真空鍍膜:真空電弧離子鍍原理
發布時間:2019-05-07 21:34:18 | 人感興趣 | 評分:3 | 收藏:
真空電弧離子鍍是由美國Multi-Arc公司和Vac-Tec公司聯合開發的,1981年達到工業實用化階段。
電弧離子鍍的原理是基于冷陰極真空弧光放電理論提出的。該理論認為放電過程的電量遷移是借助于場電子發射和正離子電流這兩種機制同時存在且相互制約而實現的。在放電過程中,陰極材料大量蒸發,這些蒸氣分子所產生的正離子在陰極表面附近很短的距離內產生極強的電場,在這樣強的電場作用下,電子產生“場電子發射”,而逸到真空中去,其發射的電流密度Jc表達式為
而正離了流可占總的電弧電流的10%左右,但在理論計算上尚存在一定難度,還不能夠確切地建立和求解陰極弧光輝點內的質量、能量和電量的平衡關系。
電弧法涉及到從陰極弧光輝點放出的陰極物質的離子。陰極弧光輝點是存在于極小的空間的高電流密度高速變化的一種現象,其機理尚不完全清楚。按J.E.Daolder的解釋,能較好地利用圖10-23說明這一現象。
①被吸到陰極表面的金屬離子形成空間電荷層。由此產生強電場使陰極表面上功函數小的點(晶界或微裂紋)開始發射電子。
②個別發射電子密度高的點產生高密度的電流,該電流產生的焦耳熱使該點溫度上升而進一步發射熱電子。這種反饋作用使電流局部集中。
③由于電流局部集中產生的焦耳熱使陰極材料在此局部產生爆發性的等離子化而發射電子和離子,然后留下放電痕。同時放出熔融的陰極材料粒子。
④發射的離子中的一部分被吸回陰極表面再次形成空間電荷層,產生強電場,又使新的功函數小的點開始發射電子。
這個過程反復進行,弧光輝點在陰極表面上激烈地、無規則地運動。弧光輝點過后,在陰極表面上留下分散的放電痕。研究結果表明,陰極輝點的數量一般與電流成正比增加,因此可以認為每一個輝點的電流是常數,并隨陰極材料的不同而異,見表10-13。
上述陰極輝點極小,有關資料測定為1μm~100μm。所以輝點內的電流密度值可達105A/cm²~107A/cm²。這些輝點猶如很小的發射點,每個點的延續時間很短,約為幾至幾十微秒。在此瞬間過后,電流又分布到陰極表面的其他輝點上,建立起足夠的發射條件,致使輝點附近的陰極材料大量蒸發,從而達到成膜的目的。
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