陰極電弧蒸發(fā)源放電機理的研究.pdf

1、真空鍍膜工藝是一種物理方法，真空鍍的工藝過程不產(chǎn)生電鍍廢水，能夠?qū)崿F(xiàn)清潔生產(chǎn)，應(yīng)用前景廣闊。陰極電弧蒸發(fā)鍍膜技術(shù)屬于真空鍍膜中離子鍍膜的一種改進方法，是20世紀70年代開始研究的一種新的物理氣相沉積工藝是離子鍍技術(shù)中的皎皎者，具有高離化率、易于進行反應(yīng)鍍、散射性好、膜層致密以及附著力強等優(yōu)點，在刀具、模具、小五金以及裝飾品等鍍制耐磨、耐熱及耐蝕薄膜的行業(yè)應(yīng)用廣泛。
　　對于陰極電弧蒸發(fā)源放電機理的研究，首先要分析放電過程中等離子體

2、的屬性，特別是靶面等離子體的分布和參數(shù)，但是直流放電擊穿時間極短，對于放電過程中等離子體，其電子能量不足納秒，電子的輸運為納秒級，離子輸運為微秒級等問題，使得對于等離子體的研究與模擬過程極具復(fù)雜性。
　　本課題基于中國科學(xué)院沈陽科學(xué)儀器股份有限公司所設(shè)計應(yīng)用的多弧離子鍍膜設(shè)備進行模擬與實驗研究，利用多物理場耦合軟件COMSOL Multiphysics中的等離子體模塊下的直流放電模塊以及添加外部電路模塊，對陰極電弧離子鍍膜直流放電

3、過程進行了模擬，獲得了與實踐相符合的放電參數(shù)及等離子體參數(shù);利用COMSOL Multiphysics軟件中的磁場無電流模塊對弧源系統(tǒng)中的磁場組件所產(chǎn)生磁場的屬性進行模擬，并在此基礎(chǔ)上進一步模擬了相同幾何尺寸的磁環(huán)組件所產(chǎn)生磁場的屬性，得出使用磁環(huán)組件可達到降低充磁強度，節(jié)約能源的目的;利用COMSOL Multiphysics軟件中的粒子追蹤模塊對均勻磁場中帶電粒子的運動軌跡進行模擬，所得到的拉莫爾回旋半徑與理論計算值之間的誤差控制在

4、0.1％之內(nèi);最后，結(jié)合實驗結(jié)果分析附加磁場對放電過程中弧斑運動的影響，發(fā)現(xiàn)并不是使得靶面磁場越強弧斑運動效果越好，而應(yīng)當(dāng)根據(jù)實驗觀察，使得靶面磁場強度適中，從而使弧斑細碎以減少液滴的反射，并且可以使弧斑在靶面收縮運動使靶材刻蝕均勻。
　　為深入研究弧光放電過程與附加磁場的關(guān)系，同時采用磁過濾多弧離子鍍系統(tǒng)進行實驗研究。通過改變磁場組件與陰極靶面間的距離，調(diào)節(jié)靶面磁場強度與分布，以靶面橫向磁通密度為表征，得到不同磁場強度與分布情況

5、下的弧斑運動軌跡效果圖，通過分析實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)弧斑內(nèi)帶電粒子所受回旋力的作用使得電荷在靶面做旋轉(zhuǎn)運動，穩(wěn)弧作用力的作用將電荷束縛在相對確定的位置，徑向推力使得能夠控制弧斑在靶面移動，使得靶面刻蝕均勻;軸對稱磁場兼具橫向磁場與銳角法則的雙重優(yōu)勢，可以使得弧斑在靶面旋轉(zhuǎn)運動，促進弧斑分裂，減少液滴發(fā)射從而提高薄膜質(zhì)量，但是長時間在較高磁場環(huán)境中工作會造成靶材刻蝕不均的后果，降低了靶材的利用率，為改善靶材刻蝕不均勻的情況可以在實驗過程中，及時