Моделирование условий существования эмиттера тугоплавкого материала в процессе катодного вакуумно-дугового осаждения

Abstract

Предложена нелинейная математическая модель разогрева эмиттера в процессе катодного вакуумно-дугового осаждения материалов, учитывающая зависимость теплоёмкости и теплопроводности материала катода от температуры. С помощью модели рассчитаны значения плотности тока эмиссии для различных тугоплавких материалов, которые хорошо согласуются с литературными данными, а также определены условия, при которых будет реализовываться испарение материала катода. Установлена связь между плотностью тока эмиссии и временем разогрева эмиттера до температуры испарения, которая имеет нелинейный характер и зависит от термических характеристик материала катода. Модель позволяет повысить эффективность осаждения материалов путём предварительной оценки технологических и физических параметров осаждения.

Запропоновано нелінійний математичний модель розігрівання емітера під час катодного вакуумно-дугового осадження матеріялів, який враховує залежність тепломісткости та теплопровідности матеріялу катоди від температури. За допомогою моделю розраховано значення густини струму емісії для різних тяжкотопких матеріялів, що добре узгоджуються з літературними значеннями, а також визначено умови, за яких реалізується випаровування матеріялу катоди. Встановлено зв’язок між густиною струму емісії та часом розігріву емітера до температури випаровування, який має нелінійний характер і залежить від термічних характеристик матеріялу катоди. Модель уможливлює підвищити ефективність осадження матеріялів шляхом попереднього оцінювання технологічних та фізичних параметрів осадження.

A nonlinear mathematical model of emitter heating during cathodic vacuum—arc deposition of materials, taking into account the temperature dependence of specific heat and thermal conductivity of the cathode material, is presented. By this model, the values of the emission-current density for a variety of refractory materials are calculated. These data are in a good agreement with literature data. The conditions, under which the evaporation of the cathode material will take place, are determined. The relationship between the emission current density and the time of the emitter heating up to the evaporation temperature, which is nonlinear and depends on the thermal characteristics of the cathode material, is determined. The model makes possible to increase the material deposition effectiveness by a preliminary estimation of the physical process and deposition parameters.