MEVVA离子束技术的发展及应用

金属蒸汽真空弧放电能够产生高密度的金属等离子体.通过二或三电极引出系统,可以把金属等离子体中的金属离子引出,并加速成为载能的金属离子束,这是MEVVA离子源技术.将载能离子束用于离子注入,可以实现材料表面改性.经过MEVVA源离子注入处理的工具和零部件,改性效果显著,因此MEVVA离子源在离子注入材料表面改性技术中得到很好的应用.另一方面,利用弯曲磁场把等离子体导向到视线外的真空靶室中的同时,过滤掉真空弧产生的液滴(大颗粒),当工件加上适当的负偏压时,等离子体中的离子在工件表面沉积,可以得到高质量的、平整致密的薄膜,称为磁过滤等离子体沉积.是一种先进的薄膜制备的新技术.此外,将MEVVA离子注入与磁过滤等离子体沉积相结合的复合技术,可以首先用离子注入的方法改变基材表面的性能,再用磁过滤等离子体沉积的方法制备薄膜,可以极大的增强薄膜与基材的结合强度,得到性能极佳的薄膜.适用于基材与薄膜性能差别大,结合不易的情况(例如陶瓷、玻璃表面制备金属膜).本文简要介绍了MEVVA离子注入技术、磁过滤等离子体沉积技术和MEVVA复合技术的发展和应用状况.     

碳和钨等离子体在磁过滤弯管中的传输

测试了磁过滤弯管偏转碳和钨等离子体时导向磁场、弧流、偏压对磁过滤弯管等离子体输出量的影响关系,比较了碳和钨等离子体的传输特征,探讨了等离子体在磁过滤弯管中传输的影响因素.结果表明:随导向磁场增加,最佳偏压先是下降,而后趋于稳定;钨等离子体最佳偏压明显高于碳等离子体最佳偏压.     

钼和钛等离子体在磁过滤弯管中的传输

测试了磁过滤弯管偏转钼和钛等离子体时导向磁场、弧流、偏压对磁过滤弯管等离子体输出量的影响关系,比较了钼和钛等离子体的传输特征,探讨了等离子体在磁过滤弯管中传输的影响因素.结果表明:随导向磁场增加,最佳偏压先是下降,而后趋于稳定;钼等离子体最佳偏压明显高于钛等离子体最佳偏压.     

磁过滤弯管中的电子运动模式

研究了在磁场和电场综合模式下磁过滤弯管中电子的运动方式及其对离子运动方式所影响,在Bilek偏压模式下,更多的电子参与震荡运动,电子与粒子碰撞机会增大,导致电子向Bilek析扩散增强,这样会导致离子跟随电子也偏向下方,离子分布更为集中。     

钨离子沉积聚酯薄膜表面抗磨损特性

采用钨离子束磁过滤技术,对引出的钨离子束中大颗粒离子进行过滤后 ,再注入和沉积到聚酯薄膜(PET)表面,可获得抗磨损特性优异的沉积的金属钨膜.扫描电 子显微镜观察表明,大颗粒已被过滤,表面结构致密.测量表明,镀膜的硬度、弹性模量和 抗磨损特性得到了很大的提高,与基体的黏合特性有了明显改善.进一步对抗磨损机制进行了探讨.     

基于磁过滤阴极真空弧沉积技术制备AlCrTiZrMo非晶高熵合金薄膜及其性能研究

基于磁过滤阴极真空弧沉积技术研究了负偏压对AlCrTiZrMo非晶高熵合金薄膜的形貌、元素以及微观结构的影响,进而讨论了AlCrTiZrMo非晶高熵合金薄膜的成膜及结晶机制．通过SEM、EDS、XRD和TEM对薄膜的形貌与结构等性能进行测试分析,实验结果表明:不同沉积离子能量条件下,薄膜具有优异的表面品质;随着沉积离子能量的不断增加,薄膜厚度随之减小;同时,沉积离子能量对高熵晶相的调控有明显效果,沉积离子能量的增加使AlCrTiZrMo高熵合金薄膜微结构从非晶相(am)转变为相稳定的am+FCC纳米复合结构．      

过滤真空弧等离子体沉积成膜系统的磁过滤管道传输特性的实验

介绍了采用90°螺旋管的过滤真空弧等离子体沉积成膜系统，对磁过滤管道的传输特性进行了实验研究．实验观察到，弧源聚焦磁场和过滤管道正偏压越高，过滤管道的传输效率越高．但聚焦磁场高过一定阈值时，会出现起弧不稳现象，此阈值的大小同过滤管道磁场及偏压的大小有关．过滤管道正偏压在40～60V范围内，管道磁场在7～11mT时传输效率较高，偏压越高达到最佳传输效率所需的过滤管道磁场越高．     

过滤真空弧等离子体沉积成膜系统的磁过滤管道传…

介绍了采用９０°螺旋管的过滤真空弧等离子体沉成膜系统，对磁过滤管道的传输特性进行了实验研究，实验观察到，弧源聚焦磁场和过滤管道正偏压越高，过滤管道的传输效率越高，但聚焦磁场高过一定阈值时，会出现起弧不稳现象，此阈值的大小同过滤管道磁场及偏压的大小有关，过滤管道正偏压在４０￣６０Ｖ范围内，管道磁场在７￣１１ｍＴ时传输效率较高，偏压越高达到最佳传输效率所需的过滤管道磁场越高。     

过滤管道磁场对改进弧沉积系统弧放电和传输效率的影响

在 90°磁过滤管道和MEVVA源阴极之间加一 30～ 60V的正偏压 ,可使磁过滤管道起到阴极弧放电第二阳极的作用 .在此情况下对磁过滤管道磁场对MEVVA源阳极 阴极以及磁过滤管道 阴极 2个回路弧放电以及磁过滤管道等离子体传输效率的影响进行了实验研究 .研究表明 ,磁过滤磁场升高 ,磁过滤管道和阴极之间的弧放电规模降低 ,系统的等离子体传输效率升高 ,但对MEVVA源阳极和阴极之间的弧放电规模影响不大 .     

聚焦磁场对系统弧放电和传输效率的影响

在90°磁过滤管道和阴极之间加一30～60V的正偏压可使磁过滤管道起到阴极弧放电第二阳极的作用.在此情况下对聚焦磁场对MEVVA源阳极-阴极以及磁过滤管道-阴极2个回路弧放电和磁过滤管道传输效率的影响进行了实验研究.研究表明,随聚焦磁场升高,MEVVA源阳极和阴极之间的弧放电规模减小,而磁过滤管道和阴极之间的弧放电规模增大,并且系统的等离子体传输效率也随之升高.     

金属等离子体浸没Ta+和Ti+离子注入

采用由阴极真空孤等离子体源、负脉冲高压靶台和磁过滤系统组成的金属等离子体浸没注入系统,实现Ｔａ＾＋和Ｔｉ＾＋浸没注入,并对离子注入层予以表征。结果表明,等离子体浸没离子注入钽和钛的ＲＢＳ分析射程,低于按设定加速电压的注入能量计算的ＴＲＩＭ射程。     

过滤管道作为第二阳极的磁过滤阴极真空弧沉积系统

建立了一台磁过滤脉冲阴极真空弧沉积装置,通过在90度磁过滤管道和阴极之间加30－60V的正偏压使系统沉积速率得到了大幅度提高,研究和观察表明,此时在过滤管道和阴之间产生了阴极真空弧放电,并因此使阴极消耗率大幅度增大,对此放电回路及其和MEVVA阳极－阴极之间弧放电的相互影响进行了初步的实验研究。     

纵向多矩形腔表面等离子体滤波器研究

 提出一种新型的纵向有多个矩形腔的表面等离子体滤波器,采用时域有限差分方法(FDTD)分别研究了单个腔、2个腔和3个腔的透射性质,发现单个腔中F-P共振导致了透射峰;在单个腔中间增加一层金属薄膜构成2个腔,原来单腔的透射峰出现劈裂或者消失,劈裂间距受结构参数变化影响;结合近场分布和理论分析,认为长短表面等离子体共振导致了劈裂.     

阴极真空弧放电等离子体的过滤及传输

阴极真空孤放电产生高密度等离子体的同时，也产生了尺寸可达微米量级的液滴，液滴对膜层的污染限制了它的应用。为解决这个问题，可采用轴对称磁场约束阴极斑，磁过滤器过滤等离子体出束中的液滴。结果表明液滴在磁过滤器出口处已基本上被过滤掉了，该处离子束流达到１２０ｍＡ。     

非平衡等离子体处理柴油机有害排放

柴油机排放后处理的难点是NOx和颗粒，传统的后处理器不能有效降低柴油机的有害排放，综合考虑了柴油机排放的特点，提出了一种新的排放后处理方案，利用非平衡等离子体结合微粒捕集器综合降低柴油机的有害排放，并自行设计了等离子体发生器，理论分析和初步的试验研究表明，该后处理方案对于降低柴油机NOx排放和再生微粒捕集器是有效的，并具有较高的实用性。