低氣壓射頻空心陰極放電氬等離子體發(fā)射光譜分析

1、低氣壓射頻空心陰極放電氬等離子體發(fā)射光譜分析 利用射頻空心陰極作為放電構(gòu)造，測試了放電構(gòu)造在低氣壓下的發(fā)射光譜，并計算了電子溫度，分析了不同放電條件對光譜強度及電子溫度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著氣體流量的增加，氬原子譜線強度和等離子體電子溫度呈現(xiàn)出先增加后降低的變化規(guī)律，這是由于頻繁的碰撞造成的。光譜強度隨著射頻功率的增加而升高。氣體流量低于20mL/min(標準狀態(tài))時，隨著射頻空心陰極放電氣壓的增加，電子溫度呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢;當氣體流量高于30mL/min時，電子溫度不隨著放電氣壓的變化而變化。低氣體流量下的電子溫度大于高氣體流量下的電子溫度。 空心陰極放電是以空心金屬管作為放電陰極

2、，內(nèi)部通入工作氣體實現(xiàn)具有空心陰極效應的放電構(gòu)造，由于具有放電穩(wěn)定、等離子體密度高的特點，被廣泛地應用于太空飛行器、材料表面改性、電子源及光譜分析等領域。而射頻驅(qū)動的空心陰極放電具有射頻放電與空心陰極放電兩者的特點，不僅可以形成低電子溫度，而且具有較高的等離子體密度，利用這種等離子體開展材料表面改性及材料加工時，對工件表面損傷較小，是材料表面改性的重要工藝方法。Barankova利用鈦管射頻空心陰極放電產(chǎn)生鈦金屬粒子并沉積獲得了TiN薄膜。Tian系統(tǒng)研究了射頻空心陰極放電等離子體特性，并且利用射頻空心陰極放電的小體積和高等離子體密度的特點對AlSi304不銹鋼開展了表面改性處理。 射頻空心陰

3、極開展材料表面改性時，要求工作于低氣壓環(huán)境下，并且氣壓對于放電及工藝參數(shù)有顯著的影響。Yambe發(fā)現(xiàn)氣壓對于電子密度的影響效果高于電子溫度。這些研究主要集中于10Pa以上的氣壓范圍，較低氣壓的研究報道不多。本文以射頻空心陰極放電等離子體為研究對象，重點研究低于10Pa氣壓的放電工藝參數(shù)對于發(fā)射光譜的影響規(guī)律，通過分析發(fā)射光譜強度，并采用非平衡狀 態(tài)計算等離子體電子溫度的模型，研究了射頻功率、氣壓及氣體流量等工藝參數(shù)對電子溫度及其分布的影響規(guī)律。 1、實驗部分 1.1、實驗裝置 圖1是實驗的裝置示意圖，整個系統(tǒng)由空心陰極1、工件2、氣體質(zhì)量流量計3、聚焦透鏡4、射頻激勵電源5、真空室6、真空抽氣

4、系統(tǒng)7及光譜分析系統(tǒng)8等部分組成，其中空心陰極利用鑭鎢(2%氧化鑭)制造，其內(nèi)徑3mm，外徑5mm，長度7mm，空心陰極與工件之間的放電間距可以自由調(diào)整。射頻激勵電源的頻率為13.56MHz，其陰極與空心陰極連接，陽極接地。實驗時，真空室用分子泵抽至4.010-2 Pa，利用氬氣作為工作氣體通入空心陰極內(nèi)部，通過氣體質(zhì)量流量計控制高純氬氣流量，借助于真空計檢測真空室內(nèi)的氣壓?？招年帢O放電的輝光通過聚焦透鏡聚焦后，利用光譜儀(AVANTES公司的光譜儀)的光纖探頭接收，通過改變氣壓、氣體流量及射頻功率的大小，獲得不同強度的發(fā)射光譜圖。 圖1 實驗系統(tǒng)構(gòu)造圖 結(jié)論 本文利用發(fā)射光譜法對低氣壓射頻空心陰極放電特性開展了研究，對等離子體表面處理具有指導意義。主要研究結(jié)果說明:隨著氣體流量的增加，發(fā)射光譜強度呈現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢。隨著射頻