Влияние геометрических размеров катода вакуумного электродугового испарителя плазмы на величину допустимого тока дугового разряда

Abstract

Проведен анализ основных конструкционных параметров, определяющих степень интенсивности формирования капель на стадии генерации плазменного потока. Рассмотрены наиболее широко используемые конструкции водоохлаждаемых расходуемых катодов. В качестве материала катодов брали Ti или сплавы Ti–Si, Fe–Cr. Для определения зависимости величины предельно допустимого тока дугового разряда от высоты катода были приняты следующие расчетные данные: средний заряд иона Zi для титановой плазмы +1,6, для плазмы «титан – кремний» +1,2; заряд электрона 1,6022 ⋅ 10–19 Кл; скорость движения иона vi = 2 ⋅ 104 м/с; эффективный вольтовый эквивалент энергии теплового потока, отводимого в катод, Uк = 12 В; температура эродирующей поверхности катода Тп = 550 К; температура охлаждаемой поверхности катода То = 350 К. Расчет проводили для разных значений высот катода hк (от 0,02 до 0,05 м). Диаметр катода-мишени для большинства технологических плазменных устройств равен 0,08 м, следовательно, площадь эродирующей поверхности S = 0,005 м2. Теоретически обоснован выбор толщины расходуемой части катода-мишени вакуумного электродугового источника плазмы, при которой в процессе дугового испарения материала катода обеспечивается образование минимального количества капельной фазы в плазменном потоке. Показано, что при толщине расходуемой части катода hк, равной 0,05 м, величина предельно допустимого тока дугового разряда практически равна значению минимального тока устойчивого горения дуги. При малых hк ток допустимого разряда может быть значительным и обеспечивать высокую производительность процесса нанесения покрытий при образовании относительно низкого количества капельной фазы в покрытии.