Форвакуумный импульсный плазменный источник электронов для модификации поверхности диэлектрических материалов

Юшков, Юрий Георгиевич

Форвакуумный импульсный плазменный источник электронов для модификации поверхности диэлектрических материалов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

Юшков, Юрий Георгиевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Томск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2012 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.20 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Форвакуумный импульсный плазменный источник электронов для модификации поверхности диэлектрических материалов»

Автореферат диссертации на тему "Форвакуумный импульсный плазменный источник электронов для модификации поверхности диэлектрических материалов"

На правах рукописи

Юшков Юрий Георгиевич

ФОРВАКУУМНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ПЛАЗМЕННЫЙ источник ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

01.04.20 - Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 о ЯНВ 2013

005048140

ТОМСК-2012

005048140

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Оке Ефим Михайлович

Официальные оппоненты: Коваль Николай Николаевич,

доктор технических наук, Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН, заместитель директора по научной работе

Троян Павел Ефимович

доктор технических наук, профессор, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, заведующий кафедрой Физической электроники

Ведущая организация: Институт электрофизики

Уральского отделения РАН (г. Екатеринбург)

Защита состоится "25" декабря 2012 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.269.05 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 2 а.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО НИ ТПУ по адресу: г. Томск, ул. Белинского, 55.

Автореферат разослан " /Э " ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук, доцент

Кожевников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Плазменные источники электронов - ускорители электронов прямого действия с плазменным катодом, используются в радиационных технологиях, для термической обработки и сварки различных материалов, а также в процессах нанесения покрытий. Они некритичны к «тяжелым» вакуумным условиям и способны обеспечить генерацию электронных пучков при повышенных давлениях, в том числе и форвакуумного диапазона. Расширение рабочих давлений электронных источников в форвакуумную область (1 - 20 Па) связано не только с упрощением вакуумной системы (требуется лишь механическая ступень откачки), но и с новыми возможностями электронно-лучевых технологий. К таким возможностям относится обработка электронным пучком поверхности материалов с большим электрическим сопротивлением, например керамик.

Обработка диэлектрика электронным пучком в вакууме приводит к зарядке его поверхности вплоть до потенциала, отражающего электроны пучка. Но при форвакуумных давлениях отрицательный потенциал поверхности нейтрализуется потоком ионов из вторичной плазмы пучка, позволяя проводить обработку диэлектрика, в частности керамики, электронным пучком1,2. Однако, измерений самого потенциала поверхности керамики, заряжаемой пучком в таких условиях, проведено не было. Изучение поведения этого потенциала в зависимости от параметров пучка и давления газа позволит определить и оптимизировать параметры импульсного форвакуумного электронного источника для обработки керамики. Кроме того, важно экспериментально показать, что обработка керамики «форвакуумным» электронным пучком позволяет целенаправленно изменять свойства ее поверхности и, тем самым, обосновать перспективность использования таких источников для этого процесса.

Неоднородность распределения плотности тока по сечению электронного пучка приводит к неравномерной обработке поверхности мишени. Достижение однородного распределения плотности тока пучка в форвакуумных плазменных источниках электронов представляется необходимым условием их применения для обработки поверхности любых материалов, но имеет принципиальное значение при обработке керамики, поскольку, как и любой другой диэлектрик, обладающий низкой теплопроводностью, керамика разрушается от термических напряжений при неравномерном нагреве. Важным представляется также уменьшение потерь пучка на электродах ускоряющей системы источника, которые, в таких источниках, составляют более 30 % от тока пучка.

Таким образом, тематика работы, направленная на разработку форвакуумного плазменного источника импульсного широкоапертурного пучка электро-

1 В.А. Бурдовицин, A.C. Климов, Е.М. Оке, «О возможности электронно-лучевой обработки

диэлектриков плазменным источником электронов в форвакуумной области давлений» // Письма в Журнал технической физики. - 2009. - Т. 35, № 11. - С. 61-66.

2 A.B. Медовник, В.А. Бурдовицин, A.C. Климов, Е.М. Оке «Электронно-лучевая обработка

керамики» // Физика и химия обработки материалов. - 2010. № 3. - С. 39-44.

нов с высокой однородностью плотности тока по его сечению, обеспечивающего параметры, достаточные для эффективной обработки поверхности диэлектрических, в том числе и керамических материалов, представляется актуальной.

Цель работы состояла в проведении экспериментальных исследований, направленных на изучение особенностей формирования в форвакуумной области давлений импульсных электронных пучков при эмиссии электронов с развитой поверхности плазмы, и создание на этой основе источника электронов для обработки поверхности диэлектрических материалов, главным образом различных керамик. В задачу работы также входило проведение на примере керамики исследований процессов зарядки поверхности диэлектрика под воздействием ускоренного импульсного электронного пучка и демонстрация принципиальной возможности эффективной электронно-лучевой модификации поверхностных свойств диэлектрических материалов.

Научная новизна работы заключается в том, что для импульсного плазменного источника электронов, функционирующего в форвакуумной области давлений:

1. Выявлены причины, приводящие к неоднородности распределения плотности тока пучка по его сечению, и предложены пути их устранения.

2. Проведены измерения величины отрицательного электрического потенциала, создаваемого пучком на поверхности диэлектрической мишени, и определена степень влияния на него параметров пучка и давления газа.

3. Изучено влияние параметров электронного пучка на изменение поверхностных характеристик одного из наиболее используемых диэлектриков - алю-мооксидной керамики.

Научная и практическая ценность результатов работы заключается в том, что:

1. Научные положения и выводы, сделанные на основании проведенных исследований, вносят вклад в понимание особенностей процесса генерации импульсных «форвакуумных» электронных пучков.

2. На основе проведенных исследований в широкоапертурном импульсном плазменном источнике электронов, функционирующем в форвакуумной области давлений, достигнуты параметры электронного пучка, обеспечивающие возможность эффективной модификации поверхностных свойств непроводящих керамических изделий.

3. Полученные в работе результаты могут быть использованы в других устройствах, имеющих подобные разрядные структуры и функционирующих в форвакуумном диапазоне давлений: а именно, генераторах низкотемпературной плазмы и источниках ионов.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается систематическим характером исследований, использованием различных экспериментальных методик, сопоставлением экспериментальных результатов и численных оценок, а также практической реализацией научных положений и выводов при создании источников электронов.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Неоднородность распределения плотности тока по сечению пучка импульсного плазменного источника электронов на основе разряда с полым катодом, функционирующего в форвакуумном диапазоне давлений (1—20 Па), обусловлена радиальной неравномерностью распределения концентрации эмиссионной плазмы и неоднородностью тока пучка в области его формирования, возникающей из-за нарушения плоскопараллельной конфигурации эмиссионного и ускоряющего сеточных электродов. Размещение на оси полого катода цилиндрической вставки оптимизированной длины и использование принудительного натяжения сеточных электродов системы ускорения приводит к уменьшению неоднородности пучка до 15 %. Замена сеточных электродов на многоапертур-ную электронно-оптическую систему формирования электронного пучка исключает рассеяние пучка на ускоряющем электроде и приводит к снижению потерь электронов пучка на нем до значений менее 5 %.

2. При воздействии ускоренного импульсного электронного пучка на непроводящую поверхность диэлектрика наведенный на ней отрицательный электрический потенциал возрастает с увеличением энергии электронов, тока пучка, длительности и частоты следования импульсов, но резко снижается с повышением давления газа и уже при 10 Па становится существенно меньше величины ускоряющего напряжения. Это обеспечивает возможность непосредственной электронно-лучевой модификации поверхностных свойств непроводящих материалов, в том числе и различных керамик.

3. Облучение поверхности алюмооксидной керамики импульсным электронным пучком приводит к увеличению поверхностной микротвердости и снижению ее шероховатости, обуславливая, таким образом, существенное повышение ее эксплуатационных параметров. При этом для обработки пучком керамики целесообразно использование частотно-периодического режима облучения с плотностью энергии в импульсе, не превышающей 10 Дж/см2, поскольку увеличение плотности энергии в импульсе не обеспечивает пропорциональное возрастание толщины модифицированного слоя, вследствие его испарения, но приводит к разрушению керамики из-за термических напряжений.

4. В широкоапертурном плазменном источнике электронов с многоапер-турной системой извлечения и формирования пучка и центральной катодной вставкой, функционирующем в импульсно-периодическом режиме и форвакуумном диапазоне давлений при ускоряющем напряжении до 15 кВ и субмилли-секундном (20 мкс - 1 мс) диапазоне длительностей импульса при частоте их повторения до 50 Гц, получены однородные по сечению электронные пучки площадью 10 см2 и более, с токами до 150 А и плотностью энергии в импульсе до 30 Дж/см2, что делает возможным осуществление эффективной электроннолучевой модификации поверхностных свойств диэлектрических материалов.

Апробация. Результаты работ докладывались и обсуждались на: XI Международном симпозиуме по модификации материалов пучками заряженных частиц и потоками плазмы (Томск, 2012 г.); XVI Международном симпозиуме по сильноточной электронике (Томск, 2010 г.); IV Международном Крейнделевском семинаре «Плазменная эмиссионная электроника», (г. Улан-

Удэ, 2012 г.); XVIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2012 г.); Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2010, 2011 гг.,); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных наук» (Новосибирск, 2011г.); XVII и XVIII Всероссийских научных конференциях студентов-физиков и молодых ученых (Екатеринбург 2011 г., Красноярск 2012 г.); VII Международной конференции студентов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2010 г.); Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУ СУР» (Томск 2010, 2012 гг.).

Личный вклад автора состоит в создании экспериментальной установки, выборе методик эксперимента, проведении исследований и анализе их результатов. Автором самостоятельно выдвинуты защищаемые научные положения, сделаны выводы и даны рекомендации, на основании которых разработана конструкция импульсного источника электронов. Соавторы, принимавшие участие в отдельных направлениях исследований, указаны в списке основных публикаций по теме диссертации. Все результаты, составляющие научную новизну диссертации и выносимые на защиту, получены автором лично.

Публикации. По результатам исследований по теме диссертации опубликованы 22 работы, включая 5 статей в реферируемых журналах, получены патент на полезную модель и патент на изобретение.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, выполнена на 104 листах, содержит 52 рисунка и 3 таблицы, а также список литературы, включающий 94 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность, цель, научная новизна, научная и практическая ценность работы. Излагается краткое содержание диссертации, формулируются выносимые на защиту научные положения.

Первая глава «Плазменные источники электронов для генерации пучков в форвакуумной области давлений» носит обзорный характер и представляет собой критический анализ имевшихся к началу данной работы публикаций, посвященных широкоаппертурным источникам электронов, функционирующих в форвакуумной области давлений и их применению для обработки поверхности материалов с различными свойствами.

В разделе 1.1 рассмотрены особенности формирования непрерывных и импульсных электронных пучков при повышенных давлениях газа. Показано, что источники электронов, функционирующие в форвакуумном диапазоне давлений, представляют собой уникальный «инструмент» для осуществления поверхностной обработки различных, в том числе и диэлектрических, материалов. Сделан вывод, что неоднородное распределение плотности тока по сечению пучка форвакуумного источника существенно ограничивает круг задач его практического применения.

Раздел 1.2 посвящен анализу процессов взаимодействия электронного пучка с электрически изолированной металлической мишенью в форвакууме. Показано, что описание измерений потенциала отрицательного заряда, вносимого на поверхность мишени с малой электропроводностью, и зависимостей этого потенциала от параметров пучка для давлений форвакуумного диапазона в литературе отсутствуют, а использование проводящей изолированной мишени является достаточно грубым модельным приближением.

Раздел 1.3 посвящен рассмотрению физических и технических особенностей при обработке диэлектриков электронным пучком. Сделан вывод о перспективности этого процесса для современных технологий. Отмечается, что в работах2 по обработке керамики импульсным электронным пучком параметры источника электронов были ограничены, что позволило зафиксировать факт изменения характеристик поверхности обработанной керамики, но не позволило сделать вывод о достижении оптимального режима ее обработки.

В разделе 1.4 сделаны выводы по первой главе и сформулированы задачи исследования.

Вторая глава «Формирование однородного импульсного пучка большого сечения» посвящена получению такого пучка в форвакуумном источнике с плазменным катодом.

Раздел 2.1 посвящен технике и методике эксперимента. Приведено описание конструктивных особенностей (рис. 1), принципа действия и параметров макета импульсного плазменного источника электронов для работы в форваку-умной области давлений. Генерация импульсного электронного пучка с током до 120 А, при токе разряда 150 А, длительностью импульса (регулируемая) от 10 до 1000 мкс, и частотой повторения (0,1 -50) Гц, в источнике обеспечивалась сочетанием

импульсного режима горения разряда с постоянным напряжением на ускоряющем промежутке до 15 кВ в диапазоне давлений от 1 до 20 Па. Характерная осцилло-

Рис. 1. Макет импульсного источника электронов. 1 - катодный фланец с цилиндрическим полым катодом, 2 -катодная вставка, 3 - изолятор разрядного промежутка, 4 - анодный фланец, 5 - анодная сетка, 6 - изолятор ускоряющего промежутка, 7 -сетка экстрактора.

50 А/дел.

Ток разряда

Ток эмиссии

20 мкс/дел.

Рис. 2. Осциллограмма импульсов токов разряда и эмиссии при ускоряющем напряжении - 10 кВ, давлении -12 Па.

грамма импульсов тока разряда и тока эмиссии электронов источника представлена на рис. 2. Рассмотрены методы измерения импульсных параметров разряда и пучка. Представлены вольтамперные характеристики электронного источника. Приведена конструкция трехкоординатной системы перемещения коллектора для измерения распределения плотности тока электронного пучка.

Раздел 2.2 посвящен исследованию распределения плотности тока по сечению электронного пучка. Экспериментально показано, что неоднородность распределения плотности тока пучка обусловлена не только неоднородностью концентрации эмиссионной плазмы, но и нарушением плоскопараллельной конфигурации сеточных электродов ускоряющей системы в процессе работы электронного источника.

Для улучшения однородности плазмы были проведены эксперименты по исследованию зависимости распределения плотности тока по сечению пучка от длины катодной вставки и определена ее оптимальная длина. Нарушение плоскопараллельной конфигурации сеточных электродов было устранено за счет использования системы с принудительным натяжением анодной сетки. Применение этих мер позволило обеспечить в сечении пучка диаметром 40 мм неоднородность распределения плотности тока, не превышающую 10 % от максимального значения при плотности тока пучка 0,6 А/см2 (рис. 3).

Раздел 2.3 посвящен формированию электронного пучка с использованием многоапертурной системы извлечения. Отмечено, что при токах пучка в десятки — сотни Ампер с импульсом длительностью свыше 100 мкс применение сеточных электродов в ускоряющих системах источника приводит к потерям пучка (> 30 %) и снижает надежность работы источника, а применение много-пертурных систем извлечения, широко используемых в ионных источниках, позволяет решить эту проблему. На основе численных расчетов с применением программы КОВЯА - З3 был проведен предварительный анализ конструкции

многоапертурной системы перед ее изготовлением. Экспериментально показано, что использование многоапертурной системы не приводит к увеличению неоднородности распределения плотности тока по сечению пучка, но уменьшает потери пучка на экстракторе. Найдено, что коэффициент токопрохождения (отношение тока на коллектор к полному току эмиссии) при достижении ускоряющим напряжением определенного значения (рис. 4) превышает величину 95 % (потери на экстракторе - 5%).

В разделе 2.4 приведены выводы по второй главе.

Расстояние, мм

Рис. 3. Распределение плотности тока электронного пучка. Длина катодной вставки — оптимальная (65 мм), ток разряда - 40 А.

3 Программа разработана П. Шпедтке (051, Германия).

Третья глава «Электрический потенциал поверхности диэлектрической мишени при воздействии импульсного электронного пучка» посвящена экспериментальному измерению этого потенциала.

Раздел 3.1 представляет собой описание техники и методики эксперимента. Измерение потенциала поверхности диэлектрической пластины, заряжаемой электронным пучком, проводилось двумя независимыми методами: методом «конденсатора» (рис. 5) и методом «вторичных электронов» (рис. 6).

Суть метода конденсатора состоит в восстановлении потенциала на поверхности путем интегрирования измеренного тока зарядки и разрядки диэлектрика в переходных процессах при воздействии импульсного электронного пучка. Метод вторичных электронов заключался в измерении потенциала поверхности керамики по энергиям вторичных электронов, выбитых с нее пучком. Вторичные электроны ускоряются потенциалом, наведенным на поверхности, и их энергия измеряется магнитным энергоанализатором. По величине этой энергии определяется потенциал на

2 4 6 8 10 12 Ускоряющее напряжение, кВ

Рис. 4. Зависимости коэффициента то-копрохождения от ускоряющего напряжения при различных значениях диаметра отверстий в аноде: 1 - Змм, 2 - 3,5 мм, 3-4 мм, 4 - 4,5 мм, 5-5 мм. Диаметр отверстий в экстракторе -5,5 мм. Давление - 4 Па. Ускоряющий зазор - 4,5 мм.

к осц.

Рис. 5. Схема измерений потенциала методом «конденсатора». 1 - электронный источник, 2 - пучок, 3 - керамическая пластина, 4 - металлический держатель, 5 — измерительный резистор.

Рис. 6. Измерение потенциала по энергии вторичных электронов с помощью магнитного энергоанализатора. 1 -электронный пучок, 2 - керамическая мишень, 3 - вторичные электроны, 4 -диафрагма, 5 — магнитный энергоанализатор.

поверхности керамики. Оба метода дали удовлетворительное совпадение (в пределах 15 %, см. кривые 2 и 3 рис. 7) измерений потенциала поверхности керамики.

Раздел 3.2 посвящен экспериментам по исследованию потенциала поверхности керамики, заряжаемой импульсным электронным форвакуумным пучком. Показано, что отрицательный потенциал на поверхности керамики в (1,6-2,4) раза больше, чем потенциал изолированной металлической мишени, при прочих равных условиях (рис. 7). В отличие от изолированной металлической мишени, для керамической не обнаружено зависимости потенциала от площади мишени. При увеличении тока пучка потенциал поверхности керамики возрастает, приближаясь к насыщению при токах более 30 А (рис.8, кривая 1). Увеличение давления газа ведет к резкому снижению потенциала (рис. 8, кривая 2). Таким образам, для форвакуумных плазменных источников задача дальнейшего расширения рабочего давления в область более высоких по-прежнему представляется актуальной проблемой. Однако уже при достигнутых рабочих давлениях (> 10 Па) установившийся потенциал керамической мишени не превышает 10 % от величины ускоряющего напряжения. Это исключает отражение электронов пучка от мишени отрицательным зарядом, вносимым на ее поверхность самим пучком.

Раздел 3.3 представляет собой выводы по третьей главе.

Давление, Па

к я я

и н о

—--1---1-1— /7=4 Па

3 л^^

^2 ^ег^3"

"4 8 12 16 Ускоряющее напряжение, кВ

Рис. 7. Зависимость потенциала изолированного металлической коллектора (1) и поверхности керамики (2 - метод вторичных электронов, 3 - метод конденсатора) от ускоряющего напряжения. Ток пучка - 20 А, давление - 4 Па, длительность импульса - 225 мкс.

20 30 40 50 Ток пучка, А Рис. 8. Зависимость потенциала поверхности керамики от тока пучка (1 - нижняя шкала) и давления (2 - верхняя шкала). Ускоряющие напряжения - 13 кВ (1) и 15 кВ (2). Давление - 4 Па (1). Ток пучка - 20 А (2). Длительность импульса - 225 мкс.

Четвертая глава «Модификация поверхности керамики импульсным электронным пучком» посвящена экспериментальному исследованию этого процесса.

В Разделе 4.1 приведено описание разработанного для модификации керамики импульсного форвакуумно-го электронного источника, основными компонентами которого являются (рис. 9): сам источник с системой защиты от рентгеновского излучения (1), система питания (2) и вакуумная камера (3). Предельные эксплуатационные параметры электронного источника представлены в таблице 1.

Отмечено, что несмотря на то, что дополнительная фокусировка пучка магнитным полем позволяла получить плотность тока пучка на керамике до 20 А/см2, что при 15 кВ ускоряющего напряжения и длительности импульса в 100 мкс обеспечивает

30 Дж/см2 в импульсе, при обработке керамики мощность импульса должна быть ограничена величиной 10 Дж/см2. Превышение этого значения вело к появлению микротрещин или раскалыванию керамики вследствие высоких термических напряжений. Перечислено оборудование, используемое для анализа поверхности керамики: бесконтактный профилометр Micro Measure 3D Station, микротвердомер Виккерса ZHV1-M, сканирующий электронный микроскоп Hitachi ТМ-1000, оптические микроскопы МБС-10 и JJ-Optics Digital Lab.

В разделе 4.2 приведены результаты измерений толщины и свойств модифицированного электронным пучком приповерхностного слоя керамики. Указаны режимы обработки. Показано, что в результате обработки пучком образуется приповерхностный слой плавления керамики со структурой, отличной от

Рис. 9. Импульсный форвакуумный источник электронов.

Табл. 1. Параметры электронного источника.

Режим работы Импульсный

Ускоряющее напряжение до 15 кВ

Ток пучка до 150 А

Длительность импульса 20 -1000 мкс

Частота повторения импульсов до 50 Гц

Плотность энергии в импульсе на мишени до 30 Дж/см2

Мощность электронного пучка до 3 кВт

Площадь сечения пучка с равномерностью 10% 10-20 см2

Рабочий газ Воздух, Аг, N2 и др.

Давление рабочего газа 1 - 20 Па

структуры исходного материала, толщиной единицы микрон (рис. 10). Результаты измерений, подтвержденные по порядку величины результатами численного моделирования тепловых процессов, показали, что, несмотря то, что плавление поверхностного слоя протекает за времена, много меньшие периода следования импульсов, толщина проплавленного слоя возрастает с увеличением

общего числа импульсов. Показано, что это связано с постепенным нагреванием всего образца при его обработке в импульсно-периодическом режиме следования импульсов.

Профилометрические измерения показали заметное сглаживание модифицированной поверхности керамики по сравнению с исходной, что указывает на оплавление острых пиков. Измерения микротвердости поверхности показали увеличение твердости приповерхностного слоя более чем в 4 раза: с характерных для керамики 7 до 30 ГПа, что объясняется структурно-фазовыми изменениями при плавлении и последующей кристаллизации поверхности.

Раздел 4.3 посвящен исследованиям поверхности керамики, обработанной электронным пучком. На основании сравнения массы керамики до и после облучения было показано, что испарение керамики при плотности энергии в единицы Дж/см происходит только в случае превышения периода следования импульсов над временем полного остывания керамики между импульсами. В результате был сделан вывод, что увеличение энергии в импульсе электронного пучка приводит не к возрастанию толщины расплавленной области, а к более резкому повышению температуры и, как следствие, к уносу вещества за счет испарения. Таким образом, для увеличения глубины модифицированной области керамики предпочтительнее использовать увеличение количества импульсов, а не повышение энергии пучка в импульсе.

Снимки с растрового микроскопа, позволяют проследить эволюцию трансформации поверхности керамики. Структура исходной поверхности керамики (рис. 11, а) состоит из преимущественно равноосных зёрен размером от 0,5 до 7 мкм и содержит полости, обеспечивающие остаточную пористость до 10 %. Облучение исследуемого материала электронным пучком при плотности энергии в импульсе на поверхности до 10 Дж/см2 и частоте следования импульсов в единицы Герц не приводит к заметному уносу материала керамики за счет испарения, но существенным образом изменяет структуру поверхности (рис. 11, б). Она представляет собой застывший после расплавления слой с плотноупакованными областями размером менее микрона, что подтверждает изменение свойств поверхности керамики за счет рекристаллизации после

ТМ-1000_0742 2010.05.28 08:17 хб.Ок 20 ит

Рис. 10. Поперечный скол керамики, обработанной электронным пучком. Плотность энергии в импульсе - 10 Дж/см2; 300 импульсов.

плавления исходных зерен кристаллитов.

На основании анализа спектров характеристического рентгеновского излучения, выявлено существенное снижение поверхностной концентрации кремния и кальция в облученной керамике по сравнению с исходной. Энергодисперсионный элементный анализ исследуемой керамики до и после электроннолучевой обработки также подтверждает эффект поверхностной сегрегации примесей - оксидов кремния и кальция, присутствующих в исходных образцах в количестве до 1 ат.%. Указанный эффект может быть объяснен первоочередным испарением этих примесей при плавлении керамики под воздействием электронного пучка.

Рис. 11. Поверхность керамики: а - исходная, б - обработанная 100 импульсами. Энергия в импульсе - 10 Дж/см2. Частота следования импульсов - 1 Гц.

В разделе 4.4 приведены выводы по четвертой главе.

В заключении изложены основные результаты работы, обоснована достоверность результатов исследований, отмечается личный вклад автора.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Экспериментально показано, что неоднородность распределения плотности тока по сечению пучка импульсного плазменного источника электронов на основе разряда с полым катодом, функционирующего в форвакуумном диапазоне давлений (1 - 20 Па), обусловлена радиальной неоднородностью распределения концентрации эмиссионной плазмы и неоднородностью пучка в области его формирования при нарушении плоскопараллельной конфигурации эмиссионного и ускоряющего сеточных электродов. Для улучшения однородности распределения плотности тока по сечению пучка предложено размещение на оси полого катода цилиндрической вставки и использование принудительного натяжения сетчатых электродов системы ускорения. Показано, что

указанные выше меры приводят к уменьшению неоднородности пучка до 15 %, а замена сеточных электродов на многоапертурную электронно-оптическую систему исключает рассеяние пучка и приводит к снижению потерь пучка на ускоряющем электроде с 30 % до значения менее 5 %.

2. Установлено, что при воздействии ускоренного импульсного электронного пучка на непроводящую поверхность наведенный на ней отрицательный электрический потенциал возрастает с увеличением энергии электронов, тока пучка, длительности и частоты следования импульсов, но резко снижается с повышением давления газа и уже при 10 Па становится существенно меньше величины ускоряющего напряжения. Это обеспечивает возможность непосредственной электронно-лучевой модификации поверхностных свойств непроводящих материалов, в том числе и различных керамик.

3. Показано, что облучение поверхности алюмооксидной керамики импульсным электронным пучком приводит к увеличению поверхностной микротвердости в 4 раза и снижению ее шероховатости, обуславливая, таким образом, существенное повышение эксплуатационных параметров и характеристик керамических деталей и изделий. На основе сопоставления экспериментальных и расчетных зависимостей показано, что для обработки электронным пучком керамики целесообразно использование «многоимпульсного» режима облучения с плотностью энергии в импульсе, не превышающей 10 Дж/см2. Такой режим позволяет избежать механического разрушения образца, наблюдаемого из-за возникающих термических напряжений в случае одиночных импульсов с высокой плотностью энергии.

4. Найдено, что увеличение энергии в импульсе приводит не к возрастанию толщины расплавленной области поверхности керамики, а к более резкому повышению температуры и, как следствие, к уносу вещества за счет испарения. Сделан вывод о том, что для увеличения глубины модифицированной области предпочтительнее использовать увеличение количества импульсов, а не повышение энергии пучка в импульсе.

5. Показано, что в широкоапертурном плазменном источнике электронов с многоапертурной системой формирования электронного пучка и центральной катодной вставкой могут быть получены однородные по сечению пучки площадью 10 см2 и более. При функционировании источника в импульсно-периодическом режиме и форвакуумной области давлений (1 —20 Па) при ускоряющем напряжении до 15 кВ и субмиллисекундном диапазоне длительности импульса, плотность энергии пучка в единичном импульсе может составлять до 30 Дж/см2, что при частоте повторения 50 Гц обеспечивает среднюю мощность электронного пучка в 3 кВт. На основе экспериментальных исследований определено, что такие параметры пучка обеспечивают эффективную электроннолучевую модификацию поверхностных свойств керамических материалов за счет плавления и испарения их поверхностного слоя.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ю.Г.Юшков, В.А. Бурдовицин A.B. Медовник, Е.М. Оке. Форвакуумный

плазменный источник импульсных электронных пучков // Приборы и техника эксперимента, 2011, №2, с. 85 - 88.

2. Бурдовицин В.А., Медовник A.B., Оке Е.М., Скробов Е.В., Юшков Ю.Г. По-

тенциал диэлектрической мишени при ее облучении импульсным электронным пучком в форвакуумной области давлений // Журнал технической физики, 2012, Т. 82, вып. 10., с. 103 - 108.

3. Бурдовицин В.А., Оке Е.М., Скробов Е.В., Юшков Ю.Г. Модификация по-

верхности керамики импульсным электронным пучком, генерируемым форвакуумным плазменным источником // Перспективные материалы, 2011, №6, с. 1-6.

4. Юшков Ю.Г., Оке Е.М., Медовник A.B., Бурдовицин В.А. Распределение

плотности тока по сечению импульсного электронного пучка в форвакууме // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, Ч. 2, декабрь 2011, с. 161 - 163.

5. В.А. Бурдовицин, Э.С. Двилис, A.B. Медовник, Е.М. Оке, O.JI. Хасанов,

Ю.Г. Юшков. Структура поверхности алюмооксидной керамики при облучении импульсным электронным пучком // Журнал технической физики, 2013, том 83, вып. 1., стр. 117 - 120. (в печати, текст статьи доступен на сайте ЖТФ: http://journals. ioffe.ru/jtf/2013/01/page-117.html.ru).

6. Medovnik A.V., Oks Е.М., Yushkov Yu.G. Fore-Vacuum Pulsed Plasma Electron

Source // Proc. 16th Int. Symp. on High Current Electronics. Tomsk, Russia, 2010, p. 23-25.

7. Юшков Ю.Г. Форвакуумный импульсный источник электронов с плазмен-

ным катодом для модификации поверхности непроводящей керамики // Труды IV международного Крейнделевского семинара «Плазменная эмиссионная электроника», Улан-Удэ, 2012, с. 118 - 124.

8. Юшков Ю.Г., Поздеев Е.Э., Медовник A.B. Плазменные процессы в области

транспортировки пучка электронов форвакуумного источника с плазменным катодом// Труды Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» 2010, с. 53 - 56.

9. Юшков Ю.Г., Медовник A.B. Модификация алюмооксидной керамики элек-

тронно-импульсным способом // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Современные материалы, техника, технология», Курск, 2011, с. 362 - 363.

10. Юшков Ю.Г., Скробов Е.В. Расчет температурного профиля при облучении алюмооксидной керамики электронным пучком // Труды Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления», 2010, с. 56 - 59.

11. Юшков Ю.Г. Исследование поверхности алюмооксидной керамики при обработке импульсным электронным пучком в форвакууме // Труды Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных наук», Новосибирск, 2011, с. 81 - 86.

12. Малышкин А.А, Медовник А.В, Юшков Ю.Г. Моделирование многоапер-турной системы ускоряющего промежутка в импульсном форвакуумном источнике электронов// Труды XVIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии, СТТ- 2012», Томск, 2012, с. 41 - 42.

13. Юшков Ю.Г., Медовник A.B. Генерация импульсных электронных пучков в плазменном форвакуумном источнике с кольцевой эмиссионной поверхностью// Доклады VII Международной конференции студентов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук», Томск, 2010, с. 216-218.

14. Юшков Ю.Г., Харченко A.C. Импульсный электронный пучок для модификации поверхности керамики // Труды Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУ СУР, 2010», Томск, 2010, с. 24-26.

15. Юшков Ю.Г. Форвакуумный электронный источник для обработки поверхности диэлектриков // Труды Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Екатеринбург, 2011, с. 264 - 266.

16. Юшков Ю.Г. Изменение поверхностных свойств керамики при импульсном электронно-лучевом воздействии // Труды Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Екатеринбург, 2011, с. 615 -616.

17. Юшков Ю.Г., Медовник A.B., Бурдовицин В.А. Модификация структуры и трибологических свойств керамики импульсным электронным пучком // Труды Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Красноярск, 2012, с. 644 - 645.

18. Юшков Ю.Г., Медовник A.B., Бурдовицин В.А. Особенности импульсного источника электронов функционирующего в форвакуумной области давлений // Труды Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Красноярск, 2012, с. 279 - 280.

19. Юшков Ю.Г., Медовник A.B., Малышкин A.A. Измерение температуры керамики при облучении импульсным электронным пучком в форвакууме // Труды Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУ СУР, 2012», Томск, 2012, Т. 2, с. 141 - 143.

20. Юшков. Ю.Г. Электронный источник с плазменным катодом для модификации поверхностей диэлектриков в форвакууме // Доклады лауреатов Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области физических наук, Томск, 2011, с. 119 - 120.

21. Юшков Ю.Г. Импульсное электронно-лучевое устройство для модификации поверхности керамики // Сборник работ победителей отборочного тура Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых ученых по междисциплинарным направлениям, Новочеркасск, 2011, с. 219-221.

22. Юшков Ю.Г. Импульсный электронный источник с плазменным полым катодом для модификации непроводящей керамики // Сборник научно-

исследовательских работ студентов и аспирантов в области физических наук, Томск, 2010. с. 7 - 12.

23. Медовник A.B., Бурдовицин В.А., Оке Е.М., Юшков Ю.Г. // Патент РФ № 107657 на полезную модель «Форвакуумный плазменный электронный источник», 2011.

24. Бурачевский Ю.А., Бурдовицин В.А., Медовник A.B., Оке Е.М., Юшков Ю.Г. // Патент РФ на изобретение №2439742 «Способ плазменного анодирования металлического или полупроводникового объекта», 2012.

Тираж 100. Заказ 1201. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

634050, г. Томск, пр. Ленина, 40. Тел. 533018.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Юшков, Юрий Георгиевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ПЛАЗМЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ПУЧКОВ В ФОРВАКУУМНОЙ ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ.

1.1. Особенности формирования-широкоапертурных электронных пучков в форвакуумной области давлений.

1.2. Взаимодействие электронного пучка с изолированной мишенью в форвакуумной области давлений.

1.3. Обработка электронным пучком поверхности керамики.

1.4. Выводы и постановка задач исследований.

ГЛАВА II. ФОРМИРОВАНИЕ ОДНОРОДНОГО

ИМПУЛЬСНОГО ПУЧКА БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ.

2.1. Техника и методика эксперимента.

2.2. Радиальное распределение плотности тока в электронном пучке.

2.3. Формирование электронного пучка с использованием многоапертурной системы извлечения.

2.4. Выводы.

ГЛАВА III. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ

ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МИШЕНИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА.

3.1. Техника и методика эксперимента.

3.2. Результаты экспериментов по измерению потенциала керамики, облучаемой импульсным электронным пучком.

3.3. Выводы.

ГЛАВА IV. МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ КЕРАМИКИ ИМПУЛЬСНЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ.

4.1. Техника эксперимента.

4.2. Результаты измерений толщины и свойств модифицированного поверхностного слоя керамики.

4.3. Модификация поверхности керамики.

4.4. Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Форвакуумный импульсный плазменный источник электронов для модификации поверхности диэлектрических материалов"

Интенсивное развитие техники генерации широкоапертурных электронных пучков (электронных пучков большого сечения) связано с перспективностью их использования для обработки поверхностей с большой площадью. Такая обработка пучками в вакууме и остаточной атмосфере различных газов используется в радиационных технологиях [1,2], термической обработке различных материалов [3-8], нанесении покрытий [9-11].

Плазменные источники электронов - ускорители электронов прямого действия с плазменным катодом [12], как известно, некритичны к «тяжелым» вакуумным условиям и, в сущности, не имеют альтернативы при решении проблем генерации электронных пучков в области повышенных давлений, в том числе и в форвакуумном диапазоне [13].

Расширение рабочего диапазона давлений электронных источников, в так называемую форвакуумную область (1-20 Па), связано не только со значительным упрощением системы вакуумной откачки (в этом случае требуется лишь одна механическая ступень вакуумирования), но, в гораздо большей степени, с открывающимися новыми возможностями электроннолучевых технологий. Прежде всего, следует выделить плазмохимические технологии [14], а также уникальную возможность непосредственной электронно-лучевой обработки непроводящих материалов [15-17] (здесь и далее, под непроводящими материалами подразумеваются диэлектрические материалы, например, керамики).

Привлекательность и эффективность применения широкоапертурных форвакуумных электронных источников в технологических приложениях обусловлена достижением в этих источниках необходимых параметров самого пучка. К таким параметрам следует, прежде всего, отнести энергию электронов, полный ток пучка и плотность тока в нем, а также однородность распределения плотности тока по его сечению.

При обработке мишени импульсным электронным пучком с относительно небольшой скважностью импульсов результат воздействия во многом определяется достигнутой плотностью энергии пучка в импульсе. Поскольку неоднородность распределения плотности тока по сечению электронного пучка приведет к неравномерной обработке поверхности мишени, изучение методов достижения однородного распределения плотности тока пучка в форвакуумных плазменных источниках представляется важной задачей. Уникальная возможность электроннолучевой обработки диэлектрических материалов требует проведения дополнительных исследований по изучению этого процесса. Прежде всего, необходимо определить и обеспечить оптимальные параметры импульсного электронного источника, необходимые и достаточные для эффективной и высокопроизводительной обработки этих материалов.

Из предыдущих работ по электронно-лучевой обработке диэлектрических поверхностей [15,16], выполненных с использованием непрерывных и импульсных форвакуумных электронных пучков, следует, что поверхностный заряд, вносимый пучком на поверхность, эффективно «снимается» вторичной плазмой пучка. Изучение поведения отрицательного потенциала на поверхности в зависимости от тока пучка, длительности и частоты следования импульсов, энергии электронов и давления газа позволит определить и оптимизировать параметры импульсного форвакуумного электронного источника, применяемого для обработки диэлектриков и, в частности, для керамики.

Однако, одной реализации возможности обработки поверхности диэлектриков импульсным форвакуумным электронным пучком недостаточно для обоснования технологических достоинств этого метода. Важно экспериментально показать, что такая обработка позволяет целенаправленно изменять свойства поверхности и, тем самым, обосновать перспективность использования таких пучков для процесса обработки диэлектрических материалов, наиболее перспективными из которых является керамика.

Таким образом, тематика работы, направленная на разработку форвакуумного плазменного источника импульсного широкоапертурного пучка электронов с высокой однородностью плотности тока по его сечению, обеспечивающего параметры, достаточные для эффективной обработки поверхности диэлектрических, в том числе и керамических материалов, представляется актуальной.

3. Изучено влияние параметров электронного пучка на изменение поверхностных характеристик одного из наиболее используемых диэлектриков - алюмооксидной керамики.

Научная и практическая ценность результатов работы заключается в том, что:

1. Научные положения и выводы, сделанные на основании проведенных исследований, вносят вклад в понимание особенностей процессов генерации импульсных «форвакуумных» электронных пучков.

Содержание диссертации:

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, выполнена на 104 листах, содержит 52 рисунка и 3 таблицы, а также список литературы, включающий 94 наименования.

Заключение диссертации по теме "Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника"

4.4. Выводы

1. Результаты проведенных исследований показали технические возможности импульсной электронно-лучевой модификации поверхности непроводящих материалов, в том числе и различных керамик. Использование для этих целей форвакуумных плазменных источников электронов обеспечивает энергетическую эффективность воздействия на диэлектрики, при которой отражение быстрых электронов пучка, несущественно.

2. Сопоставление экспериментальных и расчетных зависимостей указывает на целесообразность достижения необходимого эффекта воздействия в «многоимпульсном» режиме облучения с плотностью энергии в импульсе не превышающей 10 Дж/см . Такой режим позволяет избежать механического разрушения образца, наблюдаемого из-за возникающих термических напряжений в случае одиночных импульсов с высокой плотностью энергии. Достигаемое значение температуры в приповерхностной области облучаемого объекта повышается по мере набора импульсов. В зависимости от выбранных параметров электронного пучка кривая распределения температуры по глубине к концу импульса оказывается либо монотонно спадающей, либо содержащей участки постоянной температуры, соответствующие фазовым переходам.

3. Увеличение энергии в импульсе приводит не к возрастанию толщины расплавленной области, а к более резкому повышению температуры и, как следствие, к уносу вещества за счет испарения. Указанное обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что для увеличения глубины модифицированной области предпочтительнее использовать увеличение количества импульсов, а не повышение энергии пучка в импульсе.

4. Разработанный импульсный электронный источник форвакуумного диапазона давлений может эффективно применяться для проведения экспериментов или отработки технологии модификации поверхности керамики и других непроводящих материалов при нагреве, плавлении или испарении их поверхности импульсным электронным пучком. микротвердости в 4 раза и снижению ее шероховатости, обуславливая, таким образом, существенное повышение эксплуатационных параметров и характеристик керамических деталей и изделий. На основе сопоставления экспериментальных и расчетных зависимостей показано, что для обработки электронным пучком керамики целесообразно использование «многоимпульсного» режима облучения с плотностью энергии в импульсе, не превышающей 10Дж/см. Такой режим позволяет избежать механического разрушения образца, наблюдаемого из-за возникающих термических напряжений в случае одиночных импульсов с высокой плотностью энергии.

5. Показано, что в широкоапертурном плазменном источнике электронов с многоапертурной системой формирования электронного пучка и центральной катодной вставкой могут быть получены однородные по сечению пучки площадью 10 см и более. При функционировании источника в импульсно-периодическом режиме и форвакуумной области давлений (1 -20 Па) при ускоряющем напряжении до 15 кВ и субмиллисекундном диапазоне длительности импульса, плотность энергии пучка в единичном импульсе может составлять до 30 Дж/см , что при частоте повторения 50 Гц обеспечивает среднюю мощность электронного пучка в 3 кВт. На основе экспериментальных исследований определено, что такие параметры пучка обеспечивают эффективную электронно-лучевую модификацию поверхностных свойств керамических материалов за счет плавления и испарения их поверхностного слоя.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается систематическим характером исследований, использованием современных методов диагностики, воспроизводимостью результатов экспериментов и их удовлетворительным совпадением с экспериментальными, теоретическими и оценочными данными других исследований, практической реализацией научных положений и выводов при создании конкретных устройств.

Материалы диссертационной работы опубликованы в 5-ти статьях в рецензируемых журналах [56, 59, 79, 88, 92], рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов диссертационных работ, в трудах и докладах международных [35, 65, 77, 78, 80, 81, 87] и всероссийских конференций [8286, 89,90] и конкурсов [73, 74, 91]. По результатам работы получены патенты РФ на полезную модель [93] и изобретение [94].

Результаты работ докладывались и обсуждались на:

16-ом Международном симпозиуме по сильноточной электронике (Томск, 2010 г.);

VII Международной конференции студентов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2010 г.);

Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, 2010, 2011 гг.);

Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных наук» (Новосибирск, 2011 г.);

Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУ СУР» (Томск 2010, 2012 гг.);

17-ой и 18-ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Екатеринбург 2011 г., Красноярск 2012 г.);

XVIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск 2012 г.);

IV Международном Крейнделевском семинаре «Плазменная эмиссионная электроника», (г. Улан-Удэ, 2012 г.);

III Международном симпозиуме по модификации материалов пучками заряженных частиц и потоками плазмы (Томск, 2012 г.).

Работы по данной тематике поддержаны грантами РФФИ № 12-02-16069-мобзрос, № 10-08-00257-а, № 11-08-12052-офи-м-2011, №12-08-00074-а, грантом Минобрнауки по программе «Развитие научного потенциала высшей школы» (2.1.2/1951), и двумя Федеральными целевыми программами «Электронно-лучевой синтез оксидных керамических материалов» и «Исследование керамических материалов, синтезированных облучением электронным пучком». (2012-2013 гг.). Работы по тематике диссертации были удостоены финансовой поддержки Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в рамках программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса (У.М.Н.И.К.)» по гранту «Исследование модификации поверхностных свойств керамических материалов при обработке импульсным электронным пучком», государственный контракт № 8723р/13140 от 14.01.2011 г. на 2011 -2012 гг.

В заключении автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю д.т.н., профессору Е. М. Оксу за научное руководство диссертаций и поддержку работы, д.т.н., профессору

В.А. Бурдовицину за помощь и обсуждение результатов исследований, к.т.н., доценту Ю.А. Бурачевскому за помощь в проведении экспериментов и

90 ценные замечания, сотруднику ИСЭ СО РАН A.A. Гришкову за помощь в проведении компьютерного моделирования. Автор признателен сотрудникам лаборатории НИЧ кафедры физики ТУСУР за проявленный интерес и поддержку работы, а также сотрудникам Центра измерений свойств материалов Национального исследовательского Томского политехнического университета за измерение характеристик образцов.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Юшков, Юрий Георгиевич, Томск

1. Рябухин Ю.С., Шальнов A.B. Ускоренные пучки и их применение. М., Атомиздат, 1980. 280 с.

2. Алимов A.C., Ишханов Б.С., Шведунов В.И. Компактный линейный ускоритель электронов для радиационных технологий // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, Астрономия. 2008. № 4. с. 28 -30.

3. Коваль H.H., Девятков В.Н., Щанин П.М., Толкачев B.C., Винтизенко Л.Г. Установка для обработки поверхности металлов электронным пучком // Приборы и техника эксперимента. 2005. №1. с. 135-140.

4. Горшков O.A., Ризаханов Р.Н. Поверхностное термоупрочнение металлов концентрированным пучком электронов низких энергий в воздухе атмосферного давления // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2004. № 1. с. 137 142.

5. Архипов A.B., Ковалев В.Г., Мишин М.В., Мюллер Г., Соминский Г.Г., Энгелько В.И. Исследование интенсивных импульсных электронных пучков большого сечения // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2004. Т. 47. № 5 6. с. 471 - 479.

6. Полетика И.М., Голковский М.Г., Борисов М.Д., Салимов P.A., Перовская М.В. Формирование упрочняющих покрытий методом наплавки в пучке релятивистских электронов // Физика и химия обработки материалов. 2005. № 5. с. 29 41.

7. Колубаев Е.А., Сизова О.В., Толмачев А.И., Колубаева Ю.А., Иванов

8. Ю.Ф., Девятков В.Н., Гончаренко И.М., Коваль H.H., Щанин П.М.

9. Модифицирование структуры поверхностного слоя конструкционной92стали ударным ультразвуковым и импульсным электронно-лучевым воздействиями / Физическая мезомеханика. 2004. Т. 7. № S2. с. 165 — 168.

10. Ахмадеев Ю.Х., Гончаренко И.М., Иванов Ю.Ф., Коваль H.H., Щанин П.М. Азотирование технического чистого титана в тлеющем разряде с полым катодом // Письма в Журнал технической физики. 2005. Т. 31. №. 13. с. 24- 30.

11. Абзалова Г.И., Сабиров P.C., Михайлов A.B. Нанесение равномерных по толщине покрытий на большие поверхности методом электроннолучевого испарения в вакууме // Оптический журнал. 2005. Т. 72. № 10. с. 76 78.

12. Крейндель Ю.Е. Плазменные источники электронов. М.: Атомиздат.1977. 144 с.

13. Бурачевский Ю.А., Бурдовицин В.А., Куземченко М.Н., Мытников A.B., Оке Е.М. Генерация электронных пучков в форвакуумной области давлений // Известия ВУЗов. Физика. 2001. № 9, с. 85 89.

14. Пушкарев А.И., Ремнев Г.Е., Пономарев Д.В., Ежов В.В, Гончаров Д.В. Использование импульсных электронных пучков в плазмохимии // Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309. № 2. с. 103 107

15. Бурдовицин В.А., Климов A.C., Оке Е.М. О возможности электроннолучевой обработки диэлектриков плазменным источником электронов в форвакуумной области давлений // Письма в Журнал технической физики. 2009. Т. 35. № 11. с. 61 -66.

16. Медовник A.B., Бурдовицин В.А., Климов A.C., Оке Е.М. Электронно93лучевая обработка керамики // Физика и химия обработки материалов. 2010. №3. с. 39 -44.

17. Ко val1 N.N., Ivanov Yu.F. Nanostructuring of surfaces of metal-ceramic and ceramic material by electron beams // Russian Physical Journal. 2008. T. 51. № 5. c. 505 516.

18. Бугаев С.П., Крейндель Ю.Е., Щанин П.М. Электронные пучки большогосечения. М: Энергоатомиздат, 1984. 112 С.

19. Крейндель Ю.Е., Мартене В.Я., Съедин В.Я. Исследование плазмы электронного эмиттера непрерывного действия с большой эмитирующей поверхностью // Источники электронов с плазменным эмиттером. Новосибирск: Наука, 1983, с.25 33.

20. Визирь A.B., Оке Е.М., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для источников широкоапертурных ионных пучков. // Журнал технической физики. 1997, Т.67. №.6. с. 611 -614.

21. Девятков В.Н., Коваль H.H., Щанин П.М. Генерация и транспортировка сильноточных низкоэнергетичных электронных пучков в системе с газонаполненным диодом // Журнал технической физики. 1998. Т. 68. №. 1. с. 44-48.

22. Федоров М.В. Распределение концентрации плазмы в протяженном полом катоде // Материалы региональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР-2003» 2003 г. Томск, Россия, с. 62 -64.

23. Девятков В.Н., Коваль H.H., Щанин П.М. Электронный газонаполненныйдиод на основе тлеющего разряда // Журнал технической физики. 2001.941. Т. 75. №. 5. с. 20-24.

24. Галанский B.JI., Груздев В.А., Осипов И.В., Ремпе Н.Г. Источники электронов с плазменным эмиттером на основе отражательного разряда с полым катодом // Известия ВУЗов. Физика. 1992. Т. 35. № 5. с. 5 23.

25. Мытников А.В., Оке Е.М., Чагин А.А. Источник электронов с плазменным катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений // Приборы и техника эксперимента. 1998. № 2. с. 95 98.

26. Бурдовицин В.А., Куземченко М.Н., Оке Е.М. Об электрической прочности ускоряющего промежутка плазменного источника электронов в форвакуумном диапазоне давлений // Журнал технической физики. 2002. Т. 72. №7. с. 134 136.

27. Бурдовицин В.А., Бурачевский Ю.А., Оке Е.М., Федоров М.В. Особенности формирования однородного ленточного пучка электронов плазменным источником в форвакуумной области давлений // Журнал технической физики. 2004. Т. 74, № 1. с. 104 107.

28. Жирков И.С., Бурдовицин В.А., Оке Е.М., Осипов И.В. Инициирование разряда в плазменном источнике электронов с полым катодом // Журнал технической физики. 2006. Т. 76. № 10. с. 128 131.

29. Бурдовицин В.А. Плазменные источники электронов на основе разряда с полым катодом для генерации непрерывных пучков в форвакуумном диапазоне давлений. Диссертация доктора технических наук. Томск, ТУ СУР, 2005.

30. Жирков И.С. Плазменный источник электронов для генерациисфокусированных непрерывных электронных пучков в форвакуумной95

31. Электронный источник с плазменным катодом для генерации ленточного пучка в форвакуумном диапазоне давлений // Приборы и техника эксперимента. 2003. № 2. с. 127 129.

32. Бурдовицин В.А., Жирков И.С., Оке Е.М., Осипов И.В., Федоров М.В. Источник электронов с плазменным катодом для генерации сфокусированного пучка в форвакуумном диапазоне давлений // Приборы и техника эксперимента. 2005. № 6. с. 66 68.

33. Wu D., Liu С., Zhu Х.Р., Lei M.K. Numerical study on modification ofceramic coatings by high-intensity pulsed ion beam // Vacuum. 2009. No. 83. p. 198 -200.

34. Овчаренко B.E., Иванов Ю.Ф., Баохай Юй. Наноструктурное упрочнение инструментального металлокерамического сплава при электронно-пучковом облучении его поверхности // Перспективные материалы. Спец. выпуск. 2007, № 9. с. 450 455.

35. Pay Э.И., Евстафьева E.H., Андрианов М.В. Механизмы зарядки диэлектриков при их облучении электронными пучками средних энергий. // Физика твердого тела. 2008. Т. 50. № 4. с. 599 607.

36. Барков А.В., Климов А.С. Электронно-лучевая обработка диэлектриков // Материалы докладов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР -2008»: Томск. Изд-во «В-Спектр». 2008. Ч. 1. с. 220 222.

37. Oks E., Burdovitsin A., Burachevsky Yu., Klimov A. Ribbon beam electron gun based on discharge with extended hollow cathode // Book of abstracts, 34th International Conference on Plasma Science. Y. 3P62. 2007. Albuquerque, New Mexico, USA. p. 392.

38. Burdovitsin V.A., Klimov A.S., Medovnik A.V., Oks E.M. Electron beam treatment of non-conducting materials by a fore-pump-pressure plasma-cathode electron beam source // Plasma Sources Science and Technology. 2010. V. 19. No. 5. p. 20-26.

39. Юшков Ю.Г., Бурдовицин В.А., Медовник A.B., Оке E.M. Форвакуумный плазменный источник импульсных электронных пучков // Приборы и техника эксперимента. 2011. №2. с. 85 88.

40. Жирков И.С., Бурдовицин В.А., Оке Е.М., Осипов И.В. // Журнал технической физики. 2006. № 10. с. 138 -141.

41. Григорьев С.В., Девятков В.Н., Коваль Н.Н., Тересов А.Д. Эффект усиления эмиссии при генерации низкоэнергетического субмиллисекундного электронного пучка в диоде с сеточным плазменным катодом и открытой границей анодной плазмы // Письма в

42. Журнал технической физики. 2010. Т. 36. № 4. с. 23 31.

43. Юшков Ю.Г., Оке Е.М., Медовник А.В., Бурдовицин В.А. //

44. Распределение плотности тока по сечению импульсного электронного пучка в форвакууме // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2011. № 2. с. 161 -163.

45. Medovnik A.V., Gushenets V.I., Oks Е.М., Burdovitsin V.A. Initial Stage of Discharge Development in Fore-Vacuum Plasma Electron Source // Известия ВУЗов. Физика. Приложение. 2007. № 9. с. 202-205.

46. Batalin V.A., Kolomiets А.А., Kuibeda R.P., Kulevoy T.V., Pershin V.I.,

47. Petrenko S.V., Seleznev D.N., Bugaev A.S., Gushenets V.I., Oks E.M., Yushkov G.Yu., Hershcovitch A., Johnson B.M. Futher development of the E-MEVVA ion source // Review of Scientific Instruments. 2002. V. 73. No. 2. p. 702 707.

48. Oks E.M. Generation of multiply-charged metal ions in vacuum arc plasmas //

49. EE Transactions on Plasma Science. 2002. T. 30. № 1. p. 202 207.

50. Burdovitsin V.A., Oks E.M. Fore-vacuum plasma-cathode electron sources // Laser and Particle Beams. 2008. T. 26. № 4. p. 619 635.

51. Spadtke P. Numerical-simulation of ion beam related problems // Review of Scientific Instruments. 1992. V. 63. No. 4 (Part II). p. 2647 2651.

52. Solonenko O.P., Ovcharenko V.E., Ivanov Y.F., Golovin A.A. Plasma Sprayed

53. Metal-Ceramic Coatings and Modification of Their Structure with Pulsed Electron Beam Irradiation // Journal of Thermal Spray. 2011. V. 20. No. 4. p. 927-983.

54. Burdovitsin V. A., Klimov A. S., Medovnik A. V., Oks E. M. Electron beamtreatment of non-conducting materials by a fore-pump pressure plasma-cathode electron beam source // Plasma Sources Science and Technology. 2010. No. 19. p. 055003(4).

55. Гаврилов H.B., Меньшаков А.И. Влияние параметров электронного пучкаи ионного потока на скорость плазменного азотирования аустенитной нержавеющей стали // Журнал технической физики. 2012. Т. 82. № 3. с. 88-93.

56. Лернер Э.Ю., Кашина О.А. Пакет mathematical первые уроки. Казань, КГУ. 2001.-26 с.

57. Proskurovsky D.I., Rotstein V.P., Ozur G.E. Application of Low-Energy,

58. High-Current Electron Beams for Surface Modification of Materials // Proc.thof 11ш Intern. Conf. on High-Power Particle Beams. Prague, Czech Rep. 1996. V. l.p. 259 -262.

59. Proskurovsky D.I., Rotstein V.P., Ozur G.E. Use of Low-Energy, High-Current Electron Beams for Surface Treatment of Materials // Surface and Coatings Technology. 1997.V.96.No. 1. p. 117 122.

60. Salvadori M.C., Teixeira F.S., Cattani M., Nikolaev A.G., Savkin K. P., Oks E.M., Park H.-K., Phillips L., Yu К. M., Brown, I. G. On the electrical conductivity of Ti-implanted alumina // Journal of Applied Physics. 2012. V. 111. No. 6. p. 063714(6).

61. Юшков Ю.Г. Импульсный электронный источник с плазменным полымкатодом для модификации непроводящей керамики // Сборник научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области физических наук. 2010. с. 7 12.

62. Медовник A.B., Бурдовицин В.А., Оке Е.М. Формирование импульсногоэлектронного пучка в системе с плазменным катодом в форвакуумной области давлений // Известия вузов. Физика. 2010. Т. 53. №2. с. 27 32.

63. Коваль H.H., Иванов Ю.Ф. Наноструктурирование поверхностиметаллокерамичесих и керамических материалов при импульсной электронно-пучковой обработке // Известия вузов. Физика. 2008. Т. 51, № 5. с. 60 70.

64. Бурдовицин В.А., Медовник A.B., Оке Е.М., Скробов Е.В., Юшков Ю.Г. Потенциал диэлектрической мишени при ее облучении импульсным электронным пучком в форвакуумной области давлений // Журнал технической физики, 2012. Т. 82. № 10. с. 103 108.

65. Юшков Ю.Г., Скробов Е.В. Расчет температурного профиля приоблучении алюмооксидной керамики электронным пучком // Труды Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления», Томск. 2010. с. 56 59.

66. Юшков Ю.Г. Исследование поверхности алюмооксидной керамики при обработке импульсным электронным пучком в форвакууме // Труды Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных наук», Новосибирск. 2011. с. 81 86.

67. Юшков Ю.Г., Харченко A.C. Импульсный электронный пучок для модификации поверхности керамики // Труды Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУ СУР, 2010», Томск. 2010. с. 24 26

68. Юшков Ю.Г. Форвакуумный электронный источник для обработки поверхности диэлектриков // Труды Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Екатеринбург. 2011. с. 264 266.

69. Юшков Ю.Г. Изменение поверхностных свойств керамики приимпульсном электронно-лучевом воздействии // Труды Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Екатеринбург. 2011. с. 615 616.

70. Юшков Ю.Г., Медовник A.B., Бурдовицин В.А. Модификация структуры и трибологических свойств керамики импульсным электронным пучком

71. Труды Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Красноярск. 2012. с. 644 645.

72. Юшков Ю.Г., Медовник A.B. Модификация алюмооксидной керамикиэлектронно-импульсным способом // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Современные материалы, техника, технология », Курск. 2011. с. 362 363.

73. Юшков Ю.Г. Форвакуумный импульсный источник электронов с плазменным катодом для модификации поверхности непроводящей керамики // Труды IV международного Крейнделевского семинара «Плазменная эмиссионная электроника», Улан-Удэ. 2012. с. 118 124.

74. Бурдовицин В.А., Оке Е.М., Скробов Е.В., Юшков Ю.Г. Модификация поверхности керамики импульсным электронным пучком, генерируемым форвакуумным плазменным источником // Перспективные материалы. 2011. № 6. с. 1 6.

75. Юшков Ю.Г., Медовник A.B., Бурдовицин В.А. Особенностиимпульсного источника электронов функционирующего в форвакуумной области давлений // Труды Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Красноярск. 2012. с. 279 -280.

76. Бурдовицин В.А., Двилис Э.С., Медовник A.B., Оке Е.М., Хасанов О.Л., Юшков Ю.Г. // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. №. 1. с. 117 -120 (в печати, электронный вариант доступен по ссылке http ://journals. ioffe.ru/jtf72013/01/page-117.html.ru).

77. Медовник A.B., Бурдовицин B.A., Оке Е.М. Юшков Ю.Г. // Патент РФ на полезную модель № 107657 "Форвакуумный плазменный электронный источник". 2011.

78. Бурачевский Ю.А., Бурдовицин В.А., Медовник A.B., Оке Е.М., Юшков Ю.Г. // Патент РФ на изобретение №2439742 Способ плазменного анодирования металлического или полупроводникового объекта. 2012.