Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги

Приведены результаты исследований параметров капельной фазы эрозии катодов стационарной вакуумной дуги, горящей как в высоком вакууме, так и в присутствии химически активного газа в разрядном объеме. Показано, что для титановой дуги в азоте с ростом давления газа количеств...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Физическая инженерия поверхности
Дата:	2004
Автор:	Хороших, В.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2004
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98492
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги / В.М. Хороших // Физическая инженерия поверхности. — 2004. — Т. 2, № 4. — С. 200–213. — Бібліогр.: 26 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860081015275388928
author	Хороших, В.М.
author_facet	Хороших, В.М.
citation_txt	Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги / В.М. Хороших // Физическая инженерия поверхности. — 2004. — Т. 2, № 4. — С. 200–213. — Бібліогр.: 26 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Физическая инженерия поверхности
description	Приведены результаты исследований параметров капельной фазы эрозии катодов стационарной вакуумной дуги, горящей как в высоком вакууме, так и в присутствии химически активного газа в разрядном объеме. Показано, что для титановой дуги в азоте с ростом давления газа количество капель уменьшается. Измерена скорость капель. Определены угловые распределения для капель различных размеров. Приведено результати досліджень параметрів краплинної фази ерозії катодів стаціонарної вакуумної дуги, що горить як у високому вакуумі, так і в присутності хімічно активного газу в розрядному обсязі. Показано, що для титанової дуги в азоті з ростом тиску газу кількість краплі зменшується. Обмірювано швидкість крапель. Визначено кутові розподіли для крапель різних розмірів. The investigations results of steady-state vacuum arc on solid metal cathodes are have been introduced. The droplet phase of materials of cathode erosion and the dates were obtained on sizes and spatial distribution of droplets. It was shown; that in the experimental conditions under investigation, the main consumption of the cathode material was due to fluxes of ions and droplets
first_indexed	2025-12-07T17:16:11Z
format	Article
fulltext	ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4200 ВВЕДЕНИЕ Эрозия поверхности катода вакуумной дуги под воздействием катодного пятна связана с генерацией потоков ионов, нейтрального па- ра и макрочастиц-капель (иногда – твердых осколков) материала катода. Основными про- дуктами эрозии являют ионы и капли, доля нейтрального пара в расходе массы катода мала и не превышает 1% [1, 2, 3]. В работе [3] показано, что расход массы катода в ион- ной фазе на единицу переносимого заряда яв- ляется величиной постоянной для данного материала, в то время как эрозия в капельной фазе зависит от условий эксперимента и уве- личивается с ростом величины заряда, пере- носимого через единицу площади катода. Наиболее сильно капельная эрозия инте- грально-холодного катода зависит от време- ни горения дуги. Среднее время горения дуги в работах, посвященных исследованию ка- пельной фазы, генерируемой дугами с твер- дыми металлическими катодами, не превы- шало 1÷1,5 с (обычно – несколько десятков миллисекунд): дуги со временем горения 10 ÷ 100 с и более не исследовались. Неизучен- ными являются также свойства капельной фа- зы при наличии химически активных газов в объеме разрядного промежутка. В этом случае следует ожидать изменения параметров по- токов частиц, генерируемых пятном дуги, за счет образования на поверхности катода пле- нок различных соединений, которые, как по- казано в предыдущей главе, существенным образом влияют на характер прикатодных процессов. В связи с этим представляет интерес ис- следование капельной фазы продуктов эро- зии катода стационарной вакуумной дуги (при длительности горения разряда от нескольких десятков секунд и более), а также изучение влияния химически активных газов на свой- ства капель. В настоящем обзоре системати- зируются результаты исследований стацио- нарной вакуумной дуги, горящей на катодах из титана, алюминия и молибдена в высоком вакууме и при наличии азота в объеме раз- рядного промежутка [4 – 8], проведенные в Харьковском физико-техническом институте. Изучены форма, размеры, пространственное распределение и скорость генерируемых ка- пель. Проведено сравнение пространствен- ных распределений ионов и капель, опре- делено содержание капель в потоке частиц, испускаемых катодом, а также исследовано влияние капельной фазы на некоторые свой- ства титановых конденсатов, получаемых осаждением потоков частиц, генерируемых вакуумной дугой. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА Исследования проводились с использовани- ем источника плазмы с автостабилизацией катодного пятна. В качестве катодных мате- риалов использовался титан марки ВТ-1, алюминий АВ 0000 и молибден марки МЧВП. Диаметр цилиндрического водоохлаждае- мого катода составлял 64 мм. Продукты эроз- ии катода осаждались на полированные образцы размером 16×20×2 мм, изготов- ленные из нержавеющей, стали Х18Н10Т. Образцы располагались на расстоянии 65 мм от центра катода по окружности с центром, совпадающим с центром рабочей поверхно- сти катода, и лежащей в плоскости, перпенди- кулярной этой поверхности, либо на оси сис- УДК 537.525.5 II. КАПЕЛЬНАЯ ФАЗА ЭРОЗИИ КАТОДА СТАЦИОНАРНОЙ ВАКУУМНОЙ ДУГИ В.М. Хороших Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ (Харьков) Украина Поступила в редакцию 30.11.2004 Приведены результаты исследований параметров капельной фазы эрозии катодов стационарной вакуумной дуги, горящей как в высоком вакууме, так и в присутствии химически активного газа в разрядном объеме. Показано, что для титановой дуги в азоте с ростом давления газа количество капель уменьшается. Измерена скорость капель. Определены угловые распре- деления для капель различных размеров. ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 201 темы на расстояниях 210 и 400 мм от плос- кости катода. Для изучения морфологии по- верхности конденсатов использовались оп- тический микроскоп ММР-4 и растровый электронный микроскоп РЭМ-200. Скорость конденсации общего потока частиц (ионов и капель), генерируемых катодом, определя- лась по толщине конденсатов, получаемых в течение определенного промежутка времени. Толщина конденсатов измерялась интерферо- метром МИИ-4 по методу “теневых ножей”. Исследования свойств конденсатов включа- ли также измерения микротвердости и степе- ни шероховатости их поверхности и опреде- ление содержания азота в покрытиях. Изме- рения микротвердости конденсатов по Вик- керсу проводились с помощью прибора ПМТ-3 при нагрузке 100 Г. Степень шеро- ховатости измерялась профилометром. Опре- деление содержания азота в конденсатах про- водились на электростатическом ускорите- ле с использованием ядерной реакции 15N(P, α, γ)12C [9]. Измерения ионного тока проводились с помощью одиночного зонда, располагаемого в местах крепления образцов. Потенциал зонда был равен –60 В, что обес- печивало насыщение ионного тока. Ток дугового разряда сос-тавлял 110 А, время горения дуги ~30 ÷ 103 с. Для повышения адгезии частиц к поверхности проводилась ионная очистка образцов путем кратко- временной (4 ÷ 5 с) подачи на них уско- ряющего потенциала (–800 В). Ток дугового разряда при этом снижался до 50 А для уме- ньшения генерации в капельной фазе. Скорость капель определяли с помощью электромеханического устройства (рис. 1), располагаемого под углом 60° к оси разряда на расстоянии 85 мм от плоскости катода. Основными элементами устройства явля- ются: подвижный шток с якорем 1, закреп- ленный на конце штока образец 2; корпус 3; расположенная снаружи корпуса катушка 4; пружина 5 и экраны 6 с системой коллимиру- ющих диафрагм 7. Шток выполнен из железа АРМКО. Остальные детали устройства изго- товлены из немагнитной стали Х18Н10Т. При включении магнитной катушки шток с закрепленным на нем образцом втягивается во внутрь корпуса, в результате чего следы ка- пель, скользящих вдоль поверхности движу- щегося образца, искривляются. Для определе- ния скорости капель vk измеряли угол откло- нения траектории частицы a в направлении движения образца, перемещающегося со што- ком со скоростью v0: vk = v0/tga. (1) Аналогичная методика измерения скорости капель использовалась ранее в работе [10]. При этом исследовали следы, оставляемые частицами на полированной металлической поверхности. Однако, эксперименты, прове- денные в настоящей работе, показали, что следы капель, скользящих вдоль металличес- кой поверхности, плохо различимы под мик- роскопом, в связи с чем, на образец наносил- ся тонкий слой сажи, позволяющий получить значительно более четкие следы частиц. ИЗУЧЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ФОРМЫ КАПЕЛЬ Микроскопическое изучение поверхности конденсатов показало, что генерируемые ста- ционарной вакуумной дугой с титановым ка- тодом жидкие капли размером ≥2 мкм, зас- тывая при ударе о поверхность образца, при- обретают плоскую форму с отношением диа- метра к толщине ~10 (рис. 2). Максимальный диаметр капель зависит от материала катода и давления газа. Для титана Рис. 1. Схематический чертеж устройства для опреде- ления скорости капель: 1 – шток; 2 – образец; 3 – кор- пус; 4 – катушка; 5 – пружина; 6 – экраны; 7 – диаф- рагмы. В.М. ХОРОШИХ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4202 он составляет ≈ 40 мкм в отсутствие азота и ≈30 мкм при давлении газа ~1 Па. В высоком вакууме максимальный диаметр капель для алюминия составляет ~ 45 мкм, для молиб- дена ~ 8 мкм. При изучении распределения капель по размерам необходимо учитывать то, что их конденсация на поверхность образцов про- исходит при одновременном осаждении на нее потоков ионизированных и нейтральных атомов катодного материала; это приводит к замуровыванию некоторого количества капель в объеме конденсата (рис. 3). При этом количество замурованных капель увеличивается с уменьшением их размера; при временах горения дуги ~100 с могут быть захоронены капли диаметром ~10 мкм. По- этому при расчете количества капель опре- деленного размера, падающих на поверхность образца в единицу времени, вводился попра- вочный множитель, равный отношению тол- щины конденсата и подсчитываемых капель (~0,1 их внешнего диаметра). Распределения капель по размерам пред- ставлены на рис. 4. При расчете поправочных коэффициентов, учитывающих захоронение частиц, исполь- зовались угловые распределения скорости роста толщины конденсатов, представленные на рис. 6а. Минимальный диаметр частиц, учитываемых при построении зависимостей, приведенных на рис. 4 составлял 2 мкм. Об- щим для всех кривых, представленных на этих рисунках, является монотонное увели- чение числа капель с уменьшением их диа- метра. Распределение капель по размерам описывается функцией типа: γ−=∆ kcDn , (2) где ∆m, Dk – количество и диаметр капель со- ответственно; c, γ – постоянные, зависящие от давления газа в объеме и угловой коор- динаты. Рис. 3. Титановые капли, замурованные в объеме кон- денсата: ток дуги – 110 А, давление азота – 1 Па, угловая координата – 90°, время конденсации – 1,8⋅103 с, уве- личение – ×1000. Рис. 2. Микрофотографии капель, генерируемых ста- ционарной вакуумной дугой с титановым катодом: ток дуги Iд= 110 А, давление азота р = 1.10–3 Па, угловая ко- ордината образца α = 90°, время конденсации t = 30 с, увеличение ×1500: а) Uп = Uпл, б) Uп = –200 В, в) Uп = –450 В, г) Uп = –600 В. (Uп –потенциал смещения). Рис. 4. Распределение капель по размерам для дуги с алюминиевым и молибденовым катодами (α = 26°). КАПЕЛЬНАЯ ФАЗА ЭРОЗИИ КАТОДА СТАЦИОНАРНОЙ ВАКУУМНОЙ ДУГИ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 203 Наблюдаемый характер распределения ка- пель по размерам подтверждает справедли- вость допущения о незначительном вкладе капель размером менее 2 мкм в общую эрозию катода в капельной фазе. Так доля таких частиц в переносе массы в виде капель не превышает 5 ÷ 6% (рис. 5). О МИНИМАЛЬНОМ РАЗМЕРЕ КАПЕЛЬ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ ВАКУУМНОЙ ДУГОЙ Как отмечалось выше, то обстоятельство, что конденсация капель происходила при одно- временном осаждении потока ионизирован- ных и нейтральных атомов катодного мате- риала, приводит к их замуровыванию и вза- имному перекрытию в объеме конденсата. Эти факторы существенно затрудняли изуче- ние капель размером менее 1 мкм. Оценка минимального размеров капель, создаваемых стационарной вакуумной дугой, горящей при разрядном токе 100 А, прово- дилась для трех катодных материалов: титана (марки ВТ-1), молибдена (марки МЧВП), гра- фита (марки АГ1500). Продукты эрозии ка- тода осаждались на приемной поверхности собирающего зонда, располагаемого на оси разряда на расстоянии 300 мм от плоскости катода. Конструктивно зонд представлял со- бой водоохлаждаемый металлический стер- жень, на торце которого располагалась медная сетка с нанесенной на ней коллоидной плен- кой. Капли, конденсируемые на медно-кол- лоидых ячейках, изучались с помощью элект- ронного микроскопа ЭВМ-100Л. Точность определения размеров частиц составляла 10%. Электронно-микроскопические исследо- вания показали, что на поверхности коллоид- ной пленки конденсируются сферические ча- стицы размером 20 ÷ 80 нм для титана, 7,5 ÷150 нм для молибдена и 6 ÷ 40 нм для гра- фита. Взаимодействуя между собой, эти суб- микронные частицы образуют цепочечные агрегаты и более крупные образования (ше- роховатые частицы), представляющие собой, так же как и первичные сферические частицы, трехмерные объекты. Это установлено с по- мощью косого напыления угольно-платино- вой пленки на исследуемые частицы. Практически полное отсутствие на прием- ной поверхности зонда частиц размером бо- лее 100 ÷ 150 нм, обнаруженных в больших количествах на металлических подложках, связано, очевидно, с чрезвычайно низким значением коэффициента прилипания таких капель к поверхности коллоидной пленки. Коэффициент прилипания возрастает с уме- ньшением размера капель, оставаясь, однако, на уровне, существенно более низком, чем для металлических поверхностей. Вследствие этого, а также ввиду высокой концентрации субмикронных капель в потоке частиц, гене- рируемых катодным пятном дуги, на локаль- ных участках коллоидной пленки, где по ка- ким-либо причинам обеспечивается надеж- ная адгезия металлических частиц к ее по- верхности, происходит налипание капель друг на друга с образованием объемных объектов. Минимальный размер капель, обнару- женных на приемной поверхности зонда, по- видимому, не связан с влиянием процессов на подложке, а отражает реальную физичес- кую картину явлений, происходящих при их генерации на катоде разряда. Характерным является то, что минимальный размер капель близок для стационарной вакуумной дуги и для импульсных разрядов наносекундной длительности [11], также для квазистацио- нарной дуги. Таким образом, проведенные исследова- ния позволяют установить нижний предел размера капель, создаваемых вакуумной ду- гой в области токов 100 А на уровне 5 ÷ 20нм. При этом тенденция к росту числа капель с уменьшением их размере сохраняется для частиц размером по крайней мере в несколько сот нанометров. Отметим, что позднее капли Рис. 5. Доля капель данного диаметра в общем массопере-носе для дуги с титановым катодом. В.М. ХОРОШИХ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4204 таких размеров для импульсных дуг исследо- вали в работе [12]. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КАПЕЛЬ Угловые распределения для объема титано- вых капель, падающих на единицу поверхно- сти образца в единицу времени, представле- ны на рис. 6б. При построении этих кривых использовались данные работы [2], в которой показано, что объем капли, расплющенной при ударе о поверхность образца и имеющей диаметр Dk равен объему сферы диаметром Dk/2. Из рис. 6б следует, что основное количест- во капель, генерируемых стационарной ваку- умной дугой с титановым катодом, движется под малыми углами к его плоскости как при наличии азота в объеме, так и в высоком ваку- уме. Заметное количество капель обнаружи- вается также и в направлении, перпендику- лярном плоскости катода. Общий объем вещества, генерируемого ка- тодным пятном дуги, и объем вещества, гене- рируемого в капельной фазе, определяли пу- тем интегрирования угловых распределений, представленных на рис. 6а и 6б, по поверх- ности полусферы радиусом 85 мм в прост- ранстве над поверхностью катода. Результаты расчетов относительного содержания капель в объеме конденсата приведены в табл. 1. Отличие угловых распределений ионов и капель приводит к изменению содержания капельной фазы в объеме конденсатов, полу- чаемых при различных расстояниях от пло- скости катода. Вследствие более широкого углового распределения капель, с ростом рас- стояния наблюдается уменьшение содержа- ния капель в конденсатах, осаждаемых на об- разцах, расположенных напротив плоскости катода (α = 90°) (табл. 2). Содержание капель в конденсате уменьшается и с ростом дав- ления газа в системе. При этом также, вследствие отличия про- странственных распределений ионов и ка- пель (рис. 6б и 6в) содержание капельной фа- зы в объеме конденсатов зависит от угловой координаты a (см. табл. 1). Таблица 1 Содержание капель при различных давлениях азота Рис. 6. Угловые распределения для скорости роста тол- щины конденсата h – а): объема капель, падающих на единицу поверхности образца в единицу времени ∆Vk/∆S t – б): плотности ионного тока ji: 1 – p = 10–3 Па; 2 – р = 0,1 Па; 3 – р = 1 Па. а) б) в) Таблица 2 Влияние расстояния от поверхности образца до плоскости катода на относительное содержание капель в конденсате КАПЕЛЬНАЯ ФАЗА ЭРОЗИИ КАТОДА СТАЦИОНАРНОЙ ВАКУУМНОЙ ДУГИ Угловая координата Относительное содержание капель в конденсате, % L = 85 мм L = 210 мм L = 400 мм р = 10–3 Па 7,7 4,5 2,1 р = 1 Па 4,2 0,4 10–2 Давление газа Относительное содержание капель в конденсате, % р = 10–3 Па р = 10–1 Па р = 1 Па α = 90° 7,7 9,8 4,2 α = 20° 38,0 23,2 16,3 Среднее по α = 0°÷ 90° 29,6 19,9 14,5 ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 205 Зависимость содержания капель в конден- сате от расстояния образца до плоскости ка- тода при наличии газа в объеме более силь- ная, чем при горении дуги в высоком вакууме (см. табл. 2). Резкое понижение содержания капель с ростом расстояния при этом связано с ухуд- шением их прилипания к поверхности кон- денсации за счет интенсивного остывания ча- стиц при движении в атмосфере разряжен- ного газа. Причиной уменьшения количества капель при наличии азота в системе является, по- видимому, образование слоя нитрида титана на поверхности катода. Как показано ниже, массоперенос в капельной фазе для вакуум- ной дуги зависит от теплофизических свойств катодного материала и уменьшается при росте температуры его плавления. Поскольку тем- пература плавления нитрида титана составля- ет 3223 К, что существенно превышает тем- пературу плавления чистого титана (1933 К), образование слоя TiN на поверхности титано- вого катода приводит к уменьшению эрозии катода в капельной фазе. Прямой экспери- мент по оценке влияния нитрида титана на процесс генерации капель в вакуумной дуге проводился при горении разряда на титано- вом катоде с покрытием из TiN толщиной ≈6 мкм. Покрытие получали конденсацией потока титановой плазмы, генерируемой ва- куумной дугой, на поверхность катода по ме- тодике, описанной в работе [13]. Содержание капель в объеме покрытая, получаемого на образце, расположением напротив катода (α = 90°) на расстоянии 210 мм от его плос- кости в вакууме ~10–3 Па, составило ~10–4 %. (Для титанового катода в аналогичных усло- виях содержание капель в покрытиях состав- ляет 4,8%. Зависимости скорости осаждения суммарных потоков частиц, капель и ионов от угла к оси разряда для алюминиевого и молибденового катодов представлены на рис. 7 и 8. Атомарный поток определялся как раз- ность суммарного потока частиц и капель. Рассчитанные из данных, приведенных на рис. 8 и 9, доли катодного материала, генери- руемые в пределах данного телесного угла, приведены в табл. 3. Здесь же представлены отношения массы материала, осаждаемого на внутреннюю поверхность полусферы диа- метром 85 мм, к общей массе испаренного ка- тодного материала. Расходы массы катодного материала рассчитаны из коэффициентов электропереноса, измеренных в настоящей работе. Рис. 8. Угловые распределения частиц, генерируемых вакуумной дугой с молибденовым катодом; (*для капель (2) масштаб по оси Y увеличен в 100 раз); ввиду малого содержания капель, суммарный (1) и атомар- ный потоки практически совпадают. Рис. 7. Угловые распределения частиц, генерируемых вакуумной дугой с алюминиевым катодом:1 – сум- марный поток; 2 – атомарный поток (ионы + нейт- ральные атомы); 3 – капли. В.М. ХОРОШИХ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4206 Из табл. 3 следует, что основное количест- во катодного материала для дуги с алюминие- вым и молибденовым катодами, генерирует- ся в пределах телесного угла ~150°. Для алю- миния поток частиц несколько уже, чем для молибдена. Причиной этого явления является высокое содержание в молибденовой плазме многозарядных ионов, обладающих высокой угловой расходимостью [14]. Относительное содержание капель в кон- денсируемом потоке частиц для различных значений углов к оси разряда приведено в табл. 4. На внутреннюю поверхность полусферы радиусом 85 мм, расположенную над плос- костью катода (получено расчетным путем из рис. 2 и 3) осаждается 18,5% испаренного материала молибденового и 9,5% алюмини- евого катода. Эти цифры практически явля- ются значениями коэффициентов конден- сации для данных экспериментальных усло- вий. Низкие значения коэффициентов конден- сации связаны с высокой энергией ионов в плазме вакуумной дуги, а также с наличием отрицательного потенциала на поверхности образцов. Основная часть потока капель, ге- нерируемых дугой как с алюминиевым, так и с молибденовым катодами движется в пре- делах угла 30 ÷ 70° к оси разряда (рис. 7 и 8). Зависимость атомарного потока частиц для алюминия от угловой координаты имеет максимум, совпадающий с максимумом ана- логичной кривой для потока капель (рис. 7). Учитывая тот факт, что угловое распределе- ние ионов алюминия имеет максимум на оси разряда, данное обстоятельство свидетельст- вует о том, что некоторая часть конденсата об- разуется за счет осаждения нейтрального па- ра, возникающего при испарении капель, на- греваемых ионами плазмы [15]. Небольшое повышение потока капель в приосевой области разряда, наблюдаемое для дуги с молибденовым катодом (рис. 8), может быть связано с увлечением части капель ма- лых размеров ионами, имеющими максима- льную концентрацию вдоль оси разряда. На рис. 9 представлены угловые распре- деления капель различных размеров. Рис. 9. Угловые распределения капель различных размеров: 1, 3, 5 – 5 ÷ 15 мкм; 2, 4, 6 – 2 ÷ 5 мкм; 1, 2 – р = 10–3 Па; 3, 4 – р = 0,1 Па; 5, 6 – р = 1 Па. Таблица 3 Относительное количество катодного материала, генерируемого в пределах заданных значений телесных углов к оси разряда Телесный угол относительно оси разряда Мо Al 26° 0,5 0,4 52° 5,4 5,4 Относительное количество материала, в пределах данного телесного угла, % 78° 18,4 22,8 102° 46,4 53,1 128° 71,5 78,6 154° 90 94,1 Доля материала на полусфере R = 85мм 18,5 9,5 Таблица 4 Относительное содержание капель в конденсируемом потоке частиц при различных углах к оси разряда КАПЕЛЬНАЯ ФАЗА ЭРОЗИИ КАТОДА СТАЦИОНАРНОЙ ВАКУУМНОЙ ДУГИ Угол к оси разряда Мо Al 13° 0,15 12 26° 0,2 25,8 Относительное содержание капель в конденсате, % 39° 0,76 33,9 52° 0,89 22,2 65° 0,82 22,4 78° 0,92 48,6 Общая доля капель 0,83 35,6 0° 0,41 11,8 ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 207 В высоком вакууме основная доля эрозии в капельной фазе происходит за счет частиц размером ~5 ÷ 15 мкм, которые движутся пре- имущественно под малыми углами к плоскос- ти катода (кривая 1). Распределение частиц размером ~2 ÷ 5 мкм в пространстве является существенно более однородном (кривая 2). С ростом давления азота до значения ~10–1 Па уменьшение количества капель, гене- рируемых пятном дуга, происходит за счет крупных частиц, движущихся под малыми углами к плоскости катода; пространственное распределение и абсолютное количество ма- лых капель при этом не меняются (кривые 3 и 4). При дальнейшем увеличении давления азота (до ~1 Па) количество малых капель уменьшается, но менее существенно, чем ко- личество крупных частиц, и в области углов 20 ÷ 90° к плоскости катода доля малых капель в их общем количестве является преобла- дающей (кривые 5 и 6). По современным представлениям испус- кание жидких капель пятном дуга происходит при формировании на поверхности катода эрозионных кратеров [16, 17]. Процесс раз- вития кратеров связан, в частности, с дейст- вием давления ионного компонента плазмы на слой жидкого металла, расплавленного в результате взрыва ранее существовавшего на этом месте микровыступа [16, 17]; жидкий ме- талл и основное количество генерируемых ка- пель двинутся при этом вдоль плоскости ка- тода. Данный механизм генерации капель со- гласуется с угловым распределением крупных частиц, полученных в настоящей работе. При образовании на поверхности катода нитрида титана, обладающего более высокой, по сра- внению с чистым титаном, температурой плавления, снижение количества капель про- исходит за счет уменьшения объема матери- ала, расплавленного в области кратера. Од- нако, пространственное распределение ма- лых частиц и характер зависимости их коли- чества от давления газа в объеме в недоста- точной степени согласуются с этой моделью. В соответствии с работой [18] определенное влияние на процесс движения жидкого ме- талла при образовании кратеров, кроме от- меченного выше воздействия давления плаз- мы на поверхности катода, могут оказать та- кие процессы: • интенсивный джоулев нагрев и последую- щее взрывное испарение металла под воз- действием автоэмиссионного тока, про- текающего через микровыступы на по- верхности катода; • разрушение катодного материала под воз- действием термоупругих напряжений; • удаление металла локальным электричес- ким полем. Частицы, генерируемые в результате про- текания каждого из указанных процессов, мо- гут отличаться по свойствам; различное вли- яние на эти процессы оказывает наличие хи- мически активного газа в объеме. Отмечен- ные выше отличия пространственного рас- пределения крупных и мелких капель, под- тверждают возможность вклада нескольких механизмов в процесс генерации капель в ка- тодном пятне вакуумной дуги. Определен- ное влияние на характер пространственных распределений капель различных размеров может оказать также увлечение малых капель ионами. Изучено влияние давления азота в объеме на общую (в виде ионов и нейтралов) ско- рость эрозии катода и долю эрозию в ионной фазе для стационарной вакуумной дуги с тита- новым катодом 1. Сравнение данных по опре- делению доли заряженных нейтральных час- тиц в продуктах эрозии катода с измерениями относительного содержания капель в общем объеме конденсируемого материала (табл. 5) подтверждает сделанный в [1, 3] вывод о том, что основным компонентом нейтральной фа- зы эрозии катода являются капли. Однако, как следует из анализа зависимостей, приведен- ных на рис. 7, содержание нейтральных ато- мов значительно для катодов из легкоплавких металлов. Отметим, что приводимые в табл. 5 значения содержания капельной фазы в объеме конденсата могут быть несколько зани- женными в связи с тем, что при определении суммарного объема капель не учитывались частицы размером менее 2 мкм. Общий объем вещества, генерируемого катодным пятном дуги, превышает объем конденсируемого материала при любых давлениях газа в системе (см. табл. 5), т.е. эффективный коэффициент конденсации час- тиц меньше единицы (см. также данные для В.М. ХОРОШИХ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4208 алюминия и молибдена). Это может иметь место при отражении некоторой доли частиц от поверхности образца либо при распы- лении конденсата потоком ионов, энергия ко- торых (~100 эВ, с учетом многозарядных ионов [19]), превышает порог распыления. При совпадений доли капель в потоке частиц, генерируемых катодом, с их содержанием в конденсате наиболее вероятной представля- ется ситуация, когда отражение как ионов, так и капель от поверхности образца (в высоком вакууме, а при наличии газа в объеме на рас- стояниях ~100 мм от плоскости катода), несу- щественно, а уменьшение объема конденсата происходит за счет его распыления ионами. Поскольку капли и плазменный конденсат в высоком вакууме представляют собой один и тот же материал при одинаковых условиях, при энергии ионов в несколько сотен электро- новольт коэффициент распыления постоянен по всей поверхности образца, что обуславли- вает совпадение данных по измерению со- держания капель в конденсате и в потоке час- тиц, покидающих катод. При наличии газа в объеме химический состав капель и плазмен- ного конденсата может отличаться за счет различных условий образования нитрида титана при диффузии атомов азота в объем капель и при конденсация ионов титана на поверхность образца. Однако в рассматривае- мых экспериментальных условиях поток ионов на поверхность образцов, при любой угловой координате α, в несколько раз пре- вышает поток капель, что обеспечивает не- значительное отличие условий образования нитрида и, следовательно, коэффициента рас- пыления по всей площади конденсата. Это подтверждается совпадением результатов измерений содержания капель в конденсате и в потоке частиц, покидающих катод, при наличии азота в системе. Химические соединения обладают более низкими по сравнению с чистыми элемента- ми значениями коэффициентов распыления [20]. В связи с этим образование нитрида ти- тана на поверхности образца ведет к росту отношения объема конденсируемого вещест- ва к объему материала, покидающего катод (см. табл. 5). Определенный вклад в умень- шение объема материала, распыляемого ионами, может внести понижение кратнос- ти их заряда и рекомбинация при столкно- вениях с молекулами азота. При наличии отрицательного смещения Uп на образце этот эффект приведет к уменьшению энергии ионов, достигающих поверхности конден- сации – Ein: Ein = Eic + ZUn (3) (Eic – энергия ионов, генерируемых катодным пятном дуги). ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ КАПЕЛЬ Распределения капель по скоростям представ- лены на рис. 10. При построении каждой из представленных гистограмм обрабатывалось около 250 следов частиц (использовался микроскоп ММР-4). Низкая скорость движе- ния штока с образцом (v0 = 0,8 м/с) ограничи- вала верхний предел измерения скорости капель на уровне нескольких десятков метров в секунду. Однако, как показали измерения, доля частиц, движущихся со скоростями бо- лее 30 м/с, в общем потоке капель, генери- руемых вакуумной дугой, в рассматриваемых экспериментальных условиях не превышает нескольких процентов. Из рис. 10 следует, что капли, испускае- мые стационарной дугой с титановым като- дом, движутся со скоростями ~1 ÷ 30 м/с, при- чем наиболее вероятная скорость капель с ростом давления азота в разрядном проме- жутке увеличивается. С повышением давле- ния газа распределение капель по скоростям р = 10–3 Па р = 10–1 Па р = 1 ПаПараметры Объем материала, покидающего катод V1, мм 3/с 0,62 0,440,86 Объем конденсируе- мого материала, V2, мм 3/с 0,36 0,330,43 V2/V1 0,58 0,750,5 Содержание нейтра- льных частиц в пото- ке вещества, покида- ющего катод, % 20,2 15,231,8 Содержание капель в конденсате, % 19,9 14,529,6 Таблица 5 Анализ вещества, покидающего катод, и материала конденсата КАПЕЛЬНАЯ ФАЗА ЭРОЗИИ КАТОДА СТАЦИОНАРНОЙ ВАКУУМНОЙ ДУГИ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 209 становится более размытым за счет повыше- ния доли быстрых частиц. Результаты проведенных измерений ука- зывают на то, что капли, генерируемые ста- ционарной вакуумной дугой, движутся с су- щественно меньшими скоростями, чем капли в импульсных или квазистационарных раз- рядах. Значения vk в таких разрядах достига- ют, в ряде случаев, сотен метров в секунду [21, 10, 22]. Полученные в настоящей работе значения vk по порядку величины близки к результатам измерений vk в стационарной ду- ге с жидким ртутным катодом, для которой по оценкам работы [23] vk ≅ 3 м/с. По современным представлениям движе- ние капель в вакуумном дуговом разряде обу- словлено воздействием давления плазмы на слой жидкого металла, расплавленного пят- ном дуги [16, 24]. При этом скорость движения капель опре- деляется как [16]: vk = w/3{[(a/z0) 2 + 1]3/2 – (a/z0) 3}, (4) где w – скорость движения фронта жидкого металла, расплавляемого под воздействием пятна дуги; z0 – установившаяся глубина слоя жидкого металла; a – радиус катодного пятна С увеличением длительности горения дуги интегральная температура поверхности ка- тода ограниченных размеров повышается, что при постоянном потоке тепла из пятна дуги на катод и при малом изменении радиуса катодного пятна [24] ведет к росту глубины слоя металла, расплавляемого в окрестностях катодного пятна. При сравнимых значениях разрядного тока, глубина расплавленного слоя металла на поверхности катода стацио- нарной вакуумной дуги существенно выше, а скорость капель, согласно (4), должна быть значительно ниже, чем в импульсных или ква- зистационарных разрядах. Это хорошо согла- суется с данными экспериментов, прове- денных в настоящей работе, а также с резуль- татами других исследователей [23, 21, 10, 22]. Рост скорости капель, наблюдаемый нами с повышением давления азота, связан, по-ви- димому, с образованием на поверхности ка- тода нитрида титана обладающего более вы- сокой, по сравнению с чистым титаном, тем- пературой плавления. Это ведет к уменьше- нию z0 – глубины слоя металла, расплавлен- ного на катодной поверхности, и, следова- тельно, к повышению vk. ВЛИЯНИЕ ПОТЕНЦИАЛА ПОВЕРХНОСТИ НА СОДЕРЖАНИЕ КАПЕЛЬНОЙ ФАЗЫ Известно, что в зависимости от условий экс- перимента, бомбардировка поверхности тве- рдого тела ионами ведет либо к сглаживанию поверхностных неоднородностей (ионная полировка), либо к повышению степени ее шероховатости (ионное травление). При на- личии капельной фазы в потоке частиц, гене- рируемых катодным пятном дуги, ионная бомбардировка может повлиять на форму и количество капель на поверхности конден- сата. Так, при Uп ≤ –200 В форма крупных (~10 мкм) капель (плоская центральная об- ласть, окруженная кольцевым валиком) сви- детельствует о том, что в наших эксперимен- тальных условиях рассматриваемые частицы при подлете к поверхности конденсации на- ходятся в жидком состоянии (см. рис. 2а). Рис. 10. Распределения капель по скоростям, получен- ные при различных давлениях азота. В.М. ХОРОШИХ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4210 Процесс взаимодействия таких капель с по- верхностью образца до момента начала крис- таллизации металла аналогичен процессу взаимодействия потока жидкости с прегра- дою. Капли размером в несколько микромет- ров имеют полусферическую форму, что свидетельствует о том, что при ударе о по- верхность они находятся в стадии затверде- вания я имеют более низкую температуру, чем крупные частицы. При увеличении отри- цательного смещения на образце до значения Uп = –450 В, вследствие повышения энергии ионов происходит рост температуры поверх- ности конденсации. Это ведет к расплавле- нию мелких капель в момент удара о поверх- ность образца: крупные и мелкие капли име- ют аналогичную форму (см. рис. 2в). Коли- чество капель на поверхности образца при этом уменьшается вследствие их испарения и распыления высокоэнергетичными иона- ми. Дальнейшее повышение отрицательного смещения (Uп = –600 В) ведет к интенсив- ному ионному травлению поверхности об- разца, при котором вследствие зависимости скорости распыления от ориентации крис- таллитов по отношению к потоку ионов, по- является отличие в глубине распыленного слоя у смежных зерен (см. рис. 2г). Между зер- нами формируется наклонная граница, соот- ветствующая, вероятно, оптимальному углу распыления. Высокая скорость испарения и распыления металла при этом приводит к тому, что капель на поверхности образца практически не наблюдается. Следует отметить, что уменьшение коли- чества капель малого (~1 мкм) размера проис- ходит и при потенциале образца Uп = –100 ÷ 200 В (см. рис. 2б). Это может быть связано с тем, что некоторое количество капель в плаз- ме вакуумной дуги заряжается отрицательно. Измерения потенциала холодного неэмити- рующего изолированного зонда в наших условиях дают значение ≈ –12 В. Оценки показывают, что частицы титана размером ~ 1 мкм, имеющие данный потенциал, могут отталкиваться металлической поверхностью, находящейся под потенциалом –100 В, если их скорость 4 – 10 м/с. Капли, движущиеся со скоростями такого порядка, обнаружены экспериментально в настоящей работе. Капли размером ~1 мкм, обнаруживаемые на по- верхности образца при потенциалах вплоть до значения Uп= –450В, имеют либо сущест- венно большие скорости, либо меньший отрицательный заряд в результате эмиссии электронов с их раскаленной поверхности. Характерным является то, что уменьшение ко- личества мелких капель при отрицательном смещении Uп = –100 ÷ 200 В наблюдается в основном в области углов α ≈ 60 ÷ 90° к плос- кости катода. На образцах, расположенных под малыми углами к плоскости катода, уме- ньшения количества капель не наблюдается и при Uп = –600 В. Этот факт в сочетании с отмеченными выше особенностями угловых распределений крупных и мелких капель так- же свидетельствует о возможности вклада различных механизмов в процесс каплеобра- зования в вакуумной дуге. Отметим, что факт уменьшения содержа- ния капель в конденсате при наличии отрица- тельного потенциала позднее был подтверж- ден в работах других исследователей [25]. ВЛИЯНИЕ КАПЕЛЬ НА НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА КОНДЕНСАТОВ Выше отмечалось, что различный характер уг- лового распределения ионов и капель приво- дит к тому, что содержание капельной фазы в объеме конденсатов зависит от угловой ко- ординаты α, Учитывая это обстоятельство, можно оценить влияние капель на свойства конденсатов, получаемых осаждением по- токов частиц, генерируемых катодным пят- ном вакуумной дуги. Исследования морфологии поверхности конденсатов толщиной ~10 ÷ 30 мкм по- казали, что при таких толщинах отдельные капли, ввиду их взаимного перекрытия, труд- но различимы под микроскопом. Внешне увеличение содержания капель проявляется в повышении количества макро- дефектов на поверхности образцов и росте размеров поверхностных неоднородностей: при содержании капель в конденсате 4,2% (α = 90°) средний размер поверхностных не- однородностей составляет 0,25 мкм, при со- держании капель 16,3% (α = 20°) размер не- однородностей – 0,6 ÷ 0,7 мкм. КАПЕЛЬНАЯ ФАЗА ЭРОЗИИ КАТОДА СТАЦИОНАРНОЙ ВАКУУМНОЙ ДУГИ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 211 С повышением доли капельной фазы в конденсатах происходит уменьшение содер- жания азота в покрытиях. При этом характер кривых CN(α) и (V0 – Vk)/V0(α) (СN – содер- жание азота; V0, Vk – общий объем конденсата и объем капель на единице площади образца соответственно) аналогичен (рис. 11), а в области α ≈ 30 ÷ 90° данные кривые парал- лельны друг другу. Это свидетельствует о том, что в рассматриваемых экспериментальных условиях капли жидкого титана практически не реагируют с азотом с образованием высо- котвердого соединения – нитрида титана. Подтверждением этому являются результаты измерений микротвердости конденсатов: микротвердость участков конденсатов, за- нятых каплями Нµ= 700 кГ/мм2, микротвер- дость остального конденсата Нµ= 2000 кГ/мм2. Как уже отмечалось выше, при толщинах покрытий ~10 мкм и более отдельные капли трудно различимы под микроскопом и по- этому с ростом содержания капельной фазы (при уменьшении α), при произвольном выборе точек измерения микротвердости, увеличивается разброс результатов изме- рений Нµ по всей площади образца. Максимальные значения Нµ соответствуют попаданию индентора прибора для измере- ния микротвердости в участок образца, сво- бодный от капель, минимальные – в центр капли, лежащей на поверхности образца или на небольшой (~1 мкм) глубине под поверх- ностью конденсата. Рост микротвердости конденсатов, наблюдаемый при уменьшении б в области 90 ÷ 45° связан с изменением структурных особенностей конденсата, зави- сящих от ряда факторов, не учитываемых в настоящей работе (температура образца, ско- рость конденсации и т.п.). Отличие химичес- кого состава материала капель и остального конденсата ведет к тому, что с повышением содержания капельной фазы в покрытиях, происходит уменьшение плотности матери- ала конденсата (см. рис. 11, кривая 2). Это про- исходит вследствие меньшей, по сравнению с нитридом титана, плотностью чистого титана (ρTi = 4,505 кГ/мм3, ρTiN = 5,423 кГ/мм3 [26]). Однако, значение производной кривой (ρ/ρ⊥)(α) по α превышает значение d[(V0 – Vn)/V0]/dα, что свидетельствует о том, что с ростом содержания капельной фазы в по- крытиях существенный вклад в уменьшение плотности конденсатов вносит повышение их пористости. ВЫВОДЫ 1. Параметры капельной фазы в продуктах эрозии катода стационарной вакуумной дуги изменяются при наличии в объеме разрядного промежутка химически актив- ного газа; отличия обусловлены образова- нием химических соединений на поверх- ности катода. Возникновение на поверх- ности катода тугоплавких соединений приводит к уменьшению количества гене- рируемых капель и уменьшению их раз- мера. 2. Количество капель, генерируемых стаци- онарной вакуумной дугой, увеличивается с уменьшением их размера; минимальный размер капель, генерируемых данным ти- пом разряда, составляет 5 ÷ 20 нм. 3. Угловое распределение капель имеет мак- симум в области малых углов и плоскости катода. Угловое распределение капель имеет различный характер для малых (2 ÷ 5 мкм) и больших (5 ÷ 15 мкм) частиц; наличие химически активного газа по- разному влияет на характер углового Рис. 11. Зависимость содержания капель в объеме кон- денсата (V0 – Vk)/V0 – 1, плотности конденсата ρ/ρ⊥ – 2, содержания азота в покрытии CN – 3 и микротвердости конденсатов Hµ– 4 от угловой координаты α (V0 – общий объем конденсата, Vk – объем капель, ρ⊥– плотность конденсата при α = 90°). В.М. ХОРОШИХ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4212 распределения каждой размерной группы частиц. 4. Основной расход массы катода в стацио- нарной вакуумной дуге при наличии химически активного газа в объеме раз- рядного промежутка происходит за счет потоков ионов и капель. 5. Эффективный коэффициент конденсации потоков частиц, генерируемых вакуумной дугой меньше единицы. Это связано с рас- пылением конденсата ионами, энергия ко- торых превышает порог распадения; рас- пыление конденсата уменьшается с рос- том давления газа и зависит от энергии и плотности потока ионов. 6. С повышением содержания капельной фазы увеличивается количество макро- дефектов в покрытии (пористость, шеро- ховатость), а также возрастает степень не- однородности физических свойств по по- верхности и объему конденсата; неодно- родность свойств связана с различным хи- мическим составом капель и плазменного конденсата. 7. Содержание и размеры капель в потоках частиц, генерируемых вакуумной дугой, резко отличается для легкоплавких и туго- плавких металлов. 8. Взаимодействие ионов с каплями ока- зывает заметное влияние на характер угло- вых распределений частиц в объеме ваку- умно-дугового разряда 9. Средняя скорость капель, в стационарной вакуумной дуге существенно ниже ско- рости капель в импульсных или квази- стационарных разрядах; отличие значе- ний vk в обоих случаях связанно с измене- нием теплового режима катода; 10. Скорость капель в стационарной вакуум- ной дуге с титановым катодом растет с по- вышением давления азота в разрядном промежутке; обнаруженное явление связано с образованием слоя нитрида ти- тана на поверхности катода. ЛИТЕРАТУРА 1. Kimblin C.W. Erosion and ionization in the cathode spot regions of vacuum arcs//J. Appl. Phys.– 1973. – Vol. 44, № 7. – P. 3074-3081. 2. Daalder J.E. Components of cathode erosion in va-cuum arcs// J. Phys. D: Appl. Phys. – 1976.– Vol. 9, № 11. – P. 2379-2395. 3. Daalder J.E. Erosion and the origin of charged and neutral species in vacuum arcs//J. Phys. D: Appl. Phys. – 1975. – Vol. 8, № 14. – P. 1647- 1659. 4. Аксенов И.И., Кудрявцева Е.Е., Кунчен- ко В.В., Падалка В.Г., Попов А.И., Хоро- ших В.М. Исследование влияния давления газа в объеме на параметры капельной фазы эрозии катода стационарной вакуумной дуги: Препр./ХФТИ. ЦНИИатоминформ; 84-18. – М.: 1984. – 17 с. 5. Аксенов И.И., Коновалов И.И., Кудрявце- ва Е.Е., Хороших В.М. Исследование капель- ной фазы эрозии катода стационарной ваку- умной дуги // ЖТФ.– 1984. – Т. 54, Вып. 8. – С. 1530-1533. 6. Хороших. Об эрозии катода стационарной ва- куумной дуги в капельной вазе // Материалы Международной конференции по физике ра- диационных повреждений и радиационного материаловедения. – Алушта (Украина). – 2000. – С. 57-61. 7. Гасилин В.В., Мирошниченко Ю.Т., Хоро- ших В.М. О минимальном размере капель, генерируемых стационарной вакуумной ду- гой//Источники и ускорители плазмы. – Ха- рьков: Изд-во ХАИ, 1986.–С. 131-133. 8. Кудрявцева Е.Е., Осипов В.А., Хороших В.М. Измерение скорости капель, генерируемых катодным пятном вакуумной дуги//Ионно- плазменные установки для технологических целей.– Харьков: Изд. ХАИ, 1988. – С. 11-16. 9. Аксенов И.И., Брень В.Г., Падалка В.Г., Хо- роших В.М. Об условиях протекания хими- ческих реакций при конденсации потоков ме- таллической плазмы //ЖТФ. – 1978. – T. 48, Вып. 6. – С. 1165-1169 10. Farrel G.A., Hudda F.G., Toney J.G. The time- resolved characterization of erosion products from high-current, coper vacuum arcs // IEEE Trans. Plasma Sci.–1983. – Vol. PS-11, № 3. – Р. 132-138. 11. Месяц Г.А., Проскуровский. Импульсный электрический разряд в вакууме. – Новоси- бирск: Наука, 1984. – 354 с. 12. Monteiro O.O., Anders A. Vacuum-arc-genera- ted macroparticles in nanometer range//IEEE Transactions on plasma science. – 1999. – Vol. 27, № 4. –P. 1030-1033. КАПЕЛЬНАЯ ФАЗА ЭРОЗИИ КАТОДА СТАЦИОНАРНОЙ ВАКУУМНОЙ ДУГИ ФІП ФИП PSE т. 2, № 4, vol. 2, No. 4 213 13. 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, Bып. 2. – С. 303-309. 14. Хороших В.М., Аксенов И.И., КоноваловИ.И. О структуре плазменных струй, генерируе- мых катодным пятном вакуумной дуги// ЖТФ. – 1988. –Т. 58, Bып. 6. – С. 1220-1221. 15. Zhongyuan Cheng, Min Wang, Jiyan Zou Ther- mal analysis of macroparticles during vacuum arc deposition of TiN//Surface and Coating Technology. –1997. – Vol. 92. – P. 50-55. 16. Hantzsche E.A new model of crater formation by arc spots // Beitrage Plasmaphysik. – 1977. – Bd.17, h.1.– P. 65-74. 17. Juttner В. Erosion craters and arc cathode spots in vacuum//Beitrage Plasmaphyaik. – 1979. – Bd.19, h.1. – P. 29-48. 18. McClure G.W. Plasma expansion as a cause of metal displacement in vacuum arc spots// J. Appl. Phys.–1974. – Vol. 45, № 5. – P. 2078-2084. 19. Плютто А.А., Рыжков В.Н., Капин А.Т. Вы- сокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг//ЖЭТФ.– 1964. – Т. 47, № 2.– С. 494-507. КРАПЛИННА ФАЗА ЕРОЗІЇ КАТОДА СТАЦІОНАРНОЇ ВАКУУМНОЇ ДУГИ Хороших В.М. Приведено результати досліджень параметрів краплинної фази ерозії катодів стаціонарної ваку- умної дуги, що горить як у високому вакуумі, так і в присутності хімічно активного газу в розряд- ному обсязі. Показано, що для титанової дуги в азоті з ростом тиску газу кількість краплі змен- шується. Обмірювано швидкість крапель. Визна- чено кутові розподіли для крапель різних розмірів. THE DROPLET PHASE OF CATHODE EROSION IN STEADY-STATE VACUUM ARC Khoroshikh V.M. The investigations results of steady-state vacuum arc on solid metal cathodes are have been introduced. The droplet phase of materials of cathode erosion and the dates were obtained on sizes and spatial dis- tribution of droplets. It was shown; that in the expe- rimental conditions under investigation, the main con- sumption of the cathode material was due to fluxes of ions and droplets 20. Плешивцев И.В. Катодное распыление. – М.: Атомиздат, 1968. – 397 c. 21. Utsumi Т., English J.H. Study of electrode pro- ducts emitted by vacuum arcs in form of molten metal particles//J. Appl. Phys. – 1975.–Vol. 46, № 1.–P.126-131. 22. Shalev S., Boxman R.L., Goldsmith S. Velocities and emission rates of cathode-produced molyb- denum macroparticles in a vacuum arc // J. Appl. Phys. –1985. – Vol. 58, № 7. – P. 2503-2507. 23. Удрис Я.Я. Разбрызгивание капель катод- ным пятном ртутной дуги//Исследование в области электрического разряда в газах. – М. – Л.: ГЭИ, 1958. – С. 107-128. 24. Hantzsche E., Juttner В., Puchkarov V.P., Rohr- beck Т., Wolf H. Erosion of metal cathodes by arcs and breakdown in vacuum // J. Phys. D: Appl. Phys.–1976. – Vol. 9, № 6. – P. 1771- 1781 25. Erturk E., Heuvel H. J. Adhesion and structure of TiN arc coatings//Thin Solid Films. – 1987. – Vol. 153. – P. 135-147. 26. Самсонов Г.В., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения.– М.: Металлургия, 1976.– 560 c. В.М. ХОРОШИХ
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98492
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1999-8074
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T17:16:11Z
publishDate	2004
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
record_format	dspace
spelling	Хороших, В.М. 2016-04-15T11:14:28Z 2016-04-15T11:14:28Z 2004 Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги / В.М. Хороших // Физическая инженерия поверхности. — 2004. — Т. 2, № 4. — С. 200–213. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98492 537.525.5 Приведены результаты исследований параметров капельной фазы эрозии катодов стационарной вакуумной дуги, горящей как в высоком вакууме, так и в присутствии химически активного газа в разрядном объеме. Показано, что для титановой дуги в азоте с ростом давления газа количество капель уменьшается. Измерена скорость капель. Определены угловые распределения для капель различных размеров. Приведено результати досліджень параметрів краплинної фази ерозії катодів стаціонарної вакуумної дуги, що горить як у високому вакуумі, так і в присутності хімічно активного газу в розрядному обсязі. Показано, що для титанової дуги в азоті з ростом тиску газу кількість краплі зменшується. Обмірювано швидкість крапель. Визначено кутові розподіли для крапель різних розмірів. The investigations results of steady-state vacuum arc on solid metal cathodes are have been introduced. The droplet phase of materials of cathode erosion and the dates were obtained on sizes and spatial distribution of droplets. It was shown; that in the experimental conditions under investigation, the main consumption of the cathode material was due to fluxes of ions and droplets ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги The droplet phase of cathode erosion in steady-state vacuum arc Крапельна фаза ерозії катода стаціонарної вакуумної дуги Article published earlier
spellingShingle	Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги Хороших, В.М.
title	Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги
title_alt	The droplet phase of cathode erosion in steady-state vacuum arc Крапельна фаза ерозії катода стаціонарної вакуумної дуги
title_full	Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги
title_fullStr	Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги
title_full_unstemmed	Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги
title_short	Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги
title_sort	капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98492
work_keys_str_mv	AT horošihvm kapelʹnaâfazaéroziikatodastacionarnoivakuumnoidugi AT horošihvm thedropletphaseofcathodeerosioninsteadystatevacuumarc AT horošihvm krapelʹnafazaerozííkatodastacíonarnoívakuumnoídugi

Капельная фаза эрозии катода стационарной вакуумной дуги

Репозитарії

Схожі ресурси