Особенности структур, осажденных из плазмы дугового разряда

Н.А. Смоланов1, В.А. Неверов1
1Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева, ул. Большевистская 68, Саранск, 430005, Россия
Аннотация
В статье исследованы морфология, гранулометрия, фазовый состав и структура частиц, осажденных на стенках вакуумной камеры из низкотемпературной плазмы дугового разряда при распылении титанового катода.
Исследованы морфология (растровый электронный микроскопе Quanta 200 i 3D FEI), гранулометрия (Shimadzu SALD — 3101), фазовый состав (дифрактометр PANalytical Empyrian) и структура частиц, осажденных на стенках вакуумной камеры из низкотемпературной плазмы дугового разряда при распылении титанового катода. Частицы с сильномагнитными включениями образуют несколько фаз на основе распыляемого катода и реакционных газов — остаточных или подаваемых в вакуумную камеру для плазмохимического синтеза пленок. Анализ результатов гранулометрии частиц показал, что наиболее характерны распределения размеров для них типа гауссова, либо описываются убывающей степенной функцией, как и распределение частиц из токамака. При осаждении частиц из низкотемпературной плазмы дугового разряда на стенки вакуумной камеры их основные размеры находится в пределах 70—130 мкм. Методом малоуглового рентгеновского рассеяния (малоугловой рентгеновский дифрактометр Hecus S3‑MICRO) установлен фрактальный характер частиц. Определены фрактальные размерности неоднородностей порошков различных фракций в диапазоне 20—180 мкм. Установлено, что частицы исследованных порошков имеют структурные неоднородности нанометровых масштабов, причем их средние значения лежат в достаточно узком интервале ~20—30 нм. Это обусловлено условиями формирования дисперсных частиц, составом потока плазмы, параметрами электрического и магнитного полей в межэлектродном пространстве. Образование фракталоподобных агрегатов происходит в условиях неустойчивости фронта роста, когда небольшие возмущения фронта (поверхности раздела) начинают расти гораздо быстрее соседних участков. На основании полученных результатов сделано предположении об аналогичности процессов в низкотемпературной плазме, начинающихся с появления в катодном пятне мелкодисперсной капельной фракции, и капельно — паровой эрозии на стенках токамаков. Структуру полученного конденсата можно рассматривать как результат взаимодействия плазменно-пылевых структур в электрическом и магнитном полях. Вероятно, что исследуемые нами структуры из плазмы дугового разряда являются следствием особых свойств турбулентности плазменного потока с перемежаемостью.
Принята: 28 мая 2015
Просмотры: 262   Загрузки: 48
Ссылки
1.
A. V. Ushakov, I. V. Karpov, A. A. Lepeshev. Materialovedeniye. 3, 48—51 (2012). (in Russian) [А. В. Ушаков, И. В. Карпов, А. А Лепешев. Материаловедение. 3, 48—51 (2012).]
2.
A. S. Saygash, A. A Sivkov. Nanotekhnika. 2, 62—66 (2008). (in Russian) [А. С. Сайгаш, А. А. Сивков. Нанотехника. 2, 62—66 (2008).]
3.
N. A. Smolanov, N. A. Pankin, V. V. Batin, E. P. Pavkin. Prikladnaya fizika. 1, 30—34 (2014). (in Russian) [Н. А. Смоланов, Н. А. Панькин, В. В. Батин, Е. П. Павкин. Прикладная физика. 1, 30—34 (2014).]
4.
N. A. Klinskaya, E. B. Koroloyva, V. A. Petrunichev and other. 5, 74—77 (1986). (in Russian) [Н. А. Клинская, Е. Б. Королева, В. А. Петруничев. Физика и химия обработки материалов. 5, 74—77 (1986).]
5.
N. A. Smolanov, V. A. Neverov, A. A. Panov. Bystrozakalennye materialy i pokrytiya. Sb. trudov. M. MATI. 2, 231—237 (2013). (in Russian) [Н. А. Смоланов, В. А. Неверов, А. А. Панов. Быстрозакаленные материалы и покрытия. Труды 12‑ой Всероссийской с международным участием научно-технической конференции в 2‑х томах. Сб. трудов. М. МАТИ. 2, 231—237 (2013).]
6.
http://ufn.ru / ru / articles / 2010 / 10 / c / [В. И. Крауз, Ю. В. Мартыненко, Н. Ю. Свечников, В. П. Смирнов, В. Г. Станкевич, Л. Н. Химченко. УФН. 180 (10), 1055—1079 (2010).]
7.
V. P. Budaev, L. N. Khimchenko. Fractal Grown of Deposited Films in Tokamak: Preprint IAE-6404 / 7. — M. (2006).
8.
A. D. Zalavutdinov, A. E. Gorodetsky, A. P. Zaharov. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. Ser. Termoyaderny sintez. 1, 39—45 (2011).] (in Russian) [Р. Х. Залавутдинов, А. Е. Городецкий, А. П. Захаров. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез.1, 39—45 (2011).]
9.
D. I. Svergun, L. A. Feigin. X-ray and neutron small-angle scattering. M. Nauka. Ed. by Sci. Lighted. (1986) 280 p. (in Russian) [Д. И. Свергун, Л. А. Фейгин. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. М. Наука. Гл. ред. физ.‑мат. лит. (1986) 280 с.]
10.
V. P. Selyaev, VA. Neverov. Apparatura i metody issledovaniya dispersnykh sistem, Innovatsionnoye obrazovaniye. 4 (7), 71—120 (2013). (in Russian) [В. П. Селяев, В. А, Неверов. Инновационное образование. 4 (7), 71—120 (2013).]
11.
T. N. Vasilevskaay, T. V. Antropova. Solid State Physics. 51 (12), 2386—2393 (2009). (in Russian) [Т. Н. Василевская, Т. В Антропова. // Физика твердого тела. 51 (12), 2386—2393 (2009).]
12.
P. V. Konarev, M. V. Petoukhov, V. V. Volkov, D. I. Svergun. ATSAS 2.1, a program package for small-angle scattering data analysis. J. Appl. Cryst. 39, 277—286 (2006).
13.
E. L. Dzidziguri, V. V. Levina, E. N. Sidorova. Fizika metallov i metallovedeniye. 91 (6), 51—57 (2001). (in Russian) [Е. Л. Дзидзигури, В. В. Левина, Е. Н. Сидорова. Физика металлов и металловедение. 91 (6), 51—57 (2001).]
14.
L. G. Diachkov. Mekhanizmy vrashcheniya plazmenno-pylevykh struktur v razryadakh postoyannogo toka v prodolnom magnitnom pole. Fizika nizkotemperaturnoy plazmy — 2011: materialy Vserossyskoy (s mezhdunarodnym uchastiyem) konferentsii. Petrozavodsk, PetrGU. 2, 152—158 (2011). (in Russian) [Л. Г. Дьячков. Физика низкотемпературной плазмы — 2011: материалы Всероссийской (с международным участием) конференции Петрозаводск, Изд-во ПетрГУ, 2, 152—158 (2011).]
15.
R. A. Buyanov, V. V. Chesnokov. Khimiya v interesakh ustoychivogo razvitiya. 13, 37—40 (2005). (in Russian) [Р. А. Буянов, В. В. Чесноков. Химия в интересах устойчивого развития. 13, 37—40 (2005).]
16.
M Cleman, O. D. Lavrentovich. Soft matter physics: An introduction. NY-Berlin-Heidelberg: Springer (2002) 637 p. [М Клеман., О. Д. Лаврентович. Основы физики частично упорядоченных сред: жидкие кристаллы, коллоиды, фрактальные структуры, полимеры и биологические объекты. М. ФИЗМАТЛИТ (2007) 680 с.]
17.
http://ufn.ru / en / articles / 2011 / 9 / a / [В. П Будаев., С. П. Савин., Л. М. Зеленый. УФН. 181 (9), 905—952 (2011).]
18.
G. V. Ostrovsky. Journal of Technical Physics. 83 (4), 59—68 (2013). (in Russian) [Г. В. Островская. ЖТФ. 83 (4), 59—68 (2013).]
Цитирования
1.
Smolanov N.A., Journal of Physics: Conference Series 669(1), 012055 (2016).
2.
Смоланов Н.А., Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 81-88 (2017).