Реферат 1
Введение 4
1. Системы генерации плазмы на основе разрядов низкого давления 6
1.1 Система генерации плазмы на основе самостоятельного
тлеющего разряда с полым катодом 6
1.2 Система генерации плазмы на основе несамостоятельного
тлеющего разряда с полым катодом 8
1.3 Плазменный генератор с накаленным полым катодом 10
2. Материалы и методика диагностики плазмы 11
2.1 Зондовый метод диагностики плазмы 12
2.2 Одиночный зонд Ленгмюра 13
2.3 Описание экспериментальной установки 16
3. Результаты экспериментов их обсуждение 18
Заключение 26
Список использованной литературы 27
В настоящее время проводится множество работ по увеличению твердости, износостойкости и коррозионной стойкости деталей машин. Одним из наиболее распространенных методов улучшения характеристик деталей является метод диффузионного насыщения атомами азота (азотирование). Азотирование - это такой тип химико-термической обработки, при которой нагретая деталь помещается в плазму или газ, содержащую в качестве насыщающего элемента азот [1]. При этом происходит насыщение поверхности детали азотом, в результате чего улучшаются характеристики детали.
При азотировании газовым методом, деталь находится в среде газа, содержащей азот. При плазменном азотировании деталь погружают в плазму, в которой ускоренные, по направлению к детали, электрическим полем заряженные ионы бомбардируют деталь и внедряются в нее [2]. Основным преимуществом плазменного азотирования по сравнению с газовым, является длительность процесса обработки детали.
Однако, имеются существенные недостатки метода азотирования в самостоятельном тлеющем разряде. Основные недостатки связаны с большим рабочим давлением (10 - 500 Па). При больших давлениях длина свободного пробега ионов оказывается на ~ 2 порядка меньше, чем ширина катодного слоя разряда с концентрацией плазмы - 1016 м"3. В этих условиях ионы из плазмы из-за столкновений с молекулами рабочего газа приходят на обрабатываемую поверхность с низкой энергией, которой не хватает для проведения ионной очистки поверхности от слоев окислов и загрязнений. Таким образом, возникает необходимость введения в рабочую среду водородсодержащих газов. Для повышения эффективности ионной очистки поверхности в процессе азотирования необходимо понижать рабочее давление в системе до 0.5 - 1 Па. Однако в этих условиях самостоятельный тлеющий разряд имеет достаточно высокое напряжение горения (400 - 1000 В), и не позволяет развивать большие плотности ионного тока, поступающего на обрабатываемую поверхность. Эти проблемы частично решаются за счет использования тлеющего разряда с полым катодом, и полностью решаются в системах генерации плазмы с полым катодом и внешней инжекцией электронов.
В системе генерации плазмы с полым катодом и внешней инжекцией электронов реализуется сильноточный режим горения, при котором осуществляется эффективная очистка поверхности, что ведет к уменьшению времени обработки, отсутствует необходимость введения водородсодержащих газов. Основным преимуществом данной системы является возможность регулирования параметров разряда независимо друг от друга.
Таким образом, в данной работе, для исследования параметров плазмы в полом катоде разряда низкого давления, ставятся задачи:
1. Изучение различных систем по литературным данным
2. Ознакомление с принципом работы системы генерации плазмы на основе тлеющего разряда;
3. Освоение работы на установке для генерации плазмы на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов;
4. Проведение экспериментов по исследования тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов;
5. Освоение методики для получения зондовой характеристики и ее обсчета
для параметров плазмы;
За время прохождения преддипломной практики и написания диплома было проведено исследование параметров плазмы в полом катоде разряда низкого давления.
В ходе исследования были выявлены зависимости тока горения основного разряда от вспомогательного, а также концентрации заряженных частиц от тока разряда. Зондовым методом диагностики определены основные параметры плазмы при различных параметрах разряда. Для определения эффективности азотирования, при разных параметрах разряда проведены исследования радиального распределения параметров плазмы. В результате, выявлено, что при радиальном распределении температура электронов и потенциал плазмы практически не меняется, а концентрация плазмы меняется с изменением давления при постоянном токе разряда.
Проведенные исследования параметров плазмы позволяют подбирать параметры разряда и плазмы, при которых наиболее эффективно осуществляется процесс азотирования деталей.
