중공 음극 이온 코팅 조건

중공 음극 아크등을 점화하려면 다음과 같은 조건이 필요합니다.

1. 코팅 챔버 벽에는 탄탈륨 튜브로 제작된 중공 음극총이 설치되어 있으며, 이를 이용하여 고온 전자 흐름을 방출할 수 있다. 이 평판 튜브의 내경은 φ 6~φ 15mm이고, 벽 두께는 0.8~2mm이다.

1. 전원 공급 장치는 아크 시동 전원 공급 장치와 아크 유지 전원 공급 장치가 병렬로 연결된 형태로 구성됩니다. 아크 발생 전원 공급 장치의 전압은 800~1000V이고 아크 발생 전류는 30~50A입니다. 아크 유지 전원 공급 장치의 전압은 40~70V이고 아크 전류는 80~300A입니다.

중공 음극 아크 방전 과정은 "전압-전류 특성 곡선"에서 비정상 글로우 방전이 아크 방전으로 전환되는 과정을 따릅니다. 먼저, 탄탈륨 튜브 내부에 글로우 방전을 발생시키기 위해 800V의 시동 전압을 공급하는 전원이 필요합니다. 탄탈륨 튜브 내부의 고밀도 아르곤 이온이 튜브를 충격하여 고온 전자가 방출되는 온도까지 가열하고, 이로 인해 대량의 플라즈마 전자 흐름과 중공 음극 아크 전류의 급격한 증가가 발생합니다. 또한, 아크 방전을 유지하기 위해 고전류 전원이 필요합니다. 글로우 방전에서 아크 방전으로의 전환 과정은 자동적이므로 고전압과 고전류를 모두 출력할 수 있는 전원 공급 장치를 구성해야 합니다.

이 두 가지 요구 사항을 하나의 전원에 집중시키려면, 고전압 및 고전류 출력을 위해 변압기 2차 출력단에 매우 굵은 전선을 여러 번 감아야 하므로 부피가 큰 전원이 됩니다. 수년간의 개선 끝에 소형 아크 시동 전원과 유지 아크 전원의 병렬 연결이 가능해졌습니다. 아크 시동 전원은 가는 전선을 여러 번 감아 800V의 고전압을 출력하여 탄탈륨 튜브를 점화하고 글로우 방전을 발생시킬 수 있습니다. 유지 아크 전원은 굵은 전선을 적은 횟수로 감아 수십 볼트의 전압과 수백 암페어의 전류를 출력하여 중공 음극 아크 방전의 안정성을 유지할 수 있습니다. 탄탈륨 튜브에 두 전원이 병렬로 연결되어 있기 때문에, 비정상적인 글로우 방전에서 아크 방전으로 전환되는 과정에서 두 전원이 자동으로 연결되어 고전압 저전류에서 저전압 고전류로 전환됩니다.

1. 진공도를 신속하게 조절해야 합니다. 탄탈륨 튜브에서 글로우 방전을 위한 진공도는 약 100Pa 정도이며, 이처럼 낮은 진공 조건에서 증착된 박막 구조는 필연적으로 거칠어집니다. 따라서 아크 방전을 점화한 후에는 공기 유량을 즉시 줄이고 진공도를 8×10⁻¹~2Pa로 신속하게 조절하여 미세한 초기 박막 구조를 얻어야 합니다.

1. 공작물 회전판은 코팅 챔버 주변에 설치되며, 공작물은 바이어스 전원 공급 장치의 음극에, 진공 챔버는 양극에 연결됩니다. 중공 음극 아크의 높은 전류 밀도로 인해 이온 코팅된 공작물의 바이어스 전압은 1000V에 도달할 필요가 없으며, 일반적으로 50~200V입니다.

5. 간 붕괴 주변에 집속 전자기 코일을 설치하고, 코일에 전류를 가하여 생성된 전자기장이 금속 덩어리의 중심에 전자빔을 집속시켜 전자 흐름의 전력 밀도를 증가시킬 수 있다.