Вопрос4, 17

Принцип действия метода импульсно-плазменного напыления, особенности метода, сепарация плазменного потока, физические принципы образования плазмы в отсутствие плазмообразующего газа.

Материалы, свойства которых можно менять нужным образом по одной или двум координатам, являются основой для создания приборов новых типов. Про такие материалы говорят, что они находятся в пленочном состоянии, при этом свойства их существенным образом зависят от величины третьей координаты, которую можно уменьшить вплоть до параметра кристаллической решетки. Наибольшие успехи в этой области достигнуты вакуумными методами.

В настоящее время применяются различные методы получения пленочных структур. Нас же здесь интересуют методы, в которых в той или иной мере задействованы лазерные воздействия для осаждения пленочных слоев. В широком плане условно все методы можно разделить на химические методы осаждения слоев и методы вакуумного напыления пленок.

Принцип плазменного напыления. Между катодом и медным водоохлаждаемым соплом, служащим анодом, возникает дуга, нагревающая поступающий в сопло горелки рабочий газ, который истекает из сопла в виде плазменной струи. В качестве рабочего газа используют аргон или азот, к которым иногда добавляют водород. Порошковый наплавочный материал подается в сопло струёй транспортирующего инертного газа, нагревается плазмой и с ускорением переносится на поверхность основного материала для образования покрытия. Средняя температура плазмы на выходе из сопла плазмотрона находится в пределах от нескольких тысяч градусов до десятков тысяч градусов Кельвина.

КПД плазменной горелки составляет 50—70%. Высокая температура плазмы позволяет проводить напыление тугоплавких материалов. Возможность регулирования температуры и скорости плазменной струи путем выбора формы и диаметра сопла и режима напыления расширяет диапазон напыляемых материалов (металлы, керамика и органические материалы). Покрытия, полученные методом плазменного напыления, обладают высокой плотностью и хорошим сцеплением с основой. Процесс плазменного напыления хорошо поддаётся автоматизации.

Краткие характеристики покрытия: Пористость покрытия,% 4—8 Прочность сцепления покрытия с основой (адгезия), кг/ мм² 5,0-8,0 Толщина напыленного слоя: - при напылении металлов и сплавов, мм - 0,05 – 5,0; - при напылении керамики, мм - 0,05 – 0,5.

МАСС-СЕПАРАЦИЯ

в плазме - пространственное разделение тяжёлых частиц с разной массой или зарядом в первоначально однородном плазменном объёме, связанное с процессами ионизации и движением частиц в электрич. и магн. полях, практически всегда присутствующих в плазме. Поэтому M.-с. происходит в той или иной степени во всех плазменных системах. Так, напр., если на стеклянную трубку, содержащую при низком давлении смесь двух газов с разными коэф. ионизации, надеть обмотку, создающую бегущее электрич. поле, то полем будет сильнее увлекаться легкоионизуемая компонента, что приведёт к M.-с.

Сепарация частиц по массам всегда проявляется в плазменных ускорителях. Напр., в ускорителях с замкнутым дрейфом частицы, родившиеся в одной точке и поэтому прошедшие одну и ту же разность потенциалов и пересекшие один и тот же магн. поток, на выходе из ускорителя имеют разные азимутальные скорости (вследствие сохранения обобщённого момента кол-ва движения), что и приводит к сепарации. Чётко проявляется M.-с. тяжёлых ионов (примесей) в замкнутыхмагнитных ловушках, напр, в токамаках.

Приборы, специально предназначенные для разделения ионов по массам (точнее, по отношению , наз. масс-сепараторами и масс-спектрометрами. M.-с. подробно изучается в "плазменных центрифугах", к-рые представляют собой осесимметричные системы с продольным магн. и радиальным электрич. полями. Центр, электрод такой центрифуги может быть твердотельным или плазменным. Поскольку центрифуговая сепарация аналогична отстаиванию в поле тяжести, она рассчитывается по барометрич. ф-ле, но на практике оказывается существенно меньше из-за разл, рода плазменных колебаний. Большие потенциальные возможности для создания плазменных масс-сепараторов открывает плазмооптика (см.Плазмооптические системы).

К системам M.-с. в плазме может быть отнесён эл.-магн. метод разделения изотопов, поскольку объёмный заряд движущихся в магн. поле ионных пучков нейтрализован малоподвижными электронами, и такие пучки являются плазменными образованиями. Этот метод имеет промышленное применение (см. Изотопов разделение), остальные методы M.-с. в плазме находятся в стадии разработки.