Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления

Приведены результаты исследований стационарной вакуумной дуги на твердых металлических катодах, горящих в присутствии различных газов в объеме разрядного промежутка. Данные касаются измерений скорости катодного пятна, определению коэффициентов электропереноса, измерений ионного тока и оценке вели...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Физическая инженерия поверхности
Date:	2004
Main Author:	Хороших, В.М.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2004
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98491
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления / В.М. Хороших // Физическая инженерия поверхности. — 2004. — Т. 2, № 4. — С. 184–199. — Бібліогр.: 37 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859810801301323776
author	Хороших, В.М.
author_facet	Хороших, В.М.
citation_txt	Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления / В.М. Хороших // Физическая инженерия поверхности. — 2004. — Т. 2, № 4. — С. 184–199. — Бібліогр.: 37 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Физическая инженерия поверхности
description	Приведены результаты исследований стационарной вакуумной дуги на твердых металлических катодах, горящих в присутствии различных газов в объеме разрядного промежутка. Данные касаются измерений скорости катодного пятна, определению коэффициентов электропереноса, измерений ионного тока и оценке величины катодного падения. Наведено результати досліджень стаціонарної вакуумної дуги на твердих металевих катодах, що горять у присутності різних газів в обсязі розрядного проміжку. Дані стосуються вимірів швидкості катодної плями, визначенню коефіцієнтів электропереносу, виміріванню іонного струму й оцінці величини катодного падіння. The investigations results of steady-state vacuum arc on solid metal cathodes are have been introduced. The dates concerns of the arcs which burns in presence of variant gasses in discharge ambient. Particularities of cathode processes have been studied. Main factors influencing upon the velocity and nature of cathodic erosion were determined.
first_indexed	2025-12-07T15:19:19Z
format	Article
fulltext	ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No.4184 ВВЕДЕНИЕ Дальнейший прогресс в области практичес- кого использования вакуумной дуги требует накопления и систематизации данных о его физической природе. Источником весьма по- лезной информации о природе физических процессов, определяющих генерацию частиц в дуговом разряде, являются данные по из- мерению расхода массы материала катода, эродирующего под воздействием катодного пятна дуги. Данные измерения представляют также практический интерес, поскольку ско- рость эрозии является одним из важнейших параметров, определяющих производитель- ность и ресурс непрерывной работы ваку- умно-плазменных установок для осаждения покрытий и электродуговых сорбционных насосов. Ранее эрозия катода в вакуумной дуге ис- следовалась для импульсных и квазистацио- нарных разрядов длительностью до несколь- ких секунд [1, 2, 3]. Стационарная дуга на твердых металлических катодах находилась вне поля зрения исследователей, что связано, в основном, с экспериментальными труднос- тями по обеспечению ее стабильного горения на катодах из большинства металлов. Слабо изучено также влияние химически активного газа в объеме разрядного промежутка на ха- рактер протекания прикатодных процессов. Между тем известно, что величина перено- симого через дугу заряда и особенно время горения дуги влияют на эрозионные харак- теристики разряда [4]. Существенное воз- действие на характер прикатодных процессов оказывают также различного рода пленки и включения на поверхности катода [5, 6], воз- никающие при наличии в вакуумном объеме химически активных газов. В настоящем обзоре систематизируются данные по изучению процессом эрозии и массопереноса катодного материала в ста- ционарной дуге низкого давления, полу- ченные в Харьковском физико-техническом институте начиная с середины 80-х гг. прош- лого столетия. Результаты касаются дуги, го- рящей как в высоком вакууме, так и в при- сутствии различных газов в объеме раз- рядного промежутка. УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ Эксперименты проводили с использованием как источника плазмы с автостабилизацией, так и источника плазмы с магнитным удер- жанием катодного пятна. В качестве катодных материалов при измерениях использовали алюминий, медь, молибден, цирконий, титан, ниобий и графит. Диаметр цилиндрического водоохлаждаемого катода в источнике плаз- мы с автостабилизацией катодного пятна составлял 64 мм, в источнике плазмы с ма- гнитным удержанием катодного пятна из- менялся в пределах – 60 ÷ 100 мм. Длина ка- тодов варьировалась в пределах 5 ÷ 80 мм. Для изучения влияния теплового режима ка- тода на скорость его эрозии исследовали электродуговой источник плазмы с магнит- ным удержанием катодного пятна с катодным узлом видоизмененной конструкцией (рис. 1) [7]. УДК 537.525.5 I. ЭРОЗИЯ КАТОДА И РАСХОД МАССЫ КАТОДНОГО МАТЕРИАЛА В СТАЦИОНАРНОЙ ДУГЕ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ В.М. Хороших Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ (Харьков) Украина Поступила в редакцию 30.11.2004 Приведены результаты исследований стационарной вакуумной дуги на твердых металлических катодах, горящих в присутствии различных газов в объеме разрядного промежутка. Данные касаются измерений скорости катодного пятна, определению коэффициентов электропереноса, измерений ионного тока и оценке величины катодного падения. ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 185 В этом катодном узле катод 1 закрепляли на медной перегородке 4 с помощью резьбо- вого соединения (выступ на катоде и отверс- тие в перегородке, снабженные резьбой М12). Диаметр перегородки – 56 мм, толщина – 15 мм. Контактирующие поверхности обрабо- таны по 6-му классу чистоты. Скорость эрозии катода (коэффициент электропереноса) χ измерялась весовым методом по потере массы катодного материа- ла ∆m за время t на единицу тока дуги Iд (1,7). Анализ химических соединений на по- верхности катода проводился методом рент- геновской фотоэлектронной спектроскопии (РЭС). Изучение характера эрозии поверхности катода производилось с помощью профило- графа-профилометра 252 и металлографичес- кого микроскопа ММР-2Р. Эрозию в ионной фазе оценивали по ион- ному току, определяемому интегрированием кривых распределения плотности тока по радиусу. Эти кривые получали с помощью одиночного зонда, передвигаемого на рас- стоянии 20 мм от плоскости катода. Измерения падения напряжения на разряде проводили с помощью прибора Ц4317. Эксперименты проводились при контроле температуры поверхности катода с помощью хромель-алюмелевой термопары, располо- женной на расстоянии ≈2 мм от его рабочего торца. СКОРОСТЬ ЭРОЗИИ В ВЫСОКОМ ВАКУУМЕ. ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА КАТОДА В табл. 1 приведены данные по скорости эро- зии катодов из алюминия, меди, молибдена, циркония, титана, ниобия хрома и графита в вакууме ~ 10–4÷ 10–3 Па, полученные с исполь- зованием источника плазмы с автостабили- зацией катодного пятна при токе дуги 100 А. Время горения дуги – 20 мин. Полученные коэффициенты электропере- носа отличаются от их значений, проведен- ных для импульсных или квазистационарных а) б) Рис. 1. Конструкции катодных узлов источников плазмы с прямым охлаждением катода а) и с охлаждением катода через металлическую медную) перегородку б): 1 – катод; 2 – поджигающее устройство; 3 – за- щитный экран; 4 – перегородка. Таблица 1 Коэффициенты электропереноса в вакуумных дугах В.М. ХОРОШИХ Материал катода χ, мкГ/К Алюминий АВ0000 110 120 [16] Медь электролитическая 6 5 115 [4] 130 [16] 76 [86] 70 [80] Молибден МЧВП 5 2 47 [4] Цирконий сплав 100 51 Титан ВТ-1-1 3 9 52 [4] Хром ВХ2И 3 6 40 [4] 22 [86] Ниобий 3 8 Графит АГ-1500 27 17 [4] ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No.4186 дуг [8, 9]. В работе [4] отличие результатов измерений c, выполненных различными ав- торами, объясняется влиянием эксперимен- тальных условий и, в основном, величины заряда Q, переносимого через дугу на единицу рабочей поверхности катода Sк. При этом c растет с увеличением Q/Sк. Рост c при воз- растании Q/Sк обусловлен, по мнению автора этой работы, увеличением подвода энергии на единицу рабочей поверхности катода, что вызывает повышение его локальной тем- пературы и, соответственно, приводит к рос- ту скорости эрозии катода. Сравнение значения коэффициента элект- ропереноса для меди при p ~ 10–3 Па, полу- ченного в настоящей работе, с данными ра- боты [8] показывает, что тенденция роста c с увеличением Q/Sк наблюдается не во всех случаях: в данной работе c = 65 мкг/К при Q/Sк = 2,4.103 К/см2, а в [4] c = 76 мкг/К при Q/Sк = 1,7.102 К/см2. Данное несоответствие связано с отсутст- вием контроля температуры катода Tк в экс- периментах, анализируемых в работе [4]. Ин- тегральная температура катода зависит, кроме величины Q/Sк, определяющей подвод энер- гии к его поверхности, также от величины энергии, рассеиваемой в виде тепла, отво- димого через элементы крепления и токоввод. Эта энергия зависит от конкретного конст- руктивного исполнения эксперименталь- ного электродугового устройства, в связи, с чем температура катодов, исследуемых в данной работе и в [8, 9, 10, 11, 12] может существенно отличаться. Экспериментальные данные, полученные для дуги с титановым катодом в наших условиях, указывают на то, что влияние интегральной температуры на скорость и характер эрозии весьма существенно (Тк повышалась от 390 до 800 К при увеличении длины цилиндрического катода от 15 до 50 мм). Микрофотографии и профилограммы, иллюстрирующие изменение характера эро- зии катода при увеличении интегральной температуры его поверхности представлены на рис. 2 и рис. 3 [13]. Характерным для катода с рабочей тем- пературой ≈ 800 К [14] являются сущест- венно большие размеры следов катодного пятна дуги; появляются оплавленные кра- теры размером до 1 мм. На поперечном шли- Рис. 2. Микрофотографии поверхности (а, в) и попе- речные шлифы (б, г) катодов (а, б – Тк = 390 К; в, г – Тк = 800 К). Рис. 3. Профилограммы поверхности титанового катода после 10 мин. горения; Id = 110 A; а) р = 1.10–3 Па; б) рN = 10 Па; в) р = 1.10–3 Па; а), б) – Тк = 390 К; в) – Тк = 800 К. Масштаб по горизонтали – одно большое деление – 0,2 мм, по вертикали – 20 мкм. ЭРОЗИЯ КАТОДА И РАСХОД МАССЫ КАТОДНОГО МАТЕРИАЛА В СТАЦИОНАРНОЙ ДУГЕ НИЗКОГО ... ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 187 фе видна приповерхностная зона воздейст- вия катодного пятна глубиной ≈20 мкм (при Тк ≈ 390 К зона воздействия катодного пятна при увеличении ×200 не разрешается). При Тк ≈ 800 К происходит рекристаллизацион- ный отжиг материала катода, проявляющийся в резком увеличении размеров зерен; по ли- тературным данным [15] рекристаллизаци- онный отжиг титана начинается при 770 ÷ 820 К. Скорость эрозии катода повышается от 39 мкг/К при Тк ≈ 390 К до 76 при Тк ≈ 800 К. Увеличение коэффициента элект- ропереноса происходит за счет разбрызги- вания капель жидкого металла из зоны рас- плава материала катода вблизи пятен дуги. По данным работы [16], увеличение размеров зерен также способствует росту эрозии в ка- пельной фазе. Повышение скорости эрозии катода в виде капель, наблюдаемое с ростом Тк, является не- желательным во всех случаях практического при-менения вакуумного дугового разряда. В связи с этим на практике требуется интенсив- ное охлаждение катода, соответствующее ми- нимальному для данного катодного мате- риала значению χ. Наилучшее охлаждение катодов обеспечивается при непосредст- венном охлаждении торца, противополож- ного рабочему, проточной водой. В этом слу- чае, однако, существует опасность попадания воды в вакуумную камеру при замене или “прогорании” катода. Кроме того, процесс замены катода достаточно сложен, поскольку требует полной разборки катодного узла. Указанные недостатки устраняются в слу- чае, если катод не имеет непосредственного контакта с водой, а охлаждение осуществля- ется через металлическую перегородку. Од- нако за счет конечной величины термичес- кого сопротивления в зоне контакта катода с перегородкой эффективность охлаждения в такой конструкции ухудшается. Применяя известные [17] методы интенси- фикации теплообмена можно уменьшить из- быточный нагрев катодов косвенного охлаж- дения. Эксперименты по изучению эрозии катодов, охлаждаемых через перегородку (рис. 1б), проводили в следующих условиях: 1) В отсутствие в контактной зоне прокладок или уплотнителей. 2) При наличии в контактной зоне прокладок (от одной до трех) из отожженной медной фольги толщиной 0,1 мм. 3) При заполнении зазора между контакти- рующими поверхностями вакуумным маслом ВМ-1. 4) При наличии в зоне контакта медной прокладки и масла. 5) При заполнении зазора порошкообразным графитом. 6) При заполнении зазора маслом с добав- лением порошкообразной бронзы. Катод ввинчивался в перегородку до упора с крутящим моментом 2 кГ⋅м. Это примерно соответствует условиям завинчивания вруч- ную без применения каких-либо приспособ- лений (ключа, захвата и т. п.). Заключение об эффективности охлаждения катодной поверх- ности делали путем сравнения измеренных значений χ с данными для катодов прямого охлаждения. Измерения вели при токе дуги 100 А. Ток в стабилизирующей катушке был равен 1,0 А. Фокусирующая катушка не включалась. Катод был изготовлен из титана ВТ-1-1. Во время измерений разряд горел в вакууме ~10–3 Па. В отсутствие уплотнителей в течение все- го эксперимента наблюдается увеличение значения χ (рис. 4), связанное с повышением интегральной температуры катодной по- верхности. Рис. 4. Зависимость удельной эрозии титанового катода диа-метром 80 мм от времени горения дуги. Точки на графике соответствуют мгновенному значению χ. Зна- чения χ рассчитаны из зависимостей ∆m(t), получен- ных с шагом 0,5 мин в области t = 0 ÷ 5 мин, и с ша- гом 5 мин в области t = 5 ÷ 40 мин: 1 – уплотнитель от- сутствует; 2 – уплотнитель – одна медная прокладка. В.М. ХОРОШИХ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No.4188 Через 40 мин после начала эксперимента χ увеличивается в два раза по сравнению с его значением для катодов прямого охлажде- ния. (Для катодов прямого охлаждения при температуре поверхности 370 К χ= 39мкГ/К). Применение уплотнителей существенно улу- чшает теплообмен в зоне контакта катода с перегородкой, что ведет к снижению χ и уменьшению времени его стабилизации до ≈7 мин. Установившееся значение χ составляет ≈53 мкГ/К, что несколько превышает его значение для катодов прямого охлаждения. Эксперимент показал, что применение любого из использованных в работе уплотни- телей не позволяет обеспечить эффективное охлаждение титановых катодов диаметром 60 мм (табл. 2). В таблице приведены значе- ния χ, полученные из измерений расхода мас- сы катода за промежуток времени t = 10 мин, отсчитываемый с момента зажигания дуги. Минимальный диаметр катодов из титана, которые целесообразно использовать в конст- рукции катодного узла, представленного в конструкции катодного узла, представлен- ного на рис. 1б, составляет ≈80 мм. Низкий коэффициент теплопроводности титана на- кладывает ограничения на максимальную высоту катодов, при которой эффективность охлаждения рабочей поверхности сохра- няется на приемлемом для практики уровне. (Охлаждение катодов является достаточным для его практического использования в слу- чае, если χ возрастает не более чем на 1/3 от его значения для катодов с прямым охлаж- дением высотой 10÷ 15 мм). Высота катодов диаметром 80 и 100 мм может достигать 50 ÷ 60 мм, в то время как для катодов диаметром 60 мм, даже в случае их прямого охлаждения, не следует применять катоды высотой более 35 мм. Измерения не выявили заметных пре- имуществ какого-либо из использованных уплотнителей на эффективность охлаждения катодов диаметром 80 и 100 мм. На практике наиболее удобно применять одну прокладку из отожженной медной фольги, смазанную с двух сторон маслом ВМ-1. Наличие масла в зазоре между катодом и перегородкой позво- ляет скомпенсировать возможную неплос- костность контактирующих поверхностей. Для этой же цели следует применять гофри- рованные прокладки. ЭРОЗИЯ КАТОДА В ПРИСУТСТВИИ ГАЗА В РАЗРЯДНОМ ПРОМЕЖУТКЕ Зависимости коэффициентов электропе- реноса для меди и титана от давления газа, полученные для дуги, горящей в источнике плазмы с автостабилизацией катодного пятна в присутствии азота или аргона в объеме вакуумной камеры, представлены на рис. 5 [13, 14]. Величина χ падает с ростом давления p для обоих металлов (рис. 5). Однако, для меди от- Вид уплотнителя между катодом и перегородкой Удельная эрозия, мкГ/К Уплотнитель отсутствует Масло ВМ-1 Dk = 60 мм Dk = 80 ммDk = 100 мм – 65 – Одна медная прокладка 150 50 47 160 49 50 Три медные прокладки – 49 – Одна медная прок- ладка +масло ВМ-1 100 – 49 Порошкообразный графит 210 – 54 Бронзовый поро- шок на масле ВМ-1 87 – 41 Таблица 2 Удельная эрозия титановых катодов диаметром Dк = 60, 80 и 100 мм, охлаждаемых через медную перегородку Рис. 5. Зависимости коэффициентов электропереноса от давления газа: 1 – медный катод (светлые треуго- льники – Cu-N2; темные – Cu-Ar; пунктир – расчетная кривая из [189]; 2 – титановый катод (Ti-Ar); 3, 4 – тита- новый катод (Ti-N2). Температура катода: 1 – 3 – 390 К; 4 – 800 К. ЭРОЗИЯ КАТОДА И РАСХОД МАССЫ КАТОДНОГО МАТЕРИАЛА В СТАЦИОНАРНОЙ ДУГЕ НИЗКОГО ... ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 189 сутствуют отличия в характере изменения χ при напуске в объем азота или аргона, в то время, как для титана отличия кривых χ(р) для азота и аргона весьма существенно: на- личие азота ведет к более значительному уме- ньшению χ с ростом р и этот эффект про- является при более низком давлении. Харак- тер эрозии титанового катода с ростом дав- ления азота также изменяется: поверхность катода становится более гладкой, средний размер неоднородностей поверхности уме- ньшается. Возможны следующие причины умень- шения скорости эрозии катода дуги при росте давления газа в разрядном промежутке: – Изменение структуры и характера движения катодного пятна [3]. – Возврат частиц на катод за счет столкнове- ний с атомами или молекулами газа [8, 9,18]. – Образование на поверхности катода соеди- нений, стойких к воздействию катодного пятна. Трансформацию катодных пятен с ростом давления газа в объеме изучали визуально и фотографически. На медном катоде при дав- лении азота pN ≥ 2 Па и аргона pAr ≥ 6 Па като- дное пятно расщепляется на множество мел- ких пятен. Значения pN и pAr, соответствующие расщеплению катодного пятна, примерно со- впадают с началом уменьшения χ на кривой χ(р) (кривая 1 на рис. 5). Полученные результаты хорошо согласу- ются с литературными данными [1, 2, 3]. Для титана расщепление катодного пятна в иссле- дуемом диапазоне давлений не происходит ни в аргоне, ни в азоте. В системе титан-азот при pAr ≥ 1 Па происходит существенное уве- личение яркости свечения разряда вблизи рабочей поверхности катода. С ростом давле- ния газа для меди и для титана наблюдается тенденция к увеличению скорости хаоти- ческого движения катодного пятна (рис. 6). Отличий в характере влияния азота и аргона на скорость движения катодных пятен не обнаружено для обоих катодных материалов. Таким образом, результаты исследования структуры катодного пятна свидетельствуют о том, что трансформация катодного пятна, наблюдаемая с ростом давления газа, может объяснить полученные экспериментальные зависимости χ(р) только в случае медного катода. Возврат на катод частиц, генерируемых катодным пятном вакуумной дуги, за счет столкновений с атомами или молекулами га- за в объеме разрядного промежутка исследо- вался теоретически в работе [18]. Получен- ная в этой работе расчетная кривая, соответс- твующая условиям эксперимента работы [2], представлена на рис. 5 штриховой кривой (в работе [2] исследовалась скорость эрозии медного катода диаметром 17 мм при токе ду- ги 100 А в атмосфере азота). По результа- там расчета уменьшение скорости эрозии ка- тода за счет возврата частиц происходит при p ≥ 1 Па, что хорошо согласуется с данными для систем медь-аргон и титан-аргон. Наблю- даемое в этом случае расщепление катодного пятна может быть связано с отличием усло- вий горения разряда на пленке металла кон- денсируемой из обратного потока частиц и на массивном материале. При p ≤ 1 Па об- ратный поток частиц на катод пренебрежимо мал; это свидетельствует о том, что наблюдае- мый экспериментально характер зависи- мости χ(р) для системы титан-азот не связан с этим явлением. Таким образом, появление на поверхности соединений, стойких к воздействию катод- ного пятна, может являться основной причи- ной, определяющей характер кривой χ(р) для системы титан-азот (кривая 3, рис. 5). По ли- тературным данным [19] нитрид титана об- ладает повышенной дугостойкостью, что мо- Рис. 6. Зависимость скорости движения катодного пятна от давления газа для медного (1) и титанового (2) ка- тодов. Светлые кружки и треугольники – азот; темные – аргон. В.М. ХОРОШИХ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No.4190 жет привести к уменьшению скорости эрозии катода при возникновении этого соединения на поверхности катода. Для проверки пред- положения о возможности образования нит- ридов в данных условиях проводился элемен- тный анализ поверхности титановых като- дов, подвергшихся воздействию дуги, го- рящей в присутствии либо в отсутствии азота в разрядном промежутке [20]. Спектры фото- электронов, испускаемых поверхностью, приведены на рис. 7. В спектрах представлены линии элементов в диапазоне энергий связи Есв= 200 ÷ 500 эВ: линии углерода ClS, азота N1S и титана Ti2p. В случае если азот специально не подается в объем разряда, интенсивность его линии на- ходится на уровне линий большинства при- месей, попадающих на поверхность катода при воздействии дуги на конструкционные элементы вакуумной системы. Однако при давлении азота в системе p ≥ 10-2 Па в спектре фотоэлектронов регистрируется интенсив- ная линия N1S с энергией связи 412 эВ. По- лученный результат свидетельствует о воз- можности связывания азота в химических соединениях на поверхности катода в усло- виях подачи газа в объем вакуумно-дугового разряда. Проведенные измерения не позволяют сделать заключения о локализации областей наиболее интенсивного образования TiN на поверхности катода. Представляется очевид- ным, что непосредственно в катодных пятнах, температура которых существенно превышает температуру испарения катодного материала и его соединений с газами, эффективность синтеза не может быть высокой. Образование дугостойких нитридов яв- ляется, очевидно, и причиной уменьшения χ в азоте для алюминиевого и циркониевого ка- тодов (рис. 8). Несущественное влияние азота на удель- ную эрозию хромового и молибденового ка- тодов (рис. 8) может быть связано с низкими значениями максимальной температуры ус- тойчивого состояния нитридов для этих ме- таллов (1773 К – CrN, 970 K – Mo2N, MoN [19]). Отсутствие отличий по скорости эрозии медного катода в азоте и в аргоне (рис. 5) свя- зано с тем, что молекулярный азот не образует соединений при взаимодействии с медью при температурах, по крайней мере, меньших 1700 К [21]. Характер влияния химически активного газа на скорость эрозии катода зависит от его температуры. Так, из рассмотрения зависи- мостей χ(р), полученных для титанового ка- тода в азоте при Тк ≈ 390 К и Тк ≈ 800 К (кри- вые 3 и 4 на рис. 5 соответственно) следует, что при повышении Тк изменение χ сущест- венно уже при давлении азота р ~ 10–3 Па. Более резкое уменьшение χ с ростом р для более горячего катода связано с повышением эффективности процесса синтеза нитрида титана при дополнительном подводе энергии в зону реакции [22]. Характерным для катода с более высокой температурой является нали- чие на его рабочей поверхности сплошного слоя нитрида титана (вся поверхность катода имеет золотисто-желтый цвет) после горения Рис. 7. Рентгеновские фотоэлектронные спектры поверхно-сти катодов, подвергнутых воздействию дуги в присутствии N2 (a) и C2H2 (б) в объеме при давлении газа 2.10–4 Па, Тк = 800 К. Рис. 8. Зависимости коэффициентов электропереноса от давления азота при Тк = 390 К (410 К для молибдена). ЭРОЗИЯ КАТОДА И РАСХОД МАССЫ КАТОДНОГО МАТЕРИАЛА В СТАЦИОНАРНОЙ ДУГЕ НИЗКОГО ... ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 191 дуги в течение 10 мин при давлении азота р ≥ 1 Па. В отличие от дуги в азоте, для тита- новой дуги, горящей в ацетилене, повышение интегральной температуры катода ведет к существенному росту значения χ (рис. 9). Поскольку наиболее вероятной причиной изменения значения χ для катода дуги, горящей в присутствии газа (в области дав- лений 10–4 ÷ 50 Па), является изменение сос- тояния поверхности катода, отличия в харак- тере влияния температуры на скорость его эрозии в азоте и в ацетилене могут быть обус- ловлены отличиями в механизмах сорбции данных газов катодной поверхностью. Так, при физической сорбции количество поглощаемого газа уменьшается с ростом тем- пературы, в то время как при хемосорбции существует диапазон температур сорбента, в котором сорбция увеличивается с повыше- нием температуры [23]. Наблюдаемый харак- тер влияния температуры катода на скорость его эрозии позволяет предположить, что по- глощение ацетилена катодной поверхностью не связано с химическим взаимодействием титана с углеродом или водородом, в то вре- мя как в системе титан-азот вклад хемосорб- ции является определяющим. При исследовании элементного состава поверхности наличие на образцах различного рода загрязнений органического характера, вносимых при пребывании образцов в ат- мосфере, ведет к появлению в спектрах фото- электронов интенсивной линии Cls, наблю- даемой в случае напуска в систему, как азота, так и ацетилена (рис. 7). Это обстоятельство не позволяет определить характер связи уг- лерода с титаном методом РЭС в наших экс- периментальных условиях. Однако при дав- лении ацетилена, превышающем 10 Па, на ка- тоде образуется диэлектрическая пленка чер- ного цвета, слабо связанная с его поверх- ностью. Малое количество образуемого кон- денсата не позволяет провести его химичес- кий анализ. Однако, приведенные в литера- туре [24] данные позволяют предположить, что он представляет собой углеродный кон- денсат, формирующийся при бомбардировке ионами плазмы частиц C2H2 и продуктов его диссоциации, сорбированных на катодной поверхности. Изучение эрозии титанового катода в сме- сях азота с ацетиленом указывает на то, что ацетилен поглощается катодной поверхнос- тью намного эффективнее азота. Так, при со- держании ацетилена в смеси на уровне не- скольких процентов коэффициент электропе- реноса для титана увеличивается в 1,5 раза по сравнению со значением χ в чистом азо- те. При концентрации ацетилена, равной 10% и более, χ близок к его значению в чис- том ацетилене (в ацетилене c в 2,5 раза выше, чем в азоте на горячем титановом катоде) (рис. 10). Столь существенное влияние C2H2 на ско- рость эрозии катода в ацетилен-азотных сме- сях связано с тем, что состав адсорбирован- ных пленок совпадает с составом напускае- мых в объем газовых смесей лишь в началь- ный момент сорбции. С течением времени за счет разницы в значениях теплоты сорб- ции и испарения на сорбирующей поверх- ности начинают преобладать ацетилен и Рис. 9. Удельная эрозия титанового катода в присутст- вие ацетилена: 1 – температура катода 800 К; 2 – тем- пература катода 390 К. Рис. 10. Зависимость удельной эрозии титанового ка- тода от состава ацетилен азотной смеси при p = 1 Па, Тк = 800 К В.М. ХОРОШИХ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No.4192 продукты его диссоциации в разряде, вытес- няющие ранее сорбированный азот. (Необхо- димость учета замещения компонентов газовых смесей на сорбирующей поверхнос- ти углеводородами отмечается также в [25]). Анализируя характер зависимости скорос- ти эрозии медного катода от величины пере- носимого заряда, автор работы [4] обращает внимание на следующее обстоятельство. Поток частиц, покидающих катод, состоит из нейтральных паров и капель катодного мате- риала и положительно заряженных ионов. Если обозначить потерю массы за счет ионов ∆mi, за счет нейтральных частиц – ∆mn, то коэффициент электропереноса можно записать в виде: tI m tI m d n d i ∆ ∆+ ∆ ∆=χ . (1) Ионный ток определяется выражением: tM eZmI i i ∆ ∆= , (2) где M – масса атома катодного материала; Z – средняя кратность заряда иона; e – элемен- тарный заряд. Т.е. χ можно представить как сумму: ; (3) eZI MI d i i =χ . (4) Максимальное значение ионного тока, отби- раемого из плазмы вакуумной дуги без нару- шения режима горения разряда, составляет для любых металлов ≈ 10% от тока дуги, при- чем эта величина не зависит ни от тока дуги, ни от времени горения разряда. Тогда (3) мож- но записать в виде: tI m eZ M d n ∆ ∆+=χ 1,0 . (5) По данным, опубликованным в [26], сред- няя кратность заряда иона в плазме вакуумной дуги при изменении разрядного тока изме- няется незначительно. ЗависимостьZ от вре- мени горения дуги также слабая, о чем сви- детельствует совпадение их значений для дуг, горящих на медном катоде в течение неско- льких десятых долей секунды [26] и несколь- ких десятков минут [4, 27]. Таким образом, для токов дуги, по крайней мере, в несколько сотен ампер величина χi не зависит ни от времени горения разряда, ни от тока дуги. Следовательно, зависимость χ от этих параметров обусловлена изменением потерь массы катода за счет генерации по- токов нейтральных частиц (атомов и капель) – ∆mn. Величина χi является нижним пре- делом значениях, достигаемого при χn → 0. Представляет интерес проверка этого по- ложения для дуги на титановом катоде, горящей в атмосфере азота. На рис. 11 зави- симость ионного тока от давления представ- лена совместно с кривой χ(p); здесь же при- ведена зависимость χi(p), полученная путем пересчета кривой Ii(p) по формуле (5) при = 1,89 [27] (кривая 3). При построении кривой χi(p) учтено, что резкое уменьшение Ii при р≥1 Па происходит за счет рекомбинации ионов в объеме [14]. По этой причине в области больших давле- ний зависимость χi(p) апроксимировалась прямой с углом наклона относительно оси абсцисс α = dχi/dp\|p =1 Па. а) б) Рис. 11. Зависимости ионного тока и коэффициента электропереноса от давления азота для титанового катода: 1 – Ii; 2 – χ; 3 – χi . ЭРОЗИЯ КАТОДА И РАСХОД МАССЫ КАТОДНОГО МАТЕРИАЛА В СТАЦИОНАРНОЙ ДУГЕ НИЗКОГО ... ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 193 Сравнение кривых χ(p) и χi(p) показывает, что уменьшение скорости эрозии титанового катода при росте давления азота сопровож- дается увеличением доли ионов в массопе- реносе. Это явление также связано с образо- ванием на поверхности катода нитрида ти- тана, который обладает более низкой, по срав- нению с чистым титаном, скоростью испа- рения при нагреве в вакууме [21] и более высокой температурой плавления [19]. Ука- занные свойства TiN обусловливают умень- шение доли эрозии в нейтральной фазе (в ви- де капель и атомов нейтрального пара), на- блюдаемое в эксперименте при росте давле- ния газа. Одним из важнейших параметров, харак- теризующих прикатодные процессы вакуум- ной дуги, является падение напряжения на разрядном промежутке. Зависимости падения напряжения Uд от давления газа для тита- нового катода приведены на рис. 12. При росте давления газа в диапазоне p ~ 10–3 ÷10–1 Па для ацетилена, p ~10–3 ÷1 Па для азота и аргона, а для смеси аргон-кисло- род – во всем исследуемом диапазоне давле- ний наблюдается уменьшение падения напря- жения на разрядном промежутке. С повыше- нием давления аргона выше ≈ 1 Па наблю- дается небольшое увеличение Uд, стабилизи- рующееся при р ≈ 15 Па. Наличие в систе- ме ацетилена при р ≥ 5.10–1 Па и азота при р ≥ 10 Па вызывает скачкообразное увели- чение Uд. Падение напряжения на разрядном проме- жутке складывается из катодного падения, па- дения напряжения на положительном столбе дуги и анодного падения потенциала. Изме- нение каждой составляющей с ростом р мо- жет иметь различный характер и, следова- тельно, по-разному влиять на характер кри- вых Uд(р). Оценка величины катодного паде- ния производилась измерением напряжения на короткой дуге. При этом использовался анод в виде диска с отверстием, в котором располагался цилиндрический катод. Тор- цевая поверхность катода совпадала с пло- скостью диска, а ширина кольцевого зазора между анодом и катодом составляла 1 мм. На практике роль этого диска выполнял допол- нительный анод источника плазмы с авто- стабилизацией катодного пятна. Зависимость падения напряжения на короткой дуге от дав- ления газа для титанового катода (рис. 13) свидетельствует о том, что уменьшение ско- рости эрозии при росте давления газа со- провождается уменьшением катодного па- дения. Эта взаимосвязь объясняется тем, что ка- тодное падение при постоянном токе дуги яв- ляется количественной характеристикой элек- трической энергии, потребляемой разрядом и расходуемой на испарение катодного ма- териала [28]. Для системы титан-аргон, харак- теризующейся независимостью χ от р, вли- яние газа на Uд существенно меньше и может быть связано с наличием примесей химичес- ки активных газов в аргоне. Сравнение кривых Uд(р), получаемых для всего разрядного промежутка (рис. 12) и короткой дуги (рис. 13) указывает на то, что уменьшение падения напряжения на разряде, наблюдаемое с ростом давления газа в диа- Рис. 12. Зависимость падения напряжения на дуге с титановым катодом от давления газа (Iд = 110 А): 1 – N2; 2 – Ar; 3 – N2; 4 – (80%Ar + 20%O2); 5 – C2H2; 1, 2, 4, 5 – Tk = 390 K, 3 – Tk = 800 K. Рис. 13. Катодное падения от давления газа: 1 – N2, 2 – Ar. В.М. ХОРОШИХ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No.4194 пазоне давлений р ~ 10–3 ÷ 1 Па, связано с уменьшением величины катодного падения, обусловленного образованием соединений титана на поверхности катода. Уменьшение Uд особенно существенно для горя-чего катода (рис. 12), эффективность образова-ния нитрида титана на котором выше, чем в случае холодного катода. Рост Uд при р ≥ 10–1 Па для ацетилена и при р ≥ 1 Па для азота и аргона обусловлен процессами в столбе дуги и в прианодной области разряда [29]. Прямой эксперимент по оценке влияния пленки нитрида титана на скорость эрозии катода и падение напряжения в вакуумной дуге проводился при горении разряда на тита- новом катоде с покрытием из TiN толщиной около 10 мкм. Покрытие получали конден- сацией потока титановой плазмы в разрежен- ной атмосфере азота по методике, описан- ной в работе [30]. Коэффициент электропереноса, измерен- ный в вакууме около 10–3 Па, при токе дуги 125А и времени горения разряда 240 с сос- тавил 24,6 мкГ/К, что существенно ниже, чем для катода из чистого титана в высоком ва- кууме. (Для титана χ = 39 мкГ/К в вакууме ~ 10–3 Па). При этом падение напряжения на разряде было на 5 ÷ 6,5 В меньше, чем на чистом титане. Результаты измерений хорошо согласуются с данными для титанового катода при дав- лении азота 10–1 Па. Более значительного сни- жения c и Uд не происходит из-за частичного отслаивания покрытий на ряде участков катода под воздействием катодного пятна дуги. ВЛИЯНИЕ РАЗРЯДНОГО ТОКА Зависимости коэффициентов электропере- носа от тока дуги, полученные для источника плазмы с автостабилизацией катодного пятна в вакууме около 1⋅10–3 Па и при давлении азота р = 5 Па представлены на рис. 14. Для кривой χ(Iд), полученной в высоком вакууме, наблюдается монотонное увеличе- ние χ с ростом Iд, причем при Iд ≥ 180 А про- изводная dχ/dIд резко возрастает (кривая 1). Такой характер изменения χ в области больших токов связан с общим перегревом ка- тода. В связи с этим величина Iд, при которой наблюдается резкое увеличение χ, зависит от конкретных экспериментальных условий. Небольшое увеличение коэффициента электропереноса при росте тока дуги в об- ласти токов 40 ÷ 180 А может быть связано с локальным по-вышением температуры катода в окрестности катодных пятен, что согласу- ется с результатами работы [28]. В соответст- вии с ней данное явление связано с тем, что количество поступающего в катод тепла при росте Iд и постоянной плотности тока в катод- ном пятне пропорционально квадрату его радиуса. При росте Iд температура катода возрастает, вызывая рост χ. Увеличение χ при этом сопровождается ростом Ud, что также наблюдается в данной работе (рис. 15). Одна- ко, увеличение Ud в наших эксперименталь- ных условиях, одной из особенностей кото- рых является значительная длина разрядного промежутка (~10 см), может происходить так- же и за счет роста напряжения на столбе дуги, как отмечалось в работе [31]. Рис. 15. Вольтамперные характеристики дуги с титановым катодом: 1 – p = 1⋅10-3 Па; 2 – PN = 5 Па. Рис. 14. Зависимости коэффициентов электропереноса от тока дуги с титановым катодом: 1 – p = 10⋅1–3 Па; 2– pN = 5 Па. ЭРОЗИЯ КАТОДА И РАСХОД МАССЫ КАТОДНОГО МАТЕРИАЛА В СТАЦИОНАРНОЙ ДУГЕ НИЗКОГО ... ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 195 При наличии в системе азота характер за- висимости χ(Id) меняется: с ростом тока разря- да наблюдается уменьшение коэффициента электропереноса (рис. 14, кривая 2). Это свя- зано с повышением локальной и общей тем- пературы катода, что, как отмечалось выше, способствует образованию на его поверхно- сти нитрида титана, уменьшающего скорость эрозии катода. Образование TiN является причиной уменьшения падения напряжения на разряде (см. рис. 15, кривая 2), наблюдае- мого при росте давления азота в системе. Уме- ньшение крутизны вольтамперной характе- ристики dUд/dIд при наличии азота в объеме разрядного промежутка также связано с по- вышением эффективности образования TiN на поверхности катода с ростом его темпера- туры, наблюдаемом при увеличении тока разряда. С ростом тока дуги, как в высоком вакууме, так и при наличии азота, линейно возрастает скорость хаотического движения катодного пятна (рис. 16). При этом в диапазоне токов 30 ÷ 120 А воз- можно одновременное существование двух катодных пятен. При токах дуги более 120 А вероятность одновременного существования двух катодных пятен близка к единице. Вероятностный характер процесса деления катодных пятен наблюдается также для меди в работе [32]. При одновременном существо- вании на катоде двух пятен наблюдается уме- ньшение их скорости, причем при различных размерах катодных пятен большее пятно дви- жется с большей скоростью. Это позволяет сделать заключение о том, что скорость ка- тодного пятна прямо пропорциональна току на пятно, а не общему току разряда. Изме- рение скорости движения катодных пятен при токах дуги свыше 120 А, когда на катоде существует не менее двух пятен, теряет смысл, вследствие неопределенности тока на пятно. ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Влияние магнитного поля на эрозионные ха- рактеристики титанового катода вакуумной дуги исследовали в источнике плазмы с авто- стабилизацией катодного пятна и в источнике с магнитным удержанием катодного пятна. При проведении экспериментов с источни- ком плазмы с автостабилизацией катодного пятна между катодным узлом источника плаз- мы и вакуумной камерой устанавливали магнитную катушку L2, корпус которой служил анодом разряда. Корпус катушки имел форму полого усеченного конуса, обращенного сво- им основанием к катоду. Из представленных на рис. 17 зависимо- стей кривая 1 получена без магнитного поля (соленоиды L1 и L2 выключены). Кривая 2 получена при горении дуги с включенной ка- тушкой L1, охватывающей боковую поверх- ность катода и расположенную коаксиально с ним. Кривая 3 – при включенном соленоиде L2. Величина магнитного поля, создаваемого соленоидом L1 на поверхности катода соста- вляет 30 Э. Это поле влияет на характер дви- жения катодного пятна, смещая его от центра Рис. 16. Зависимость скорости движения катодного пятна от тока дуги. Рис. 17. Зависимость коэффициента электропереноса от давления азота для титанового катода в системе с магнитным полем; в левом нижнем углу – схемати- ческий чертеж экспериментальной установки: К – ка- тод, А – анод, L1 и L2 – соленоиды. 1 – L1 и L2 выклю- чены, 2 – включен соленоид L1, 3 – включен соленоид L2. Тк = 340 К, Id = 110 A. В.М. ХОРОШИХ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No.4196 к краям торца катода [33]. В этом случае обеспечивается равномерная эрозия всей рабочей поверхности катода, в то время как в случае отсутствия магнитного поля катод эродирует, в основном, в центральной части. Это обстоятельство связано с локализацией пятна в данной области катода под действием собственного магнитного поля дуги. Расши- рение области миграции катодного пятна под действием поля соленоида L1 увеличивает время, за которое пятно обходит всю эродиру- ющую поверхность катода. При этом умень- шается удельная тепловая нагрузка на поверх- ность катода, что в соответствии с [83] при- водит к некоторому уменьшению скорости эрозии катода за счет уменьшения количест- ва генерируемых капель (рис. 17, кривая 2 при р ≤ 5.10–2 Па). При наличии азота в объеме, расширение области миграции пятна приводит к увеличе- нию промежутка времени, в течение которо- го на участках поверхности катода, не заня- тых пятном, происходит формирование включений нитрида титана и, следовательно, к росту содержания TiN на поверхности ка- тода. Это обусловливает более существенное, по сравнению со случаем отсутствия магнит- ного поля на катоде, уменьшение скорости эрозии в диапазоне давлений 5≥ р ≥ 5.10–2 Па. При нахождении катодного пятна на вклю- чениях нитрида титана, уменьшается падение напряжения на разряде. Это приводит к тому, что при достаточной плотности включений TiN на поверхности катода в соответствии с принципом минимума Штеенбека дуга горит преимущественно на данном материале. Ма- гнитное поле в этом случае не оказывает вли- яния на скорость эрозии катода. В наших усло- виях это имеет место при р ≥ 5 Па (кривая 1 и кривая 2 на рис. 17 сливаются). Соленоид L2 создает магнитное поле H ~ 100 Э в объеме системы и H ≈ 30 Э на поверхности катода. Влияние данного соле- ноида на характер движения катодного пятна, несмотря на отличие в структуре магнитных силовых линий в прикатодной области, ана- логично влиянию поля соленоида L1 [33]. От- личия кривых 2 и 3 на рис. 17 обусловлены процессами в объеме плазмы. Характер влия- ния магнитного поля в объеме на скорость эрозии катода при образовании включений нитрида титана на его поверхности можно понять, если предположить, что в реакцию синтеза TiN вступают активированные час- тицы газа, а основным элементарным про- цессом, приводящим к активации азота в рас- сматриваемых экспериментальных условиях, является перезарядка ионов титана на моле- кулах газа. Это предположение представляет- ся справедливым ввиду наличия в плазме ва- куумной дуги большого количества многоза- рядных ионов [34], сечения перезарядки ко- торых, в области малых энергий, могут су- щественно превышать газокинетические [35]. Образующиеся в результате перезарядки ионы азота, изменяют направление своего движения, при наличии в плазме электричес- ких полей. В работе [36] показано, что при наличии внешнего магнитного поля, удовле- творяющего условию ρi < Λ << ρe (ρi и ρe – ионный и электронный ларморовские радиу- сы, соответственно, Λ – характерный размер системы), в плазме вакуумной дуги возникает электрическое поле. Эквипотенциалями элек- трического поля являются магнитные сило- вые линии [37]. При использовании магнит- ного поля указанной выше геометрии в при- катодной области плазмы возникает компо- нент электрического поля, направленный к рабочей поверхности катода и ускоряющий ионы в данном направлении. При постоян- ном давлении газа в системе этот эффект при- водит к увеличению потока активированных частиц на рабочую поверхность катода, что вызывает повышение эффективности синтеза TiN, образование которого определяет умень- шение эрозии катода в рассматриваемых условиях (см. рис. 17, кривая 3). В экспериментах, проведенных с исполь- зованием источника плазмы с магнитным удержанием катодного пятна, исследовали влияние магнитного поля Hф, создаваемого анодной катушкой, на скорость эрозии тита- нового катода в аргоне и в высоком вакууме. Поле катушки, стабилизирующей дугу на ра- бочем торце катода Hст было постоянным и составляло 150 Э. ЭРОЗИЯ КАТОДА И РАСХОД МАССЫ КАТОДНОГО МАТЕРИАЛА В СТАЦИОНАРНОЙ ДУГЕ НИЗКОГО ... ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 197 Установлено, что используемые на прак- тике поля Hф ≤ 50 Э не оказывают сущест- венного влияния на удельную эрозию катода. Заметное уменьшение c наблюдается в полях ~100 ÷ 150 Э (рис. 18). Уменьшение c связано с отражением час- тиц от электромагнитной “пробки”, образуе- мой в аноде источника плазмы в случае, если Нст и Нф – величины одного порядка. Эффек- тивномуотражению частиц способствует так- же повышение напряжения на разряде, зна- чительная часть которого, как показано выше, приходится на положительный столб дуги. В присутствии в вакуумной камере аргона скорость эрозии повышается в области дав- лений газа 5.10–3÷1 Па (рис.19). Это связано, как будет показано в после- дующих разделах, с разрушением потенциаль- ного рельефа в аноде за счет столкновений электронов с частицами газа [35]. При этом ухудшается магнитная изоляция стенок анода, что ведет к снижению напряжения на разряде. В области давлений p ≥ 1 Па происходит уменьшение χ за счет возврата частиц на ка- тод, обусловленное столкновениями ионов с атомами аргона. ВЫВОДЫ 1) Значения коэффициентов электропере- носа для стационарной вакуумной дуги и для импульсных или квазистационарных разрядов близки в случае интенсивного охлаждения катодов. Повышение инте- гральной температуры катодов ведет к росту эрозии за счет увеличения генера- ции частиц в виде капель и нейтральных атомов катодного материала. 2) Наличие газа в объеме разрядного проме- жутка стационарной вакуумной дуги в диапазоне давлений ~10–3 ÷ 10 Па влияет на скорость эрозии катода; влияние осо- бенно существенно в случае химически активной пары металл – газ. 3) Характер влияния интегральной темпе- ратуры катода на его удельную эрозию в присутствии химически активного газа определяется механизмом сорбции напус- каемого газа катодной поверхностью. 4) Подаваемый в объем разрядного проме- жутка азот содержится на катодной по- верхности в виде химического соединения газа с материалом катода. 5) При наличии газовых смесей в объеме раз- рядного промежутка определяющее вли- яние на эрозию катода оказывает компо- нент смеси, наиболее эффективно сорби- руемый катодной поверхностью. 6) Уменьшение скорости эрозии титанового катода в азоте и в ацетилене сопровожда- ется уменьшением величины катодного падения. 7) Влияние разрядного тока на эрозионные характеристики разряда связано с локаль- ным и общим перегревом поверхности катода. 8) Скорость хаотического движения катодно- го пятна составляет величину порядка 1 ÷ 10 м/с , что существенно меньше его зна- чений для импульсных и квазистацио- нарных разрядов, и прямо пропорцио- нальна величине тока на пятно. Рис. 18. Зависимость коэффициента электропереноса от напряженности магнитного поля фокусирующей катушки. Рис. 19. Зависимость коэффициента электропереноса от давления аргона (Нф = 150 Э). В.М. ХОРОШИХ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No.4198 9) Магнитное поле в прикатодной области и в объеме плазмы изменяет характер за- висимости скорости эрозии катода от дав- ления газа, характер влияния определяется величиной и структурой магнитного поля. ЛИТЕРАТУРА 1. Башаров Р., Гавриловская Е.Н., Малкин О.А., Трехов Е.С. Исследование катодных пятен импульсного разряда между параллельными электродами //ЖТФ. – 1965. – Т.35, Вып. 10.– С. 1853-1853. 2. Kimblin C.W. Anode phenomena in vacuum and atmospheric pressure arcs//IEEE Transactions on plasma science.– 1974.– Vol. PS-2, № 12.– P. 310-319. 3. Зыкова Н.М., Канцель В.В., Раховский В.И., Селиверстова И.Ф., Устинец А.П. Динамика развития катодной и анодной областей элект- рической дуги. 1. Исследование поведения катодных и анодной областей при понижен- ных давлениях и в вакууме//ЖТФ. – 1970.– Т. 40, Вып. 11. – С. 2361-2367. 4. Daalder J.E. Erosion and the origin of charged and neutral species in vacuum arc//J. Phys. D: Appl. Phys. – 1975.– Vol. 8, № 14. – P. 1647- 1659. 5. Juttner В. Cathode phenomena with arcs and breakdown in vacuum//Beitrage Plasmaphysik. – 1981.–Bd. 21, h. 2. – Р. 217-232. 6. Achert J., Altucher В., Juttner В. et.al. Influen- ce of surface contaminations on cathode pro- cesses in vacuum discharges//Beitrage Plasma- physik. – 1977.– Bd. 17. h. 6. – Р. 419-431. 7. Хороших В.М. Катодный узел электродуго- вого источника плазмы. В сб. Вопросы атом- ной науки и техники, физика радиационных повреждений и радиационное материалове- дение//1998.– B. 3(69), 4(70). – C. 250-254. 8. Аксенов И.И., Хороших В.М. Формирование потоков металлической плазмы: Обзор. – М.: ЦНИИатоминформ, 1984. – 83 с. 9. Kimblin C.W. Erosion and ionization in the cath- ode spot regions of vacuum arcs//J. Appl. Phys.– 1973.– Vol. 44, № 7. – P. 3074-3081. 10. Rakhovskii V.I. Experimental study of the dyna- mics of cathode apots developtaent//IEEE Trans- actions on Plasma Science. – 1976. – Vol. PS-4, № 2.– P. 81-102. 11. Rondeel W.G.J. Cathodic erosion in the vacuum arc//Phys. D: Appl. Phys. – 1973. – Vol. 6, №14. – P. 1705-1711. 12. Reece M.P. The vacuum switch. Part I. Pro- perties of tha vacuum arc //Proc. IЕЕ.– 1963.– Vol. 110, № 4. – P. 793-811. 13. Аксенов И.И., Коновалов И.И., Падалка В.Г., Хороших В.М., Брень В.Г. Исследование эро- зии катода стационарной вакуумной дуги// Препринт ХФТИ 84-6, М., ЦНИИатоминформ, 1984. 14. Аксенов И.И., Брень В.Г., Коновалов И.И. и др. Исследование плазмы стационарного ва- куумного дугового разряда. II. Влияние интег- ральной температуры катода//ТВТ. – 1983.– T. 21, № 4. – C. 646-651. 15. Мальцев М.В. Термическая обработка туго- плавких, редких металлов и их сплавов.– М.: Металлургия, 1974. – 344 с. 16. Cobine J.P., Vanderslise T.A. Erosion of elec- trodes and gas eduction in vacuum arcs//IEEE Trans. Соmmun. and Electron.– 1963, № 66.– P. 240-246. 17. Попов В.М. Теплообмен в зоне контакта разъемных и неразъемных соединений. – М.: Энергия, 1971.– 276 c. 18. Emtage P.R. Interaction of the cathode spot with low pressure of ambient gas//J. Appl. Phys.– 1975.– Vol. 46, № 9. – P. 3809-3816. 19. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. – М.: Металлургия, 1976. – 768c. 20. Аксенов И.И., Коновалов И.И., Першин В.Ф., Шпилинский Л.Ф. Об эрозии катода дуги низ- кого давления//ТВТ. – 1986. – T. 26, № 3. – C. 441-444. 21. Вол А.Н. Строение и свойства двойных ме- таллических систем.Т. 1. – М.: Физматгиз, 1959. – 528 c. 22. Аксенов И.И., Брень В.Г., Падалка В.Г., Хоро- ших В.М. Об условиях протекания химичес- ких реакций при конденсации потоков метал- лической плазмы //ЖТФ. – 1978. – T. 48, Вып. 6. – C. 1165- 1169. 23. Дэшман С. Научные основы вакуумной тех- ники.– М.: Мир, 1964. – 892 c. 24. Бакай А.С., Стрельницкий. Структурные и физические свойства углеродных конденса- тов, полученных осаждением потоков быс- трых частиц// Обзор. – М.: ЦНИИатомин- форм, 1984. – 96 c. 25. Сливков И.Н. Процессы при высоком напря- жении в вакууме. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 287 с. 26. Плютто А.А., Рыжков В.Н., Капин А.Т. Вы- сокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг //ЖЭТФ. – 1964. – T. 47, № 2. – C. 494- 507. 27. Лунев В.М., Падалка В.Г., Хороших В.И. Ис- следование некоторых характеристик плазмы ЭРОЗИЯ КАТОДА И РАСХОД МАССЫ КАТОДНОГО МАТЕРИАЛА В СТАЦИОНАРНОЙ ДУГЕ НИЗКОГО ... ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 199 вакуумной металлической дуги. II//ЖТФ. – 1977. – T. 47. Вып. 7. – C. 1491-1495. 28. Lapshin V.I., Nekrashevitch I.G. The connecti- on of cathode drop with vacuum arc elrctrode erosion//Proc. 7-th Intern. Symp. on Discharges and Electrric Insul. in Vacuum. Novosibirsk. – 1976. – P. 321-322. 29. Спитцер Л. Физика полностью ионизованного газа. – М.: Изд-во иностран. лит., 1957. – 291 c. 30. Аксенов И.И., Антуфьев Ю.П., Брень В.Г., Падалка В.Г., Попов А.И., Хороших В.М. Вли- яние замагниченности электронов плазмы ва- куумной дуги на кинетику реакций синтеза нитридсодержащих покрытий//ЖТФ.– 1981. – T. 51, Вып. 2. – C. 303-309. 31. Аксенов И.И., Брень В.Г., Осипов В.А. и др. Исследование плазмы стационарного ваку- умного дугового разряда. I. Формирование потоков плазмы//ТВТ. – 1983. – T. 21, № 2. – C. 214-220. 32. Diakov B.E., Holmes R. Cathode spot structure and dynamics in low-current vacuum arcs//J. Phys. D.: Appl. Phys. – 1974. – Vol. 7, № 4. – P. 569-580. 33. Аксенов И.И., Андреев А.А. О движении ка- тодного пятна вакуумной дуги в неоднород- ном магнитном поле//Письма в ЖТФ. – 1977. – T. 3, Вып. 23. – C. 1272-1275. 34. Mitchell G.R. High current vacuum arcs. Part I. An experimental study //Proc. IEE. – 1970. – Vol. 117, № 12. – P. 2315-2326. 35. Хастед Дж. Физика атомных столкновений.– М.: Мир, 1965. – 862 c. 36. Аксенов И.И., Падалка В.Г., Хороших В.М. Формирование потоков металлической плаз- мы: Обзор. – М.: ЦНИИатоминформ, 1984. – 83 с. 37. Морозов А.И. Фокусировка холодных квази- нейтральных пучков в электромагнитных полях//ДАН СССР. – 1965. – T. 163, Вып. 6. – C. 1363-1367. ЕРОЗІЯ КАТОДА І ВИТРАТА МАСИ КАТОДНОГО МАТЕРІАЛУ У СТАЦІОНАРНІЙ ДУЗІ НИЗЬКОГО ТИСКУ Хороших В.М. Наведено результати досліджень стаціонарної вакуумної дуги на твердих металевих катодах, що горять у присутності різних газів в обсязі роз- рядного проміжку. Дані стосуються вимірів шви- дкості катодної плями, визначенню коефіцієнтів электропереносу, виміріванню іонного струму й оцінці величини катодного падіння. CATHODIC EROSION AND THE CATHODIC MASS LOSSES IN STEADY-STATE LOW-PRESSURE ARC DISCHARGE Khoroshikh V.M. The investigations results of steady-state vacuum arc on solid metal cathodes are have been introduced. The dates concerns of the arcs which burns in pre- sence of variant gasses in discharge ambient. Parti- cularities of cathode processes have been studied. Main factors influencing upon the velocity and nature of cathodic erosion were determined В.М. ХОРОШИХ
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98491
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1999-8074
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T15:19:19Z
publishDate	2004
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
record_format	dspace
spelling	Хороших, В.М. 2016-04-15T11:12:21Z 2016-04-15T11:12:21Z 2004 Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления / В.М. Хороших // Физическая инженерия поверхности. — 2004. — Т. 2, № 4. — С. 184–199. — Бібліогр.: 37 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98491 537.525.5 Приведены результаты исследований стационарной вакуумной дуги на твердых металлических катодах, горящих в присутствии различных газов в объеме разрядного промежутка. Данные касаются измерений скорости катодного пятна, определению коэффициентов электропереноса, измерений ионного тока и оценке величины катодного падения. Наведено результати досліджень стаціонарної вакуумної дуги на твердих металевих катодах, що горять у присутності різних газів в обсязі розрядного проміжку. Дані стосуються вимірів швидкості катодної плями, визначенню коефіцієнтів электропереносу, виміріванню іонного струму й оцінці величини катодного падіння. The investigations results of steady-state vacuum arc on solid metal cathodes are have been introduced. The dates concerns of the arcs which burns in presence of variant gasses in discharge ambient. Particularities of cathode processes have been studied. Main factors influencing upon the velocity and nature of cathodic erosion were determined. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления Cathodic erosion and the cathodic mass losses in steady-state low-pressure arc discgarge Ерозія катода і розрахунок маси катодного матеріалу у стаціонарній дузі низького тиску Article published earlier
spellingShingle	Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления Хороших, В.М.
title	Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления
title_alt	Cathodic erosion and the cathodic mass losses in steady-state low-pressure arc discgarge Ерозія катода і розрахунок маси катодного матеріалу у стаціонарній дузі низького тиску
title_full	Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления
title_fullStr	Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления
title_full_unstemmed	Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления
title_short	Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления
title_sort	эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98491
work_keys_str_mv	AT horošihvm éroziâkatodairashodmassykatodnogomaterialavstacionarnoidugenizkogodavleniâ AT horošihvm cathodicerosionandthecathodicmasslossesinsteadystatelowpressurearcdiscgarge AT horošihvm erozíâkatodaírozrahunokmasikatodnogomateríaluustacíonarníiduzínizʹkogotisku

Эрозия катода и расход массы катодного материала в стационарной дуге низкого давления

Institution

Similar Items