真空电弧沉积技术中的弧源设计

讨论了真空电弧沉积中弧源设计的有关问题 ,如电弧运行模式、电弧极性、点火方式、电弧的约束方式以及宏观粒子抑制方式等。分析表明 ,合理选择电弧运行模式和电弧极性 ,以满足涂料粒子蒸发与离化的要求 ;选择合适的弧源结构 ,加强对电弧的约束与烧蚀的控制 ,或用过滤弧源 ,以抑制宏观粒子对涂层的污染 ,是成功设计弧源的关键     

多模式交变耦合磁场辅助电弧离子镀弧源设计

采用有限元模拟对多模式交变耦合磁场进行了优化设计,介绍了多波形电磁线圈控制电源的原理,并对按此原理制作的电源进行了测试,分析讨论了不同波形励磁电流条件下磁场对于弧斑运动的影响,提出了一种多模式交变耦合磁场辅助电弧离子镀弧源设计原理及方案。研究表明:轴对称发散磁场有推动弧斑向外扩展的趋势,轴对称拱形磁场将弧斑约束在固定的轨道,反极性聚焦导引磁场有约束弧斑在靶材中心的趋势,多模式反极性动态聚焦导引磁场与轴对称发散磁场或者拱形磁场叠加,可形成动态的拱形耦合磁场,动态的控制弧斑运动,改善弧斑放电状态,减少颗粒发射;在聚焦磁场引导下,等离子体稳定的传输,同时可以增强等离子体的粒子碰撞机率,提高离化率和离子密度。反极性动态聚焦导引磁场线圈由多波形电磁线圈控制电源驱动,可输出频率、幅值单独可调的直流及直流偏置的三角波、矩形波、馒头波、正弦波及其他形式的交变电流,实现对弧斑的多种模式控制。     

单极性脉冲负偏压电源的灭弧设计

在磁控溅射和多弧离子镀膜中,加于工件上的单极性脉冲负偏压电源很容易出现拉弧打火现象,这将严重影响镀膜质量,甚至损坏镀膜工件。本文根据单极性脉冲负偏压电源特性和负载特性推导出电弧判断依据,设计了一种灭弧方案,实践证明该方案能迅速对整个镀膜过程中的拉弧现象进行自动侦测,并在电弧产生时迅速关断电源输出脉冲电压,进而有效的抑制拉弧能量。当灭弧保护后,电源自动恢复正常运行,保证镀膜继续进行,提高了产品的成品率和生产效率。     

大面积矩形电弧蒸发源电磁场的研究

大面积矩形电弧蒸发源合理的设置靶源磁场并有效的控制电弧弧斑的运动是十分重要的。本文基于大量的试验研究对电磁场在靶面各处产生的磁场强度的计算进行了理论推导，建立了数学模型，并进行了比较精确的计算。计算结果与实测值很好的吻合，该计算可作为大面积矩形电弧蒸发源电磁场设计的依据。     

电弧源喷射微粒及膜沉积率与弧电流关系

利用冷阴极电弧源镀膜时,源喷射微粒其直径从亚微米至十几微米,随弧流增加,微粒密度、膜沉积率及大直径微粒均上升。本文给出了上述试验结果及按直径分布微粒密度图。给出了阴极工作表面平均温度计算公式,计算了灼坑(CRATER)半径与弧流关系,为合理选择源工作参数,进行源设计提供了依据。     

用于真空电弧离子镀膜的受控电弧蒸发源

本文在研究了阴极弧斑运动规律的基础上，发展了多功能受控电弧蒸发源，它可在自由电弧状态下运行，而在２００～２５０Ａ高参数运行时，可使阴极弧斑覆盖几乎整个阴极表面且多轨迹旋转，使阴极烧蚀均匀，提高了镀膜沉积速率，薄膜质量也相应提高。研制的另一种环形阴极旋转电弧蒸发源，可基本消除液滴，使阴极利用率更高。     

纵向磁场对直流真空电弧等离子体发展进程的影响研究

从微观角度出发,数值模拟直流真空电弧燃弧初期电弧的发展进程,研究纵向磁场对电弧等离子体参数输运特性的影响。建立电弧等离子体流体-化学混合模型,仿真研究纵向磁场作用下的电弧运动特性。数值模拟电弧等离子体中粒子输运特性,以得到电弧等离子体参数随磁场变化规律。仿真结果表明:纵向磁场分布对直流真空电弧放电初期粒子的数密度与温度等参数的作用,直接影响电弧的发生与发展。研究并分析了直流真空电弧燃弧初期的过程。     

电弧离子镀的旋转横向磁场弧源设计

电弧离子镀工艺中电弧蒸发产生的大颗粒污染严重影响了所沉积涂层的性能.为了从源头上解决大颗粒难题,本文提出了一种新的旋转横向磁场的设计思路,通过频率和强度可调且覆盖整个靶面的旋转横向磁场控制弧斑的运动.通过有限元模拟磁场的分布,对旋转横向磁场控制的电弧离子镀弧源进行了优化设计.并根据方案制作了旋转磁场发生装置及其电源,使该弧源的旋转磁场具有多模式可调频调幅的功能,用以改善弧斑的放电形式,提高靶材刻蚀均匀性和靶材利用率,减少靶材大颗粒的发射,用以制备高质量的薄膜以及功能薄膜,以拓展电弧离子镀的应用范围.     

新型双弯曲磁过滤阴极真空电弧沉积系统的磁场模拟计算

本文用ANSYS软件对新型的45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧沉积系统中的磁场分布进行了模拟计算,并结合等离子体传输和电弧源弧斑运行稳定性进行了分析。在建立的数学模型基础上,分别研究了磁过滤弯管磁场空间分布对拟定的不同出射方向上的111个碳离子束的传输行为影响,和外加永久磁体对电弧源附近磁场空间分布的影响。结果表明,在优化的磁过滤弯管磁场空间分布情况下,111个碳离子束流可全部通过磁过滤弯管,并高效传输到基材表面。当电弧靶源后部的外加永久磁体磁化方向与弯管上的磁化方向相反,且磁矫顽力大于600 kA/m时,阴极靶弧源附近的磁力线空间分布更利于控制阴极弧斑长时间运行稳定性,这对延长弧斑寿命、提高等离子体的沉积效率、提高靶材表面刻蚀均匀性和获得高性能的ta-C薄膜生长具有重要理论意义。     

多模式旋转磁场对电弧离子镀弧斑放电的影响分析

电弧离子镀工艺中,弧斑的放电形式、运动速率、运动方式的控制对于减少以至消除大颗粒的发射至关重要。本文采用自主研发的机械式旋转磁控弧源,围绕三种不同模式的旋转磁场下弧斑的放电行为及规律进行了研究,并从弧斑放电的物理机制出发,分析讨论了不同模式的旋转磁场对阴极斑点运动的影响机理。研究结果表明,多模式旋转磁场可以有效提高弧斑的运动速度、扩大放电面积、降低放电功率密度、减少大颗粒的发射,同时还能够大幅度提高靶材的利用率,拓展电弧离子镀的应用。     

电弧离子镀电弧源深入研究

本文作者通过多年对电弧离子镀膜设备的设计、研发、试验和使用的理论实践,引述了电弧放电中的锁箍现象在设计中的应用要点;电弧源等离子体运动中的加功理论与设计,并引申出了"静电势阱"这一概念;提出了稳定电弧源的工作机理与方法;磁过滤电弧的应用;阳极层型离子源与电子束源在工具等离子镀膜中应用的比较;轴对称磁场在电弧源磁约束中的重要性及其使用等。     

应用于工具镀膜的磁场辅助离子镀弧源及其放电特性分析

针对几种应用于工具镀膜的磁场控制的电弧离子镀弧源,分析了其结构、工作原理以及弧斑运动、放电特性;比较了不同磁场辅助受控弧源的靶结构及磁场位形,并讨论了对弧斑运动、放电及镀膜工艺的影响;对磁场控制的电弧离子镀弧源的发展进行了展望。     

真空断路器电流峰值后弧柱收缩状态研究北大核心CSCD

真空断路器熄弧阶段的电弧形态变化直接影响弧后介质恢复强度,进而影响开断的成功与否。为探究熄弧阶段电弧收缩状态,利用高速摄像机对电弧图像进行数字采集,并结合图像特征提取与角点检测技术,对弧柱边缘进行提取。计算5. 5～7. 4 ms时间弧柱直径变化范围为155～20像素,运用曲线三次拟合方法,绘制弧柱收缩速度曲线,结合外加磁场收缩力与电弧粒子气体压力相互作用原理,解释了6. 0～6. 7时间内收缩速度平稳过渡情况,以及6. 7 ms以后的速度激增。通过此次实验得到的相关电弧形态参数,为纵向磁场真空断路器的优化设计提供一定的技术参考。     

真空断路器电流峰值后弧柱收缩状态研究

真空断路器熄弧阶段的电弧形态变化直接影响弧后介质恢复强度,进而影响开断的成功与否。为探究熄弧阶段电弧收缩状态,利用高速摄像机对电弧图像进行数字采集,并结合图像特征提取与角点检测技术,对弧柱边缘进行提取。计算5. 5～7. 4 ms时间弧柱直径变化范围为155～20像素,运用曲线三次拟合方法,绘制弧柱收缩速度曲线,结合外加磁场收缩力与电弧粒子气体压力相互作用原理,解释了6. 0～6. 7时间内收缩速度平稳过渡情况,以及6. 7 ms以后的速度激增。通过此次实验得到的相关电弧形态参数,为纵向磁场真空断路器的优化设计提供一定的技术参考。     

焊剂片约束电弧焊接三明治板熔滴过渡与熔池波动研究

针对焊剂片约束电弧(FBCA)焊接高强钢三明治板熔池研究难点,采用侧边贴敷耐高温石英玻璃片方法,采集焊接动态过程信息,实现熔池边缘曲线的提取与特征参数的计算,研究不同参数下熔滴过渡模式及熔池边缘曲线波动情况,分析熔池振荡角与焊接稳定性及焊缝成形之间的关系。结果表明：不同参数下FBCA焊接存在短路过渡、粗滴过渡、排斥过渡、细滴过渡、射滴过渡、弧桥并存过渡六种过渡方式,对芯板内熔池边缘波动的影响依次减弱;随着熔池振荡角变化,熔池边缘曲线形状存在混合U形、深U形及浅U形,电弧燃烧稳定性依次增强;当焊接处于弧桥并存过渡模式、熔池边缘曲线为浅U形时,电弧稳定燃烧,电弧力作用均匀,焊接过程稳定,焊缝质量最好。     

多弧离子镀膜机靶源电磁场的研究

多弧离子镀设备蒸发源的电弧放电受外加磁场的严格控制，靶面处不同的磁场分布 具有不同的电弧放电形貌，这样，靶面处磁场强度的计算显得特别重要。本文基于多年 科研实践和研究生论文试验对电磁线圈在靶面各处产生的磁场强度的计算进行了理论推 导和研究，建立了数学模型，并进行了比较精确的磁场计算。计算值与实测值较好地相 吻合。该计算可作为多弧靶设计的依据。     

等离子体电弧法制备的带状纳米锌的表征

约束弧等离子体电弧法用等离子体高温热源激发高能粒子的化学反应,并与骤冷技术结合构成一个制备金属纳米粉体或化合物纳米粉末材料的等离子体过程,能极好地制备高溶点(例:Ni,Fe,C等)或低溶点(例:Al,Zn等)的纳米粉末,是当前极具工业化生产应用前景的方法之一。用约束弧等离子体电弧法制备了纳米Zn粉末,用XRD,TEM,TG,DTA技术研究了纳米Zn粉末的结构、晶粒大小、晶粒形貌和热稳定性。结果表明,该粉体平均粒径小于42 nm,晶粒形貌为带状,热稳定性好。此外该粉体具有高比表面积,可用作化学反应的催化剂。     

约束弧等离子体制备镍纳米粉体及磁学性质

采用约束弧等离子体方法成功制备出了高纯Ni纳米粉体,运用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)对样品的结构、形貌和磁学性质进行了表征.研究了工艺条件对电弧状态和粉体形貌的影响,实验结果表明,约束弧等离子方法能制备出纯净的Ni纳米粉体,并能有效控制粒子的粒径,粉体的比饱和磁化强度低于块体,矫顽力高于块体,饱和磁化强度和矫顽力均随着颗粒度的减小而降低.     

第二十讲 真空离子镀膜

<正>13真空阴极电弧离子镀13.l概述真空阴极电弧离子镀简称真空电弧镀(Vacuum arc plating)。如采用两个或两个以上真空电弧蒸发源(简称电弧源)时,则称为多弧离子镀或多弧镀。它是把真空弧光放电用于蒸发源的一种真空离子镀膜技术,它与空心阴极放电的热(接2019年第4期第80页)     

基于DSP控制的金属离子源脉冲弧电源的研制

离子源是离子注入设备的重要组成部分,其控制方式,工作频率以及产生离子的种类、电流强度、离子束密度等对离子注入设备的运行效率和稳定性有着重大影响。本文主要论述了一套应用于MEVVA型金属离子源的脉冲弧电源的设计与优化。该电源由触发电源和电弧电源组成,其中触发电源输出峰值电压高达25KV,脉宽为20us;电弧电源输出峰值电压为90V,输出脉宽在200us~3ms范围内可调。该电源采用DSP-28335芯片作为控制系统,输出PWM信号准确控制IGBT的开通关断,从而控制输出脉冲的电压,频率和脉宽;实时监控过压过流信号,保护电源系统安全可靠运行。实验结果表明:此电源各项指标运行正常,电磁干扰小,具有良好的应用价值。