей поверхности полого катода ниже минимального уровня Tmin, обеспечивающего минимальный стартовый ток термоэмиссии для развития разряда при подаче импульса напряжения, причем значения температур определяются из соотношения Ричардсона-Дэшмана Imax=AT2maxexp(-eϕ/koTmax)S1и Imin=AT2minехр(-eϕ/koTmin)S1, длительность импульса t и частота повторения импульсов f определяются из соотношений (Tmax-Tmin)=(2q/λ)(αt/π)1/2, q=k1UIImax/S1, k1ImaxU⋅f⋅t~k2σT4minS2, где Imax, Imin - требуемая амплитуда тока и минимальный стартовый ток термоэлектронной эмиссии катода, S1, S2 - площадь эмитирующей и внешней поверхности полого катода, А - термоэлектрическая постоянная, Tmax, Tmin - максимальная импульсная и минимальная стартовая температура полого катода, еϕ - работа выхода электронов из материала полого катода, е - заряд электрона, ko - постоянная Больцмана, q - импульсная плотность мощности, выделяющейся на эмитирующей поверхности полого катода, λ и α - коэффициенты теплопроводности и температуропроводности материала полого катода соответственно, π=3,14; k1 - доля ионного тока в общем токе на полый катод, U - напряжение горения импульсного разряда; k2 - коэффициент излучения (степень черноты) внешней поверхности полого катода, σ - постоянная Для нанесения покрытий в плазме электронного пучка могут быть использованы совместно с электронным источником распылительная система, формирующая поток атомов в направлении обрабатываемых изделий, а также плазмохимические реакции с участием компонентов газовой смеси, активируемой низкоэнергетическим электронным пучком. Технический результат - повышение эффективности возбуждения и ионизации газа и обеспечение возможности изменять структурно-фазовое состояние и функциональные характеристики изделий. 6 ил.
Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для упрочняющей обработки деталей из сталей и сплавов цветных металлов методом плазменного азотирования. Заявленный способ включает установку полого катода из титана в разрядную систему, содержащую анодный электрод, постоянную прокачку через полый катод рабочего газа - азота, приложение между анодом и полым катодом напряжения и зажигание тлеющего разряда, ток которого задают таким, чтобы в течение нескольких минут температура полого катода увеличилась до температуры, близкой к температуре плавления титана (1668±4°С), формирование на поверхности полого катода слоя нитрида титана и переход разряда в низковольтный дуговой режим с термоэмиссионным катодом. Затем производят тренировку катода в дуговом режиме, для чего увеличивают ток дугового разряда при одновременном снижении напряжения его горения, поддерживая температуру полого катода близкой к температуре плавления титана, и в таком режиме поддерживают разряд в течение 40 мин. Техническим результатом является возможность изменения параметров разряда в широких пределах, ограниченных достижением температуры плавления нитрида титана (2950°С), а также многократное повышение тока разряда. 6 ил.
