真空阴极弧离子镀阴极斑点的移动研究

建立了真空阴极弧离子镀圆形平面靶侧面引弧时,阴极斑点的受力模型,分析了影响电弧运动的因素,改进了圆形平面靶侧面形状,大大提高了石墨靶阴极斑点从侧面到靶平面的过渡速度。     

阴极弧离子镀磁过滤器

在真空阴极弧离子镀的过程中,在阴极材料表面阴极斑点处的电流密度很大、斑点温度很高,发射出来的物质中包含有很多宏观粒子团（ＭＰ＇ｓ：ｍａｃｒｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ）,构成对成膜表面的污染,人们采用了磁过滤器对ＭＰ＇ｓ进行过滤。采用的型式一般有直线结构,曲线型结构两种。本文介绍了ＭＰ＇ｓ的形成机理,各种磁过滤器的基本结构和工作原理,并着重介绍９０°弯曲弧磁过滤器的特点及离子分布规律。最后,概括介绍了阴极弧离子镀磁过滤器适用范围。     

脉冲阴极弧等离子体及有关特性研究

阴极弧（Cathodic Arcs）是目前多种薄膜及涂层制备工艺的重要物质来源。从阴极表面起弧形成阴极斑点、产生等离子体（相变）、等离子体在真空室中的扩展（输运）,到最终在施加偏压的基体上沉积、凝聚形成涂层或薄膜,这一系列环节包含着复杂的物理过程。对这些过程及相关机制的深入分析与认识,无疑会对涂层制备工艺起到重要的理论指导作用。本文简要回顾了人类对阴极弧有关的放电现象的认识过程以及相关涂层的发展历史。对阴极放电机制以及与涂层工艺密切相关的等离子体行为,诸如脉冲阴极弧等离子体速度、鞘层、斜入射与附着系数等问题进行了探讨与实验结果的汇总。旨在为读者对阴极弧及其涂层工艺提供感性认识,为指导科研生产实践服务。     

阴极真空弧沉积中靶室第二阳极作用对系统性能的影响

介绍了阴极真空弧沉积中，弧源在阴极接地和阳极接地两种不同工作状态下的工作特性。发现阳极接地时，因沉积靶室入口法兰的第二阳极作用，聚焦磁场对弧源放电稳定性的影响不如阴极接地时明显。因此可以加较高的聚焦磁场，从而获得流强较高和较稳定的沉积等离子体束。     

用于航空航天材料表面功能涂层的阴极弧技术

航空航天零部件的失效有时起源于材料表面破坏.基于真空阴极弧的表面优化是一种极为有效的保护预防技术.本工作从阴极弧的原理出发,结合作者在美国加州大学伯克莱分校劳伦斯国家实验室研究经验,讨论了阴极弧应用的技术特点.着重讨论了基于真空阴极弧的双或多等离子体的表面优化技术以及航空航天零部件材料表面功能涂层应用的可行性.     

多弧离子镀膜机阴极弧源的改进及其工艺的实验研究

本文叙述了对多弧离子镀膜机阴极弧源所做的实验研究，提出了如何降低靶极工作电流、提高靶材利用率、减小蒸发粒子的颗粒度以及提高成膜质量的方法。详细介绍了在我所研制的ＨＬＺ－７５０型八个弧源的多弧离子镀膜机上所做的 ＴｉＮ超硬涂层及装饰涂层的工艺研究及实测结果。     

磁过滤阴极真空弧沉积装置研究中的等效电路方法

提出了模拟磁过滤阴极真空弧放电等离子体沉积装置阴极弧放电过程的等效电路，并用此电路定性研究了各参数对弧放电的影响，结果同实验符合的很好。     

强流离子源新型LaMo阴极的制备

作为强流离子源新型的ＬａＭｏ阴极，其用于强流离子源阴极的实验结果表明ＬａＭｏ阴极是一种有效的热阴极发射体，且该阴极用于强流离子源时，离子源放电起弧正常，使用寿命大大延长（相对于ＬａＢ６阴极）。本试验对ＬａＭｏ阴极材料的制备进行了探索性的尝试，取得了较好的实验结果，但与样品ＬａＭｏ阴极材料（美国）还存在着一定的距离。     

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。     

阴极弧斑放电的机理分析

介绍了阴极弧斑放电的基本特征。参考前人的研究模型和最新的实验结果,系统地分析了阴极弧斑放电的机理和过程：电子的爆裂发射模型;热场致发射理论;阴极电位降区满足的Ｍａｃｋｅｏｗｎ 公式;阴极弧斑在磁场中的运动机理。最后讨论了气压对弧斑运动的影响,解释了阳极弧斑放电特征。     

真空电弧沉积多元膜复合靶成分离析效应的研究

用Ti/Mo ,Ti/W和Ti/Me(Me为Fe Cr Al合金 )复合靶采用真空电弧技术沉积了多元膜 ,并对成分离析效应及组织和性能进行了研究。结果表明 ,工作弧电流和阴极镶嵌体的弧斑平均电流对成分离析效应影响程度较大 ,Ti/Me复合靶存在一个无成分离析效应的平衡点。多元膜结构主要为组元原子固溶于Ti2 N中的结构形式 ,并具有较高的显微硬度     

Study on cathode spot motion and macroparticles reduction in axisymmetric magnetic field-enhanced vacuum arc deposition

Cathode spot motion and macroparticles (MPs) reduction on related films are the two main issues in the application of the vacuum arc deposition (VAD). In the present work, an axisymmetric magnetic field (AMF) was applied to the cathode surface to investigate the influence of the AMF on the cathode spot motion and the MPs reduction on TiN films. The results show that the AMF affected the cathode spot motion by redistributing the dense plasma connected with the initiation of the new spot. With increasing AMF, there is an increasing tendency for the cathode spot to rotate and drift toward the cathode target edge. Based on the results of FEM simulation and the physical mechanism of the cathode spot discharge, the mechanism of the cathode spot motion in the AMF was discussed. The morphology, detailed size distribution, and roughness of the resultant TiN films were systematically investigated. Fewer and smaller MPs ejection is observed with an increase in the transverse component of AMF. The effect of the AMF on the MPs reduction on TiN films was discussed, and the results were compared with the theoretical predictions.     

Vacuum Arc Discharge on Integrally Cold Cathode

Initial researches of the existence of a cathode spot on the working surface were conducted in vacuum arc plasma sources of the coaxial design. The moving of the cathode spots on the limited sizes working surface does not give full picture of the development of the arc discharge. This article describes the vacuum arc plasma source of extended design generating the directed belt plasma stream and operating in pulse mode. The researches carried out give additional information about development of the cathode spots of the vacuum arc discharge. It is found that the speed of the cathode spots' motion depends on the cathode temperature.     

磁控电弧离子镀阴极斑点特性的高速摄影研究

利用高速摄影技术，对磁控电弧离子镀中阴极斑点大小、寿命及运动轨迹进行了观测，获得了阴极斑点电流密度、运动速度随磁场、电弧电流及背景气体压力改变而变化的关系曲线。     

Control of cathodic arc spot motion under external magnetic field

A closed circular transverse magnetic field is designed to control the spot motion of a cathodic arc on a large rectangular target. Stable and controllable spot motion is observed from both graphite and copper. The arc stability, spot velocity, and etched pattern on the cathode surface are studied systematically. Circular tracks are etched on the target surface by the repetitive spot movement and the surface morphology and resistivity of the cathode materials influence the spot velocity.     

Structure of the Welding Arc Cathode Spot with a Nonconsumable Electrode

The cathode spot autographs on a glass surface are investigated through an electron microscope, with a magnification up to 100000. We discover that the welding arc cathode spot consists of separate cells with the substructure, current channels, 10–60 nm in diameter. We acquire color photographs of the welding arc cathode spot with the cathode torch. Photograph processing through different filters reveals the shape of the cathode spot and the cathode torch. We perform the estimate calculations of the current density in the welding arc cathode spot substructure.     

多弧离子镀弧源靶工作条件对氮化钛薄膜中钛液滴的影响

本文研究了阴极靶弧电流大小、阴极靶表面热弧斑运动轨迹的电磁场控制、以及阴极靶脉冲弧沉积对多弧离子镀TiN薄膜中Ti液滴的影响。通过优化镀膜参数,可以有效地减少Ti液滴的数量和尺寸,提高TiN薄膜／工件基体之间的结合力。     

前舱干扰下锥弧药型罩射流成型及侵彻性能研究

为了有效地降低前舱对聚能射流的干扰作用,提高聚能战斗部侵彻混凝土靶的威力,设计了一种锥弧药型罩。利用动力学仿真软件AUTODYN 2D对两种小锥段不同壁厚的锥弧药型罩和相同装药结构下的传统药型罩在前舱干扰情况下形成射流的过程进行数值模拟研究,分析这3种药型罩形成射流的性能,最后通过静破甲试验验证锥弧药型罩的侵彻性能。结果表明:与传统结构药型罩相比,在爆轰压力作用下,锥弧药型罩的锥形部分形成头部高速射流,减少在前舱的射流消耗,增加侵彻深度;弧形部分形成的射流质量利用率高,可形成粗大射流,提高侵彻能力;小锥段1.6 mm和2.5 mm壁厚锥弧药型罩形成的射流都能够侵彻1 200 mm厚的混凝土靶板,且小锥段1.6 mm壁厚锥弧药型罩形成的射流侵彻性能更好。     

真空电弧放电稳定性

本文研究了真空阴极电弧放电过程中阴极电弧源工作稳定及其影响因素,研究了真空电弧斑的产生及运动规律。     

柱弧离子镀和非平衡磁控溅射镀制备Ti-N-C黑色硬质膜

采用柱弧离子镀和中频孪生靶非平衡磁控溅射镀膜技术制备了Ti-N-C多层复合黑色硬质膜.采用轮廊仪扫描电子显微镜(SEM)、分光光度计、显微硬度计等手段研究了所得膜层的各项性能.结果表明,两种工艺都可以获得颜色较深的黑色硬质膜,柱弧离子镀制备黑色硬质膜的效率高、力学性能更好;中频孪生靶非平衡磁控溅射制备的黑色硬质膜表面光滑、颜色更深.