中空陰極イオンコーティングの条件

中空陰極アーク灯を点火するには、以下の条件が必要です。

1. コーティング室の壁にはタンタル管製の中空陰極銃が設置されており、高温電子流を放出することができます。扁平管の内径はφ6～φ15mm、壁厚は0.8～2mmです。

1. 電源は、アーク始動電源とアーク維持電源が並列に接続されています。アーク始動電源の電圧は800～1000V、アーク始動電流は30～50Aです。アーク電圧は40～70V、アーク電流は80～300Aです。

ホローカソードアーク放電プロセスは、「電圧・電流特性曲線」における異常グロー放電からアーク放電への変換過程を辿ります。まず、タンタル管内でグロー放電を発生させるために、800Vの始動電圧を供給する電源が必要です。タンタル管内の高密度アルゴンイオンが管を衝突させ、高温電子が放出される温度まで加熱します。その結果、大量のプラズマ電子流が発生し、ホローカソードアークの電流が急増します。次に、アーク放電を維持するために、大電流電源も必要です。グロー放電からアーク放電への変換プロセスは自動的に行われるため、高電圧と大電流の両方を出力できる電源を構成する必要があります。

これらの2つの要件を1つの電源に集中させると、高電圧・大電流を出力するために、電源トランスの二次出力端に非常に太い電線を多数回巻く必要があり、大容量の電源となります。長年の改良を経て、小型のアーク始動電源と保守用アーク電源を並列接続することが可能になりました。アーク始動電源は、細い電線を多数回巻くことで、800Vの高電圧を出力し、タンタル管を点火してグロー放電を発生させることができます。アーク電源は、太い電線を少ない巻数で巻くことで、数十ボルト、数百アンペアの電流を出力し、ホローカソードアーク放電の安定性を維持できます。タンタル管に2つの電源を並列接続することで、異常なグロー放電からアーク放電への変換プロセス中に、2つの電源が自動的に接続され、高電圧・低電流から低電圧・高電流に切り替わります。

1. 真空度を迅速に調整する。タンタル管のグロー放電における真空度は約100Paであり、このような低真空条件下では堆積した膜構造は必然的に粗くなります。そのため、アーク放電開始後、速やかに空気流量を減らし、真空度を8×10-1～2Paに迅速に調整することで、良好な初期膜構造を得る必要があります。

1. ワークピースターンテーブルはコーティングチャンバーの周囲に設置され、ワー​​クピースはバイアス電源の負極に接続され、真空チャンバーは正極に接続されます。ホローカソードアークの高電流密度により、イオンコーティングされたワークピースのバイアス電圧は1000Vに達する必要はなく、通常は50～200Vです。

5. ガンマ線崩壊部の周囲に集束電磁コイルを設置し、コイルに電流を流すことで発生する電磁場によって電子ビームを金属インゴットの中心に集束させ、電子流の電力密度を高めることができます。