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1、第卷第期核聚变与等离子体物理,年月放电在材料表面改性上的应用高玉耿漫黄遇明龚晓荣于毅军唐德礼铁军核工业西南物理研究院成都、本文描述了金属蒸发真空弧放电的特点阴极弧等离子体的形成过程以及与加热。、蒸发电离方式相比放电的优越性文章还叙述了建造的离子源的实用参数工作过程及等离子体源在全方位离子注入装置中的应用。关键词放电等离子体
2、源材料表面改性放电的特点,、放电图”也称阴极弧放电是在阴阳二电极间加起弧电压并由触发电极引,燃的电弧来蒸发并电离阴极材料从而产生由阴极材料形成的金属等离子体整个阴极弧是由、。阴极,’端面上许多微小的电流密度高达的阴极斑产生的在阴极斑上阴极材料的,蒸发和电离过程是产生强大压力梯度的微爆许多连续微爆过程的统计综合构成了阴极弧匡。弧等离子体在压力梯度、电场和等离子体内摩擦力的作用下运动。通常把穿过阳极孔并湍性飘出的金属等离子体用作材料表面改性的介质。与常规的加
3、热蒸发电离式产生的金属等离,它有着显然的优点。,即使高熔点的钨、钥子体相比首先不受金属材料熔点高低的限制,。、等放电也能方便地获得其金属等离子体故而产生的金属等离子体种类多合金。导电的化合物如及导电的非金属如石,墨一一等离子体均可由放电产生并广泛加以应用。其次,由于它可产生大容积、高密度等离子体,而且离子的电荷剥离态高,故可以引出强流、高能量的离子束,束的纯度依赖于阴极材料的纯度及装置的本底真空。因此,在不到十年左右的时间内放电不仅在,视线加工的离子
4、源技术中得到迅速的发展高、、,能强流大束班的离子源相继建成并投入实际应用。其中有单阴极补给式的,也有图阴极弧放电原理,多阴极轮换工作式的而且也开始在全方位离阳极丁触发电极阴极,中应用——。—子注入又称其试验性装置在建等离子体—核聚变与等离子体物理第卷,。立同时工业性样机也在着手设计或建造中视线加工中的离子束源,,放电产生金属等离子体经过高电压加速引出便形成了视线加工用的高能金。、,属离子束图阴阳二电极之间施加至的起弧电压由其间
5、加有从几千到近万伏,。电压的触发电极点弧则放电金属等离子体就在弧压存在期间内脉冲地出现穿过,,。阳极孔的部分等离子体在阳极和引出栅之间较长的飘移空间内均匀化后到达引出栅为了,减少此过程中等离子体的扩散损失及不稳定状态在此区间设置了由永磁铁及其极靴构成的,,发散轴向磁场以约束并稳定地传输等离子体来提高弧放电的效率和引出位置的等离子体密。,【幻。、。度这对降低引出束噪声提高束质量是有益的束的引出由加减速三栅引出系统来实现,阴极弧电源是由形成线构成的因而弧,脉宽也取决于形成线的参数弧放电的频率,则由
6、触发信号的频率来控制可由弧压和触。发频率来控制引出束流的大小离子的能量取决于引出电压反流二次电子则由抑制栅尸一,的负压予以消除一一一便达到了良〔二好的抑制作用通过对有代表性的阴极材料,、二离子束流的引出实验对不同原子量不同熔点、常规应用量较大的金属材料、导电的非金土一、,属石墨导电的化合物比如等均⋯。获得了有实际应用价值的结果叫、一两的应用参数为引出电压甲离子束流一在距源的,必,靶上的束班内束分布的不
7、均匀度,小于。并在必的中心区出现束流密,度分布的平顶束班的最大范围高达必。,由于该源装备了机动齿轮滑键机构图高效磁约束金属蒸发真空弧离子源对阴极的材料消耗及由此引起的不正常的弧,。以满足科研生放电自动进行补偿延长了源的工作时间该源已装备在多功能离子注入机上产的实际应用的需要。非视线加工用装置上的金属等离子体源,,。即金属等离子体浸没离子注入装置顾名思义是以金属等离子体为工作介质的,。与常规的即等离子体源离子注入装置相比差别就是工作介质装置中
8、的金属等图。,离子体由金属等离子体源提供如上所述不加引出系统的放电机构就是一个良好的金属等离子体源。我们只要把穿过阳极孔的金属等离子体输入工作靶室里就可以了。,为了使进入靶室的金属等离子体更加纯净我们在等离子体源与靶室之间加入了滤除重杂质第期高玉等放电在材料表面改性上的应用粒子或离子团的磁导管。轴向磁场沿着弯曲的磁导管把穿过阳极孔的纯净的金属等离子体均匀地输而重杂质粒子或离子团入靶室则被偏离掉。这一机理主要是等离子体中的】电
