شروط طلاء الكاثود المجوف بالأيونات

الشروط التالية مطلوبة لإشعال مصباح القوس الكهربائي ذي الكاثود المجوف:

1. يُثبّت مدفع كاثودي مجوّف مصنوع من أنبوب التنتالوم على جدار حجرة الطلاء، ويُستخدم لإصدار تدفق إلكتروني ساخن. يبلغ القطر الداخلي للأنبوب المسطح من 6 إلى 15 مم، بسماكة جدار تتراوح بين 0.8 و2 مم.

1. يتكون مصدر الطاقة من مصدر طاقة لبدء القوس الكهربائي ومصدر طاقة للحفاظ على القوس الكهربائي موصلين على التوازي. يتراوح جهد مصدر طاقة بدء القوس الكهربائي بين 800 و1000 فولت، ويتراوح تيار بدء القوس الكهربائي بين 30 و50 أمبير؛ بينما يتراوح جهد القوس الكهربائي بين 40 و70 فولت، ويتراوح تيار القوس الكهربائي بين 80 و300 أمبير.

تتبع عملية تفريغ القوس الكهربائي في الكاثود المجوف عملية التحول من التفريغ المتوهج غير الطبيعي إلى تفريغ القوس الكهربائي في "منحنى خصائص الفولت أمبير". أولًا، يلزم مصدر طاقة لتوفير جهد بدء قدره 800 فولت لتوليد التفريغ المتوهج في أنبوب التنتالوم. تقوم أيونات الأرجون عالية الكثافة داخل أنبوب التنتالوم بقصف الأنبوب وتسخينه إلى درجة حرارة انبعاث الإلكترونات الساخنة، مما ينتج عنه تدفق كبير لإلكترونات البلازما وزيادة مفاجئة في تيار قوس الكاثود المجوف. بعد ذلك، يلزم أيضًا مصدر طاقة عالي التيار للحفاظ على تفريغ القوس الكهربائي. عملية التحول من التفريغ المتوهج إلى تفريغ القوس الكهربائي تلقائية، لذا من الضروري تجهيز مصدر طاقة قادر على توفير كل من الجهد العالي والتيار العالي.

إذا تم تركيز هذين الشرطين على مصدر طاقة واحد، فسيتعين لفّ الطرف الثانوي لمحول الطاقة بأسلاك سميكة جدًا لعدد كبير من اللفات لإخراج جهد وتيار عاليين، مما سيؤدي إلى مصدر طاقة كبير الحجم. بعد سنوات من التطوير، أصبح من الممكن توصيل مصدر طاقة صغير لبدء القوس الكهربائي بمصدر طاقة لصيانة القوس الكهربائي على التوازي. يستخدم مصدر طاقة بدء القوس الكهربائي أسلاكًا رفيعة ملفوفة بعدة لفات، مما يُمكّنه من إخراج جهد عالٍ يصل إلى 800 فولت لإشعال أنابيب التنتالوم وتوليد تفريغ متوهج. بينما يُخرج مصدر طاقة القوس الكهربائي عشرات الفولتات ومئات الأمبيرات من التيار عن طريق لفّ سلك سميك بعدد لفات أقل للحفاظ على استقرار تفريغ القوس الكهربائي في الكاثود المجوف. بفضل التوصيل المتوازي لمصدري الطاقة على أنابيب التنتالوم، وأثناء عملية التحويل من التفريغ المتوهج غير الطبيعي إلى تفريغ القوس الكهربائي، يتصل مصدرا الطاقة تلقائيًا ويتحولان من جهد عالٍ وتيار منخفض إلى جهد منخفض وتيار عالٍ.

1. اضبط مستوى الفراغ بسرعة. يبلغ مستوى الفراغ اللازم لتفريغ التوهج في أنابيب التنتالوم حوالي 100 باسكال، ويكون تركيب الطبقة المترسبة في ظل هذه الظروف المنخفضة من الفراغ خشنًا حتمًا. لذلك، بعد إشعال تفريغ القوس الكهربائي، من الضروري تقليل كمية تدفق الهواء فورًا وضبط مستوى الفراغ بسرعة إلى 8 × 10⁻¹ إلى 2 باسكال للحصول على تركيب أولي دقيق للطبقة.

1. تُثبّت طاولة دوارة حول حجرة الطلاء، حيث تُوصَّل قطعة العمل بالقطب السالب لمصدر طاقة الانحياز، بينما تُوصَّل حجرة التفريغ بالقطب الموجب. ونظرًا لكثافة التيار العالية لقوس الكاثود المجوف، لا يحتاج جهد الانحياز لقطعة العمل المطلية بالأيونات إلى بلوغ 1000 فولت، بل يتراوح عادةً بين 50 و200 فولت.

5. ضع ملفًا كهرومغناطيسيًا مركزًا حول انهيار غان، ويمكن للمجال الكهرومغناطيسي الناتج عن تطبيق التيار على الملف أن يركز حزمة الإلكترون في مركز سبيكة المعدن، مما يزيد من كثافة طاقة تدفق الإلكترون.