Особенности структур, осажденных из плазмы дугового разряда

Принята  28 мая 2015
Цитирование: Н.А. Смоланов, В.А. Неверов. Особенности структур, осажденных из плазмы дугового разряда. Письма о материалах. 2015. Т.5. №2. С.179-184
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2015-2-179-184

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.

Ссылки (18)

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 (2)

1.
N. Smolanov. J. Phys.: Conf. Ser. 1281(1), 012078 (2019). Crossref
2.
N. Smolanov. J. Phys.: Conf. Ser. 1588(1), 012047 (2020). Crossref

Другие статьи на эту тему