Новітні досягнення в розробці ерозійних джерел плазми

Гончаров, ОА
Баженов, ВЮ
Добровольський, АМ
Проценко, ІМ
Найко, ІВ
Nauka innov. 2019, 15(4):35-46
https://doi.org/10.15407/scin15.04.035
Рубрика: Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Мова: Українська
Анотація: 
Вступ. Ерозійні джерела плазми забезпечують високопродуктивне формування іонно-плазмових потоків шляхом випарювання матеріалу електродів та мають широке застосування у науці й промисловості для синтезу різноманітних покриттів, модифікації поверхні матеріалів та створення джерел заряджених частинок.
Проблематика. На сьогодні проблемою у створенні високоякісних покриттів є їх обмежена однорідність, що зумовлено присутністю мікрокрапельної фази в іонно-паровому потоці ерозійних джерел плазми.
Мета. Створення нового покоління ерозійних плазмових джерел, зокрема, вакуумно-дугових, вільних від мікрокрапель, для ефективного синтезу високоякісних покриттів с заданими функціональними властивостями.
Матеріали й методи. Для створення джерел чистої металевої плазми було запропоновано та реалізовано оригінальну ідею використання аксіально-симетричної плазмооптичної системи для введення додаткової енергії у потік щільної багатокомпонентної металевої плазми за рахунок ефективного самоузгодженого утворення швидких електронів. Такі енергетичні електрони здатні ефективно впливати на плазмовий потік, що проходить крізь систему, випаровуючи та руйнуючи мікрокраплі, які суттєво обмежують використання ерозійних джерел щільної плазми для технологічних розробок.
Результати. Розроблено концептуальний проект комбінованого джерела, яке містить у одному пристрої вакуумно-дугове плазмове джерело та аксіально-симетричну циліндричну електростатичну плазмооптичну лінзу. Запропонована розробка є оригінальною та не має аналогів у світі.
Висновки. Наведені результати дослідження відкривають широку перспективність практичного застосування запропонованої ідеї для усунення небажаних мікровключень зі збереженням перенесення маси у потоці металевої плазми, що формується вакуумно-дуговим джерелом. Поєднання плазмової лінзи з вакуумно-дуговим джерелом іонів відкриває нові можливості керування низькоенергетичним плазмовим потоком, що розповсюджується у напрямку до підкладки (при нанесенні плівок) або емісійної сітки (при генерації іонного пучка).
Ключові слова: ерозійне джерело плазми, мікрокраплі, плазмооптична система, щільна плазма
Посилання: 
1. Anders A. Growth and decay of macroparticles: A feasible approach to clean vacuum arc plasmas, J. Appl. Phys. 1997. V. 82, no. 8. P. 3679–3688. 
2. Boxman R.L., Goldsmith S. Macroparticle contamination in cathodic arc coatings: generation, transport and control. Surf. аnd Coat. Techn. 1992. V. 51, no. 1. P. 39–50.
https://doi.org/10.1016/0257-8972(92)90369-L
3. Anders S., Anders А., Yu K.М., Yао Х.Y., Brown I.G. On the macroparticle flux from vacuum arc cathode spots. IEEE Trans. on Plasma Sci. 1993. V. 21, no. 5. P. 440–446.
https://doi.org/10.1109/27.249623
4. Anders A., Slack J. Phase transitions in vacuum arcs in the context of liquid metal arc sources. Proceedings of the 25th ISDEIV. (September, 2012). Tomsk, Russia, 2012. P. 305–308.
5. Aksenov I.I., Aksyonov D.S., Vasilyev V.V., Luchaninov A.A., Reshetnyak E.N., Strel'nitskij V.E. Two-Cathode Filtered Vacuum-Arc Plasma Source. IEEE Trans. on Plasma Sci. 2009. V. 37, no. 8. P. 1511–1516.
https://doi.org/10.1109/TPS.2009.2018820
6. Аксенов И.И. Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы. Харьков, 2005. 216 с.
7. Goncharov A. Invited Review Article: The Electrostatic Plasma Lens. Rev. Sci. Instrum. 2013. V. 8, no. 4(2). P. 021101.
https://doi.org./10.1063/1.4789314
8. Goncharov A.A., Maslov V.I., Fisk A. Novel Plasma-Optical Device for the Elimination of Droplets in Cathodic Arc Plasma Coating. Society of Vacuum Coaters. 55th Annual Technical Conference Proceedings. (May, 2012). Santa Clara, CA, 2012. P. 441–444.
9. U.S. patent application # 2014/0034484A1 (6 February 2014). Fisk A., Maslov V., Goncharov A. Device for the Elimination of Microdroplets from a Cathodic Arc Plasma Source.
10. Goncharov A.A. Recent development of plasma optical systems (invited). Review of Scientific Instruments. 2016. V. 87. P. 02B901.
https://doi.org/10.1063/1.4931718
11. Goncharov A., Tsiolko V., Dobrovol’skii A., Bazhenov V., Litovko I. New generation plasmadynamical systems with fast electrons. Вісник Київського Національного Університету ім. Т. Шевченка. Радіофізика та електроніка. 2017. V. 25, no. 1. P. 13–22.
12. Goncharov A.A., Dobrovolsky A.M., Bazhenov V.Yu., Litovko I.V., Naiko I.V., Naiko L.V., Kostin E.G., Protsenko I.M. Last results of novel plasmaoptical devices investigation. Problems of Atomic Science and Technology. 2018. V. 116, no, 4. P. 36–39.