ВЛИЯНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ КАТОДА ВАКУУМНОГО ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ИСПАРИТЕЛЯ ПЛАЗМЫ НА ВЕЛИЧИНУ ДОПУСТИМОГО ТОКА ДУГОВОГО РАЗРЯДА

Проведен анализ основных конструкционных параметров, определяющих степень интенсивности формирования капель на стадии генерации плазменного потока. Рассмотрены наиболее широко используемые конструкции водоохлаждаемых расходуемых катодов. В качестве материала катодов брали Ti или сплавы Ti–Si, Fe–Cr. Для определения зависимости величины предельно допустимого тока дугового разряда от высоты катода были приняты следующие расчетные данные: средний заряд иона Zi для титановой плазмы +1,6, для плазмы «титан – кремний» +1,2; заряд электрона 1,6022 ⋅  10^–19 Кл; скорость движения иона v_i  = 2 ⋅  10⁴ м/с; эффективный вольтовый эквивалент энергии теплового потока, отводимого в катод, U_к = 12 В; температура эродирующей поверхности катода Т_п = 550 К; температура охлаждаемой поверхности катода Т_о = 350 К. Расчет проводили для разных значений высот катода h_к (от 0,02 до 0,05 м). Диаметр катода-мишени для большинства технологических плазменных устройств равен 0,08 м, следовательно, площадь эродирующей поверхности S = 0,005 м².

Теоретически обоснован выбор толщины расходуемой части катода-мишени вакуумного электродугового источника плазмы, при которой в процессе дугового испарения материала катода обеспечивается образование минимального количества капельной фазы в плазменном потоке. Показано, что при толщине расходуемой части катода h_к, равной 0,05 м, величина предельно допустимого тока дугового разряда практически равна значению минимального тока устойчивого горения дуги. При малых h_к ток допустимого разряда может быть значительным и обеспечивать высокую производительность процесса нанесения покрытий при образовании относительно низкого количества капельной фазы в покрытии.

1. Томаль, В. С. Низкоэнергетический источник ионного ассистирования / В. С. Томаль, Н. К. Касинский, И. А. Иванов // Материалы. Технологии. Инструменты. – 2013. – Т. 18, № 1. – С. 67–69.

2. Вакуумно-плазменные покрытия / Ж. А. Мрочек [и др.] ; под общ. ред. Ж. А. Мрочека. – Минск : Технопринт, 2004. – 369 с.

3. Исследование процессов формирования структуры вакуумных конденсатов в среде технологического газа / В. С. Томаль [и др.] // Контенант. – 2013. – Т. 12, № 4. – С. 16–21.

4. Хороших, В. М. Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления / В. М. Хороших // Физическая инженерия поверхности. – 2005. – Т. 2, № 4. – С. 184–199.

5. Хороших, В. М. Пространственное распределение потоков частиц в стационарном дуговом разряде низкого давления / В. М. Хороших, М. Г. Холомеев // Физическая инженерия поверхности. – 2004. – Т. 2, № 6. – С. 167–170.

6. Мрочек, Ж. А. Исследование основных технологических параметров электродугового процесса формирования многокомпонентных кремнийсодержащих покрытий в вакууме / Ж. А. Мрочек, И. А. Иванов // Электронная обработка материалов. – 1996. – № 1. – С. 14–16.

7. Дороднов, А. М. Методика инженерно-физического расчета электродугового источника плазмы для процессов нанесения покрытий в вакууме / А. М. Дороднов, А. Н. Кузнецов, С. В. Леонтьев. – М.: Изд-во МГТУ имени Баумана, 1999. – 34 с.

8. Daalder, J. E. Cathode Sports and Vacuum Arc / J. E. Daalder // Physica B+C. – 1981. – Vol. 104, No 1–2. – P. 91–106.

9. Ivanou, I. A. Alternative Technologies of Metal Deposition and Its Mathematical Simulation / I. A. Ivanou, S. A. Sultan // Машиностроение и техносфера XXI в.: сб. трудов: в 4 т. – Донецк : ДонНТУ, 2004. – Т. 4. – С. 241–244.

10. Иванов, И. А. Параметры низкотемпературной плазмы электродуговых испарительных устройств / И. А. Иванов, Х. Т. Е. Кармажи // Труды VII симпозиума Беларуси и Сербии по физике и диагностике лабораторной и астрофизической плазмы (ФДП-VII'2008), Минск, 22–26 сент. 2008 г. / под ред. В. И. Архипенко, В. С. Буракова, А. Ф. Чернявского. – Минск: Ковчег, 2008. – С. 192–195.