电弧离子镀靶面温度均匀控制的工艺研究

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电弧离子镀是工业镀膜生产以及科学研究中最重要的技术之一,由于其结构及工艺简单,离化率高(70%-80%),入射粒子能量高,绕射性好,可实现低温沉积等一系列优点,使电弧离子镀技术得到快速发展并获得广泛应用,展示出很大的经济效益和工业应用前景。电弧离子镀自20世界60年代发展以来,随着技术的发展以及人们对工艺要求的提高,大颗粒及更好的靶材利用率成为了限制电弧离子镀技术进一步发展和应用的关键性问题。
  本论文中,搭建了一套PC-PLC-磁场的控制链平台。其中PC-PLC段控制链,通过RS232的通信协议相互交换数据,为了更加简便的进行基础实验以及后续靶面温度模型的控制,用VB.NET自主开发了计算机端的通讯程序,程序的核心在于计算机与PLC的通讯,通过通讯的变化来达到改变输出电压大小的目的,从而得到一个合理的靶面磁场分布。
  为了达到改善离子镀中大颗粒过多的目的,多种弧源结构面世,而其中的核心理念就是磁场分布的改变,本论文中着重讨论分析了偏心弧源结构和轴对称弧源结构的靶面磁场分布,模拟得到的靶面磁场分布结合已有的电弧放电机理,并通过实验观察验证了“零线”存在的合理性,即弧斑易出现在垂直磁场为零的附近,同时得到靶面磁场强度大小和弧斑轨迹半径以及电压之间的关系,基于此关系,提供了靶面磁场控制的可行性。
  从轴对称弧源出发,当磁场束缚足够强时,弧斑运动在磁场垂直为零的附近,基于此现象并且结合电压与轨迹半径的关系方程,对靶面划分不同的控制区域,实验不同的电压以及其频率,并通过北京嘉恒CCD相机拍摄得到其靶面的温度分布,观测不同波形对靶面温度均匀性以及大颗粒的影响,最终分析建立一个最佳的靶面温度控制工艺参数。
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