Bedingungen für die Ionenbeschichtung von Hohlkathoden

Folgende Bedingungen müssen erfüllt sein, um die Hohlkathodenbogenlampe zu zünden:

1. Eine Hohlkathodenkanone aus Tantalrohr ist an der Wand der Beschichtungskammer angebracht und dient zur Emission heißer Elektronen. Der Innendurchmesser des Flachrohrs beträgt φ 6 bis φ 15 mm, die Wandstärke 0,8 bis 2 mm.

1. Die Stromversorgung besteht aus einer parallelgeschalteten Zünd- und einer Aufrechterhaltungsstromversorgung. Die Zündspannung beträgt 800–1000 V, der Zündstrom 30–50 A; die Lichtbogenspannung 40–70 V, der Lichtbogenstrom 80–300 A.

Der Hohlkathodenbogenentladungsprozess folgt dem Übergang von einer anormalen Glimmentladung zu einer Bogenentladung gemäß der Strom-Spannungs-Kennlinie. Zunächst wird ein Netzteil benötigt, das eine Startspannung von 800 V liefert, um die Glimmentladung in der Tantalröhre zu erzeugen. Die hochdichten Argonionen in der Tantalröhre bombardieren und erhitzen diese auf eine Temperatur, bei der heiße Elektronen emittiert werden. Dies führt zu einem starken Plasmaelektronenfluss und einem sprunghaften Anstieg des Stroms im Hohlkathodenbogen. Anschließend wird ein Netzteil mit hoher Stromstärke benötigt, um die Bogenentladung aufrechtzuerhalten. Da der Übergang von der Glimmentladung zur Bogenentladung automatisch erfolgt, ist ein Netzteil erforderlich, das sowohl hohe Spannung als auch hohen Strom liefern kann.

Wenn diese beiden Anforderungen auf eine einzige Stromquelle konzentriert werden, muss der Sekundärausgang des Leistungstransformators mit sehr dicken Drähten und vielen Windungen gewickelt werden, um hohe Spannung und hohen Strom zu erzeugen. Dies führt zu einer großen Stromquelle. Nach jahrelanger Weiterentwicklung ist es möglich, ein kleines Zündstromnetzteil mit einem Erhaltungsstromnetzteil zu parallel schalten. Das Zündstromnetzteil verwendet dünne Drähte mit vielen Windungen und kann eine Hochspannung von 800 V erzeugen, um Tantalröhren zu zünden und eine Glimmentladung zu erzeugen. Das Erhaltungsstromnetzteil kann durch Wickeln eines dicken Drahtes mit weniger Windungen mehrere zehn Volt und mehrere hundert Ampere Strom erzeugen, um die Stabilität der Hohlkathodenbogenentladung zu gewährleisten. Durch die Parallelschaltung der beiden Netzteile an den Tantalröhren verbinden sich die Netzteile während des Übergangs von einer anormalen Glimmentladung zu einer Bogenentladung automatisch und schalten von hoher Spannung und niedrigem Strom auf niedrige Spannung und hohen Strom um.

1. Das Vakuumniveau muss schnell angepasst werden. Das Vakuumniveau für die Glimmentladung in Tantalröhren liegt bei etwa 100 Pa, und die Schichtstruktur ist unter solch niedrigen Vakuumbedingungen zwangsläufig grob. Daher muss nach dem Zünden der Lichtbogenentladung der Luftstrom sofort reduziert und das Vakuumniveau schnell auf 8 × 10⁻¹ bis 2 Pa eingestellt werden, um eine feine Ausgangsschichtstruktur zu erzielen.

1. Der Werkstückdrehtisch ist um die Beschichtungskammer herum angeordnet. Das Werkstück ist mit dem Minuspol der Vorspannungsversorgung und die Vakuumkammer mit dem Pluspol verbunden. Aufgrund der hohen Stromdichte des Hohlkathodenbogens muss die Vorspannung des ionenbeschichteten Werkstücks nicht 1000 V erreichen, sondern liegt üblicherweise zwischen 50 und 200 V.

5. Eine fokussierende elektromagnetische Spule wird um den Gan-Kollaps angeordnet. Das durch Anlegen eines Stroms an die Spule erzeugte elektromagnetische Feld kann den Elektronenstrahl auf die Mitte des Metallbarrens fokussieren und so die Leistungsdichte des Elektronenflusses erhöhen.