Оборудование и методы импульсно-периодической ионной и плазменной обработки материалов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

004618379

На правах рукописи

а-

Степанов Игорь Борисович

ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ИОННОЙ И ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

01.04.20 - физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 3 ЛЕК 7010

Томск-2010

004618379

Работа выполнена в ГОУ ВПО "Национальный исследовательский "Томский политехнический университет"

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор

Рябчиков Александр Ильич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, с.н.с.

Гаврилов Николай Васильевич доктор технических наук, профессор Ремнев Геннадий Ефимович доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Юшков Георгий Юрьевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО "Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники"

Защита состоится «28» декабря 2010 года в 15-00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.05 ГОУ ВПО "Национальный исследовательский "Томский политехнический университет" по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина 2, стр. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Национальный исследовательский "Томский политехнический университет".

Автореферат разослан «_»___

Ученый секретарь совета по защите Докторских и кандидатских диссертаций

2010 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Модификация поверхностных слоев материалов пучками заряженных частиц и потоками плазмы активно исследуется в последние десятилетия и представляет собой одно из важнейших направлений развития науки и техники. Существенно расширяется область использования ионно-лучевых и ионно-плазменных методов, как в научных исследованиях, так и в ряде практических применений.

Среди способов поверхностной модификации материалов широкое распространение получил метод плазменного осаждения покрытий на основе непрерывной вакуумной дуги. С целью решения проблемы ухудшения свойств формируемых покрытий из-за микрокапельной фракции в потоке вакуумно-дуговой плазмы, разработан целый ряд модификаций плазменных фильтров, обеспечивающих высокую эффективность очистки плазмы от микрочастиц, но представляющих собой достаточно сложные конструкции, обладающие ограниченной эффективностью прохождения плазмы и в силу этого, не получивших широкого распространения до настоящего времени. Такие плазменные фильтры практически не представляется возможным использовать в системах формирования пучков ионов металлов на основе непрерывной вакуумной дуги.

Существенное развитие в последние годы получил метод плазменно-иммерсионной ионной имплантации. Наиболее часто он используется для ионного азотирования поверхностных слоев различных металлов. В абсолютном большинстве случаев плазменно-иммерсионная имплантация осуществляется при постоянных или импульсных 0,1-10 мс потенциалах смещения на мишени, погруженной в плазму. В ряде работ показана возможность и перспективность использования не только газовой, но и импульсной металлической плазмы в условиях применения достаточно короткоим-пульсных потенциалов смещения. Преимущества плазменно-иммерсионного метода ионной имплантации и (или) осаждения покрытий в условиях ионного ассистирования обусловлены возможностью однородной обработки деталей сложной формы, простотой технической реализации. В то же время плазменно-иммерсионная ионная имплантация практически не используется для модификации свойств диэлектриков, например, для изменения их поверхностной проводимости, поскольку при длинных или постоянных потенциалах смещения в диэлектриках накапливается значительный заряд и, как следствие, вблизи его поверхности происходит торможение ионов или возникает поверхностный пробой, разрушающий структуру материала. Большая длительность потенциала смещения ограничивает и возможность применения традиционных подходов к плазменно-иммерсионному формированию ионного потока при высоких концентрациях плазмы, например, в случае абляционной плазмы, формируемой воздействием мощных электронных, ионных пучков или лазерного излучения на поверхность твердого тела.

Развитие методов и технологий ионно-лучевой модификации металлов и сплавов и их практическое использование определяется, прежде всего, разработкой конструктивно простых, высокопроизводительных, с большим ресурсом работы ионных источников, в том числе легко встраиваемых в системы ионно-плазменного осаждения покрытий. В большинстве случае для получения пучков ионов металлов используется плазма импульсно-периодического вакуумно-дугового разряда. В виду значительной доли микрокапельной фракции в плазме непрерывной вакуумной дуги, несмотря на её привлекательность с точки зрения создания ионных пучков высокой средней мощно-

сти, такие источники не получили своего развития, также как источники ионов металлов ленточного типа для модификации поверхности протяженных деталей.

В связи с вышеизложенным, тематика диссертационной работы, связанная с созданием и исследованием компактных фильтров для очистки плазмы непрерывной вакуумной дуги от микрокапельной фракции, разработкой метода короткоимпульсной высокочастотной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий, с возможностью обработки диэлектриков, и импульсно-периодических и непрерывных источников ионов металлов аксиально-симметричных и ленточных пучков, как и новых систем диагностики плазмы, а также созданием на основе предложенных методов и оборудования комплексных установок нового поколения для ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов представляется актуальной.

Цель работы состояла в проведении исследований процессов генерации ионных потоков с использованием короткоимпульсных высокочастотных потенциалов смещения и многоэлектродных систем формирования пучков из плазмы газового разряда и непрерывного вакуумно-дугового разряда в условиях её очистки от микрокапельной фракции и создании на основе полученных результатов новых методов плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий, а также в разработке методов и оборудования для диагностики элементного состава и зарядового состояния ионов в плазме, в разработке ионных источников и систем очистки плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции, в создании серии установок для реализации комбинированных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что впервые:

1. Предложены и разработаны прямоточные фильтры с аксиально-симметричными и плоскими электродами жалюзийного типа для очистки плазмы непрерывной вакуумной дуги от микрокапельной фракции, обеспечивающие эффективность прохождения плазмы в пределах от 30 до 70 % при уменьшении количества микрочастиц в потоке плазмы в 102-103 раз. Определены основные закономерности влияния геометрических размеров и конфигурации электродов фильтра, условий магнитной изоляции электродов, величины положительного потенциала смещения на электродах, давления остаточного газа на параметры плазменного потока на выходе фильтра.

2. Предложены способы и устройство для измерения зарядового состояния и массового состава газовой и металлической плазмы на основе короткоимпульсного плазменно-иммерсионного извлечения ионов из плазмы, их транспортировки в эквипотенциальном пространстве трубы дрейфа с разделением на отдельные компоненты и последующей регистрацией импульсов тока. Определены основные закономерности влияния геометрических размеров трубы дрейфа, амплитуды и длительности потенциала смещения, давления газа, характеристик системы регистрации токовых импульсов на разрешающую способность спектрометра.

3. Предложен и разработан метод короткоимпульсной высокочастотной, с коэффициентом заполнения импульсов от 0,1 до 0,9, плазменно-иммерсионной ионной и плазменной обработки проводящих и диэлектрических материалов в условиях компенсации накапливаемого на поверхности мишени положительного заряда в паузах между импульсами потенциала смещения электронным потоком из плазмы. Показана возможность использования метода для реализации широкого круга режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов, в том числе: нагрев образцов,

очистка и активация поверхности, ионная имплантация, включая высококонцентрационную, формирования переходного слоя между основой и покрытием, осаждения покрытий с ионным ассистированием на материалы с различной проводимостью.

4. Показана возможность формирования импульсно-периодических и непрерывных аксиально-симметричных и псевдоленточных пучков ионов металлов из плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда в условиях фильтрации плазмы от микрокапельной фракции.

5. С использованием разработанных ионных источников, фильтрованной ог микрочастиц вакуумно-дуговой плазмы и метода короткоимпульсной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий показаны: а) возможность формирования интерметаллидных систем Al-Ni, Al—Ti, Ti—Ni, Al-Fe на глубине до 2,6 мкм с достижением концентрации легирующей примеси до 60 % при дозе внедренных атомов 3,6-1018 ион/см2; б) возможность формирования многослойных (TiAl)/TiN покрытий с наноразмерными слоями, обеспечивающих значительное увеличение физико-механических и эксплуатационных свойств материалов; в) возможность формирования композиционного покрытия TÍSÍB с толщиной до 10 мкм, обеспечивающего повышение до 4 раз эрозионной стойкости образцов из сплава ВТ6, существенное повышение усталостной прочности при циклическом нагружении и до 20 раз сопротивления солевой коррозии.

Научная и практическая значимость работы состоит в том, что:

1. Разработана серия прямоточных электромагнитных плазменных фильтров с аксиально-симметричными и плоскими электродами жалюзийного типа, обеспечивающих высокую эффективность прохождения заряженного компонента плазменного потока и высокую степень очистки вакуумно-дуговой плазмы от микрокапельной фракции. Компактная конструкция позволяет использовать плазменные фильтры как в технологических электродуговых испарителях, так и в ускорителях ионов металлов.

2. Полученные зависимости энергетического спектра ионов, динамики формирования ускоряющего зазора от амплитуды импульса отрицательного потенциала смещения, его длительности и частоты следования, параметров плазмы и характеристик мишени существенно расширяют и дополняют преставление о физических процессах плазменно-иммерсионного формирования потоков ионов и позволяют сформулировать условия реализации технологических процессов модификации поверхности проводящих и диэлектрических материалов.

3. Предложенный и разработанный плазменно-иммерсионный времяпролетный спектрометр отличается простой и компактной конструкцией, обеспечивает измерение с высоким разрешением зарядового состояния и массового состава газовой и металлической плазмы и может быть использован для диагностики параметров плазмы в составе установок ионно-плазменного нанесения покрытий при проведении экспериментальных исследований и отработке технологий ионно-плазменной модификации материалов.

4. Предложенный и разработанный метод короткоимпульсной высокочастотной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий позволяет реализовать режимы традиционной и высококонцентрационной ионной имплантации, а также ионно-ассистированного осаждения покрытий на проводящие и диэлектрические мишени в широком диапазоне изменения концентрации плазмы.

5. Разработаны источники импульсно-периодических и непрерывных аксиально-симметричных и псевдоленточных пучков ионов металлов из плазмы непрерыв-

ного вакуумно-дугового разряда в условиях фильтрации плазмы от микрокапельной фракции, отличающиеся от известных устройств высокими техническими параметрами, надежностью, большим ресурсом работы и широкими функциональными возможностями. Источники предназначены для применения в технологиях ионной имплантации и ионно-ассистированного осаждения покрытий.

6. На основе разработанных ионных источников, фильтров для очистки плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции и метода короткоимпульсной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий создана серия технологических комплексных установок нового поколения для реализации комбинированных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов. Установки доведены до стадии внедрения и нашли применение в технологиях ионной имплантации с формированием интерметал-лидных систем Al-Ni, Al—Ti, Ti—Ni, Al-Fe с высокой концентрацией легирующей примеси, на глубине существенно превышающей проективные пробеги ионов, формирования многослойных (TiAl)/TiN покрытий с наноразмерными слоями, композиционного TiSiB покрытия с обеспечением значительного увеличения физико-механических и эксплуатационных свойств материалов.

Личный вклад автора в выполнение настоящей работы состоит в определяющей роли при инициировании и постановке задач большинства исследований, непосредственном участии в выполнении основных разделов работы, анализе и интерпретации полученных результатов, личном формулировании выводов и научных положений. Автор внес решающий вклад в разработку основных конструкционных решений представленного в работе экспериментального и технологического оборудования. Фамилии соавторов, принимавших участие в моделировании процессов, исследовании и разработках по отдельным направлениям, обсуждении результатов, указаны в списке основных публикаций по теме диссертационной работы.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Многоэлеюродный, прямоточный аксиально-симметричный и плоскопараллельный плазменный фильтр жалюзийного типа с формированием вблизи электродов магнитного поля за счет пропускания по ним тока 300—1500 А и подачи на электроды положительного потенциала 10-20 В обеспечивает уменьшение количества микрокапель в потоке дуговой плазмы с широким поперечным сечением в 102-103 раз при 3050 % эффективности прохождения заряженного компонента плазмы. Однощелевая оптически непрозрачная жалюзийная система обеспечивает эффективность прохождения заряженного компонента плазменного потока до 70 %. Эффективность прохождения заряженного компонента плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда в плазменных фильтрах жалюзийного типа определяется геометрическими параметрам электродов, их расположением относительно направления распространения плазменного потока, величиной приложенного к ним положительного потенциала, а также топографией и величиной создаваемого в области плазменного фильтра магнитного поля.

2. Отрицательный потенциал наносекундной длительности, приложенный к эквипотенциальной трубе дрейфа, погруженной в плазму, обеспечивает формирование потока ионов вблизи мелкоструктурной сетки на её входе с динамически изменяющейся энергией ионов и эффективным пространственно-временным их разделением по зарядовым состояниям и массе в процессе транспортировки. Разрешающая

способность плазменно-эмиссионного спектрометра определяется геометрическими параметрами трубы дрейфа, давлением газа в области транспортировки ионного потока амплитудой и длительностью потенциала смещения, конфигурацией и структурой сеточного электрода на входе трубы дрейфа. Улучшение разрешающей способности спектрометра обеспечивается за счет вычитания осциллограмм импульсов ионного тока, полученных при различной длительности импульсов напряжения смещения.

3. Приложение коротких по длительности (0,5-9 мкс) импульсов потенциала смещения к мишени, погруженной в плазму, с частотой от 100 до 440 кГц и коэффициентом заполнения импульсов от 0,1 до 0,99, обеспечивает реализацию режимов ионной имплантации и осаждения покрытий в условиях ионного ассистирования как с проводящими, так и диэлектрическими мишенями при концентрации плазмы от 108 до 1014 см"3. Метод короткоимпульсной высокочастотной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий может быть реализован как с применением одно, так и биполярных потенциалов смещения. Измерение энергетического спектра ионов обеспечивает возможность определения времени стабилизации ионно-эмиссионной границы плазмы, определяющей начало формирования потока с максимальной энергией ионов. Для уменьшения требуемого максимального тока импульсного генератора передний фронт потенциала смещения по длительности должен быть соизмерим со временем стабилизации ионно-эмиссионной границы плазмы.

4. В случае применения диэлектрических мишеней ускоряющее ионы напряжение определяется разностью приложенного потенциала смещения и потенциала на поверхности диэлектрика, динамически изменяющегося в зависимости от характеристик диэлектрика (толщина и диэлектрическая проницаемость), ионного тока, тока электронного смещения и тока вторичной ионно-электронной эмиссии. Для эффективного использования потенциала смещения его длительность не должна превышать время зарядки емкости, образованной в системе: плазма - диэлектрик -потенциальный электрод. Компенсация накапливаемого на поверхности диэлектрика положительного заряда осуществляется потоком электронов из плазмы в паузах между импульсами напряжения смещения.

5. Созданные на основе проведенных исследований источники, с использованием в качестве эмиссионной среды фильтрованной от микрокапельной фракции плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда, обеспечивают при ускоряющем напряжении до 40 кВ получение аксиально-симметричных- и псевдоленточных пучков ионов металлов с длительностью от 400 мкс до непрерывных, с током до 2 А в импульсно-периодическом режиме с частотой следования импульсов до 200 имп/с и 200 мА в непрерывном режиме. Источники предназначены для применения в технологиях ионной имплантации и ионно-ассистированного осаждения покрытий.

6. На основе разработанных фильтров для очистки плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции, метода короткоимпульсной плаз-менно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий, источников ионов металлов созданы комплексные установки, позволяющие реализовать как традиционные технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов, так и новые технологии, такие как формирование: интерметаллидных систем А1—>№, А1—►'И, "Л—>N1, А1—»Бе с толщиной слоя до 2,6 мкм с достижением концентрации легирующей примеси до 60 % при дозе внедренных атомов 3,6-1018 ион/см2; многослойных

7

(TiAlN)/TiN покрытий с наиоразмерными слоями, композиционного покрытия TiSiB с толщиной до 10 мкм, обеспечивающие увеличение физико-механических и эксплуатационных свойств материалов.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается совпадением результатов, полученных при использовании различных методов измерения, и результатами аналитических расчетов. Подтверждением достоверности и обоснованности положений и выводов являются успешные испытания опытных образцов электрофизического оборудования и предложенных методов модификации свойств материалов, а также наличие патентов РФ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на III и IV конференциях "Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц" (Томск, 1994, 1996), 12, 14 и 15 Международных конференциях по модификации поверхности ионными пучками (Германия, Марбург, 2001; Кушадасы, Турция, 2005, Мумбай, Индия, 2007), 18-м симпозиуме по физике плазмы и технологиям (Чешская Республика, Прага, 1997), 7, 8, 11 Международных конференциях по ионным источникам (Италия, Таормина, 1997; Япония, Киото, 1999; Франция, Ко, 2005), II и III Международных конференциях "Взаимодействие излучений с твердым телом" (Беларусь, Минск, 1997, 1999), 5 Международной конференции "Пленки и покрытия '98" (С-Петербург, 1998), 5-9 конференциях по модификации материалов пучками заряженных частиц и плазменными потоками (Томск, 2000, 2002, 2004, 2006, 2008), 13 Международной конференции по пучкам частиц высокой энергии (Япония, Нагаока, 2000), 5 и 8 Русско-Корейском международных симпозиумах по науке и технологиям (Томск, 2001, 2004), XIII и XIV Международном совещании "Радиационная физика твердого тела (Украина, Севастополь, 2003), XV Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов" (Тольятти, 2003), V Международной конференции "Ионная имплантация и другие применения ионов и электронов" (Польша, Казимир Долни, 2004), Всероссийской конференции "Центры коллективного пользования аналитическим оборудованием" (С-Петербург, 2004), XLIII Международной конференции "Актуальные проблемы прочности" (Беларусь, Витебск, 2004), 10-м Международном симпозиуме по перспективным физическим направлениям (Япония, Тсукуба,

2005), 8-м Международном совещании по ионной имплантации и осаждению покрытий с использованием плазмы (Китай, Ченгду, 2005), 5 Международной конференции "Ядерная и радиационная физика" (Казахстан, Алма-Ата, 2005), Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии НМТ-2006" (Москва,

2006), Российской научно-практической конференции "Физико-технические проблемы получения и использования пучков заряженных частиц, нейтронов, плазмы и электромагнитного излучения (Томск, 2007, 2009).

Публикации. По теме работы опубликовано 95 работ, в том числе: 43 статьи и доклада в рецензируемых изданиях, получено 6 патентов РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и приложения, содержит 347 страниц машинописного текста, 162 иллюстрации, список литературы из 366 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе проведен анализ современного состояния исследований и тенденций развития в области разработки оборудования и методов ионно-лучевой и плазменной обработки материалов на основе плазмы вакуумно-дугового разряда. Рассмотрены конструктивные особенности вакуумно-дуговых генераторов плазмы и концептуальные подходы применения плазмы вакуумной дуги при разработке источников ионов проводящих материалов. Особое внимание уделено работам посвященным исследованию характеристик распространяющейся в потоке вакуумно-дуговой плазмы микрокапельной фракции, способам и устройствам очистки плазмы от микрочастиц.

Выполнен обзор теоретических и экспериментальных исследований, а также основных моделей процессов формирования и релаксации ускоряющего промежутка у поверхности потенциального электрода, погруженного в плазму.

На основе проведенного анализа показано, что к началу выполнения исследований по теме диссертационной работы в различных лабораториях мира предложено и разработано большое количество вариантов генераторов плазмы, в том числе с очисткой плазмы от МКФ. Предложены и реализованы методы формирования пучков ускоренных ионов из плазмы ВДР с использованием диодных систем и на основе плазменно-иммерсионного подхода. Разработанные генераторы плазмы и источники ионов обеспечивают реализацию широкого круга режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной модификации материалов, включая различные методы ИИ, осаждения покрытий, а также сочетающие режимы совместного воздействия на поверхность потока плазмы и ионов различной энергии.

В то же время интенсивное развитие методов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки различных материалов предопределило необходимость решения следующих задач:

1. Разработка простых, надежных в эксплуатации, эффективных систем очистки плазмы ВДР от МКФ, которые могли бы использоваться как в составе генераторов плазмы, так и в ионных источниках.

2. Разработка и исследование источников ускоренных ионов и плазмы на основе генерации плазмы непрерывным ВДР с возможностью изменения среднего тока ионного пучка в широких пределах, обеспечивающих высокопроизводительную обработку материалов, отличающихся надежностью и большим ресурсом работы.

3. Разработка и исследование метода и оборудования плазменно-иммерсионного формирования ионного потока, обеспечивающих реализацию режимов комбинированной ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов с различной проводимостью.

4. Разработка оборудования для исследования зарядового состояния и массового состава низкотемпературной плазмы.

5. Выполнение научно-организационных мероприятий для организации комплексного исследования физико-механических свойств поверхностных и приповерхностных слоев материалов, подвергнутых воздействию потока плазмы и ионных пучков.

6. Разработка технологического оборудования для реализации комбинированных режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной модификации материалов.

Вторая глава посвящена адаптации традиционных и разработке новых экспериментальных методик и оборудования для диагностики параметров плазмы, ионных пучков и комплексного изучения физико-механических свойств модифицированных слоев материалов и покрытий, применительно к рассматриваемым в работе комбинированным режимам воздействия на поверхность одно- и многокомпонентной газометаллической плазмы и пучков ионов в широком энергетическом диапазоне.

На основе зондовых, коллекторных и калориметрических методов разработан комплекс диагностического оборудования для измерения локальных и интегральных характеристик плазмы с концентрацией частиц до 1012 см"3, с направленной скоростью распространения до 2-104 м/с, в том числе в магнитных полях с индукцией до 2-10"4Т и ионных пучков с энергией до 160 кэВ, током до 2 А с площадью поперечного сечения до 700 см2. Определены условия и области применимости оборудования.

Предложены способ и устройство для измерения зарядового состояния и массового состава газовой и металлической плазмы на основе короткоимпульсного плазменно-иммерсионного извлечения ионов из плазмы, их транспортировки в эквипотенциальном пространстве трубы дрейфа (ТД) с разделением на отдельные компоненты и последующей регистрацией импульсов тока. Схема принципа работы плазменно-иммерсионного времяпролётного спектрометра для исследования зарядового состояния и массового состава плазмы представлена на рис. 1.

Плазменно-иммерсионный времяпролетный спектрометр представляет собой ТД, установленную в вакуумной камере соосно с генератором плазмы. На входе ТД располагаются две сетки, формирующие ускоряющий зазор. Одна из сеток закреплена на ТД, другая заземлена. Сетки на входе и выходе ТД формируют внутри неё эквипотенциальное пространство. От источника импульсного смещения на ТД подается отрицательный потенциал амплитудой 0,5-2 кВ и длительностью 50-650 не. Частота импульсов напряжения 20-30 имп/с. ЦФ располагался на расстоянии 10-30 мм от выхода ТД.

Коллектор находился под отрицательным потенциалом (50-100) В. С целью уменьшения электронного тока на коллектор между ним и дальним концом ТД располагался кольцевой магнит с индукцией (1,5-3)-10~2 Т. Минимальную длину ТД (£), необходимую для измерения энергетического спектра ионов массой тжш и максимальной зарядностью 7макс, с использованием импульса напряжения амплитудой и | ь и длительностью х, можно оценить как:

1>т-и = т\^(2-гмакс ■ е■ и)/тион + и0) Ч^1п|г|_

Источник плазмы ПФ Цилиндр'

Р

SjuWI

í $ I-: ГРГ

рWmi vn Труба дрейфа ' ' -

LLT

-JJ- Источник

потенциала смещения

| Осциллограф}—

где Uo - проекция скорости направленного движения плазменного потока на ось ТД, или бомовская скорость для случая Рис. 1. Схема экспериментального стенда свободно расширяющейся плазмы. Исходя из параметров плазмы и импульса потенциала смещения, длина пролетной базы в различных экспериментах составляла 35, 61 и 89 см. Регистрация сигналов с ЦФ осуществлялась с помощью осциллографа LeCroy-бОООА при статистическом усреднении по 200 осциллограммам. С целью исключения торможения ионов в зазоре между ЦФ и выходной сеткой ТД длитель-

ность импульса ускоряющего напряжения должна быть меньше времени пролёта самых быстрых ионов. Время пролета ионов в ТД можно оценить из выражения:

/.=(£ + А) • «I2 К&теи + т»оно1и Г

где: 2тн, ттп, иион - зарядовое состояние, масс, Этап 1 напряжение, е - заряд электрона, Ь — длина ТД. ТД до коллектора ЦФ. ^

- расстояни

Этап 2 Этап 3

от выходной с

Рис. 2. Формирование эмиссионной границы плазмы вблизи сеточного электрода

На рис. 2 показаны различные фазы формирования эмиссионной границы плазмы вблизи сеточного электрода на входе в ТД. Из рисунка следует, что структура сетки играет важную роль в динамическом процессе формирования ионного потока. На первом этапе формирования слоя разделения зарядов большая часть ионов, находящихся в ускоряющем промежутке, получает значительное радиальное приращение энергии, обусловленное искривлением линий напряжённости электрического поля вдоль нормали к поверхности нитей сетки. В этих условиях распределение ионов, миновавших сеточный электрод, близко к однородному по углам.

По мере расширения зазора эмиссионная граница плазмы приобретает всё более плоскую форму и радиальная составляющая электрического поля остаётся ненулевой только в непосредственной близости к сетке. Это отражается и на угловом распределении ионов, пересекших ускоряющий зазор.

Наилучшие результаты получаются в случае стационарного состояния ускоряющего зазора, определяемого отношением "трёх вторых", если величина этого зазора много больше шага сетки'. В экспериментах с различными сетками показано, что уменьшение размера ячейки сетки с 1 мм до 100 мкм увеличило амплитуду регистрируемого сигнала в 2 раза при прозрачности сеток 0,8. Тем не менее, использование мелкоструктурной сетки не позволило полностью решить проблему высоких угловых скоростей ионов, проходящих ускоряющий промежуток в период динамического расширения зазора. Увеличения амплитуды сигнала с ЦФ удалось достигнуть при использовании на входе спектрометра выпуклой сетки с радиусом кривизны, равным длине ТД. В результате фокусировки ионного потока сигнал с ЦФ возрос на 50 %.

Для снижения влияния динамики процесса расширения ускоряющего промежутка на энергетический разброс ионов было предложено ограничить ширину промежутка с помощью дополнительной заземлённой сетки, установленной перед потенциальным сеточным электродом на расстоянии меньшем, чем ширина стационарного зазора, определяемого отношением "трёх вторых". Так, например, при длительности импульса ускоряющего напряжения 200 не, размещение дополнительной сетки на расстоянии 3 мм позволяет снизить полуширину пика до 270 не.

1 Рябчиков А.И., Дектярев C.B., Степанов И.Б. Особенности эмиссионных свойств импульсных широ-

копучковых источников ионов и плазмы на основе испарения металла вакуумной дугой // Известия вузов. Физика. -1994. - Т. 37. - № 2. - С. 82-92.

Существенное улучшение разрешающей способности спектрометра достигается на основе предложенного метода вычитания осциллограмм ионного тока с коллектора, полученных при различной длительности импульсов напряжения смещения на ТД. Как следует из рис. За, для осциллограмм, полученных с использованием импульсов смещения длительностью 300 и 325 не, динамический процесс расширения слоя разделения зарядов и формирования ускоряющего зазора протекает одинаково - низко-энергетичная часть спектра совпадает. Следовательно, эта часть спектра может быть удалена путем вычитания осциллограмм. Результат вычитания осциллограмм представлен на рис. 36. Видно, что ширина пиков существенно снижается -результат не содержит низкоэнергетич-ной части спектра. Экспериментально показано, что метод вычитания импульсов различной длительности позволяет провести детальное исследование энергетического спектра ионов и восстановить первоначальный спектр на входе в трубу дрейфа, поскольку снимается вопрос о моменте пересечения ионами потенциальной сетки ускоряющего промежутка. Чем меньшую длительность имеет исследуемый интервал времени, тем более точен получаемый результат.

Результат вычитания осциллограмм, полученных с использованием дополнительной заземлённой сетки, расположенной на расстоянии 3 мм от потенциальной сетки на входе в ТД, приведен на рис. Зв. Из представленных данных следует, что использование дополнительной сетки позволяет не только уменьшить ширину результирующих пиков до 170 не, но и получить моноэнергетический пучок с энергией, близкой ZeU в интервале времени, когда в неограниченном зазоре процесс динамического расширения ещё не закончен. Несмотря на существенное снижение амплитуды полезного сигнала, при использовании дополнительной сетки, интегральные характеристики, определяющие отношение количества ионов

5.0x104 1.0x10 * (, С с)

Рис. 3 Осциллограммы сигнала с ЦФ для "Л плазмы при амплитуде ускоряющего напряжения -2 кВ: а) длительность импульсов напряжения смещения 300 и 325 не; б) результат вычитания осциллограмм, в) результат вычитания осциллограмм при использовании ограничиваю-

щей сетки на входе в ТД разной зарядности в исходной плазме, остаются неизменными.

Очевидно, что ионы, отличающиеся по зарядовому состоянию, но имеющие одинаковую массу, характеризуются различной скоростью (как корень из отношения зарядно-

12

стей ионов разного сорта), а потому могут быть без труда разрешены для практически любой плазмы. Оценим возможности спектрометра с точки зрения разрешения массового состава плазмы. Полагаем, что ZeU »(muí) 12 (ГДС Z, т, Vo - зарядовое состояние, масса и скорость ионов, е - заряд электрона, U - амплитуда потенциала смещения). Отношение времени пролёта трубы дрейфа для ионов с одинаковой зарядностью, но различающихся по массе, будет определяться выражением:

тх1т2 = s\mxl тг

Когда пъ> ионы второго типа будут зарегистрированы на коллекторе через At = t2-Xi после ионов первого типа. По сути, Дт определяет необходимое временное разрешение спектрометра для разделения частиц и может быть выражена, как:

Лт< тх ■{^]m2/ml ь(^т2/m1 -l)/-yJlZeU/mx , где L - длина пролетной базы.

Например, для Ti+ (А = 48) и его изотопа (А = 46) при U = -2 кВ и L = 0,9 м, Дт = 211 не. Это означает, что полученное разрешение позволяет исследовать даже изотопный состав плазмы ионов одного материала с одинаковым зарядовым состоянием.

Примеры практического применения плазменно-иммерсионного времяпролетного спектрометра представлены на рис. 4.

Ti"

Ti" / \

ti" у \1 Ti'

t, МКС

Рис. 4. Сигнал с цилиндра Фарадея: a) Ti; б) W; в) N2; г) Аг

С использованием спектрометра проведено изменения зарядового состояния ионов металлической и газовой плазмы в зависимости от давления реакционного газа - азота. Эксперимнтально измеренные зависимости приведены на рис. 5.

Экспериментально показано, что разрешающая способность плазменно-эмиссионного времяпролетного спектрометра определяется геометрическими парамет-

рами трубы дрейфа, давлением газа в области транспортировки ионного потока амплитудой и длительностью потенциала смещения, конфигурацией и структурой сеточного электрода на входе трубы дрейфа.

Если спектрометр применяется для измерения зарядового и массового состава ва-куумно-дуговой плазмы, отличающейся временной нестабильностью параметров, то для получения надежных результатов необходим статистический набор спектров. В этом случае на полуширину результирующего энергетического спектра ионов будет оказывать влияние и статистический разброс амплитуды ускоряющего напряжения спектрометра, в том числе и в условиях изменяющейся от импульса к импульсу ионной нагрузки генератора. Для устранения этого влияния необходимо применять генератор импульсного напряжения с высокой стабильностью и слабой зависимостью выходного напряжения от тока нагрузки.

На разрешающую способность спектрометра влияет и начальный энергетический разброс ионов в плазме. Например, когда направление распространения плазмы вакуумной дуги совпадает с осью спектрометра, необходимо учитывать, что энергетический разброс ионов в плазме составляет несколько десятков эВ2. Для уменьшения влияния на разрешение спектрометра начального энергетического разброса ионов следует применять ускоряющее напряжение и » V/ / 2е (где \У - средняя энергия направленного движения ионов в плазме).

Влияние на энергетический спектр ионов может оказывать и пространственный заряд пучка. В случае выявления этого фактора необходимо использовать дополнительную систему зарядовой нейтрализации пучка в ТД, или уменьшить его ток до величины, при которой продольное провисание потенциала, не будет оказывать существенного влияния на энергию ионов.

Наконец, при оптимизации разрешающей способности спектрометра необходимо учитывать геометрические параметры системы. При длине пролетной базы Ь и диаметре входной апертуры £> на выходе ТД будет наблюдаться размытие энергетического спектра ионов примерно на /Ж-100 %. Это обусловлено тем, что ионно-оптическая система допускает движение ионов в ТД как параллельно оси, так и под углом а ~ Б/Ь. Снизить влияние этого фактора позволяет коллимирование и фокусировка пучка или увеличение амплитуды потенциала смещения на ТД.

2

Лунев В.М., ГГадалко В.Г., Хороших В.М. Исследование некоторых характеристик плазмы вакуумной металлической дуги //ЖТФ.-1977.-Т. 7.-С. 1486-1495.

10л р. Па а)

ю! «" 10° Р.пад)

Рис. 5. Зависимости изменения зарядового состояния ионов для газовой и металлической плазмы от давления азота в камере: а) в процентном соотношении; б) в абсолютном значении

Влияние пролетной базы на перезарядку ионов исследовано в эксперименте с Ti плазмой для ТД длиной 61 и 35 см. Результаты измерений при давлении азота 0,01-1 Па позволяют сделать вывод, что варьирование длины пролетной базы не влияет на зарядовое состояние ионного потока. Следовательно, перезарядка ионов происходит во время дрейфа плазмы от катода вакуумно-дугового испарителя до входа в плазменно-иммерсионный спектрометр.

В целом, экспериментальные исследования подтвердили высокую разрешающую способность плазменно-иммерсионного времяпролетного спектрометра, позволяющего, в совокупности с предложенными методиками обработки результатов измерений, определять зарядовое состояние ионов с точностью до десятых - сотых долей процента, а массовый состав плазмы с чувствительностью до 1 а.е.м. (Ат = 50-200 не). Внешний вид разработанного времяпролетного плазменно-иммерсионного спектрометра с системой питания представлен на рис. 6.

Во второй главе также обосновывается необходимость проведения комплексных исследований свойств материалов и установления взаимосвязи их изменения от совокупности условий и режимов ионно-лучевого и ионно- Рис- 6- Внешний ВИД спектрометра плазменного воздействия при отработке технологий модификации свойств материалов. Сформирован комплекс аналитического оборудования и методик измерения физико-механических и эксплуатационных свойств поверхностных слоев материалов и покрытий, обеспечивающий высокую достоверность измерения элементного состава и физико-механических характеристик ионно-модифицированных материалов и покрытий в диапазоне: элементный состав с чувствительностью 0,1-0,5 ат. %, с разрешением по глубине 0,5-1 нм; морфология поверхности с разрешением до 1 нм; толщина покрытий 0,1-50 мкм; твердость 0,1-100 ГПа и модуль упругости 10-1000 ГПа с разрешением по вертикали 0,3 нм; адгезионная прочность 0,01-30 Н; коэффициент трения в диапазоне 0,01-1 с погрешностью 0,005; износ 10"2—10"ш мм Н" м". Определяются условия и области применимости оборудования и методик исследования.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований основных закономерностей формирования очищенных от микрокапельной фракции потоков ваку-умно-дуговой плазмы в оптически непрозрачных системах жалюзийного типа. Принцип работы ПФ с плоскопараллельными электродами продемонстрирован на рис. 7.

Очистка плазмы вакуумно-дугового разряда (ВДР) от микрокапельной фракции (МКФ) осуществляется в результате взаимодействия макрочастиц С оптически непро- Рис. 7. Схема принципа работы ПФ зрачными электродами ПФ в направлении

распространения плазменного потока. Распространение заряженного компонента плазмы реализуется в условиях подачи на жалюзийные электроды положительного потенциала 10-20 В и пропускания по электродам тока 300-1500 А.

15

К наиболее важным характеристикам ПФ относятся эффективность прохождения заряженного компонента плазменного потока и степень очистки плазмы от МКФ. Соответствующие коэффициенты (г\) и (ф, определяются, как:^ = /пл<|Л,л и £ = Лш/Л'плф. где Лиф, /щ, - ионный ток насыщения из плазмы на коллектор, а 7Уплф, число частиц, зарегистрированных на поверхности образца при наличии и в отсутствии ПФ.

Экспериментально показано, что эффективность прохождения заряженного компонента плазменного потока зависит от геометрических параметров электродов (длины электродов Ь и ширины межэлектродного промежутка И), рис. 8, угла поворота электродов относительно направления распространения плазменного потока а, подаваемого на электроды положительного смещения 17, а также величины, направления и конфигурации магнитного поля в межэлектродных промежутках ПФ, формируемого при пропускании по электродам тока (Г) и достигает для однощелевой системы электродов 70 %, рис. 9.

Предложено и исследовано несколько вариантов многоэлектродных ПФ для очистки плазменных потоков с широким поперечным сечением, включая плоскопараллельную конструкцию, конструкцию с изменяющемся углом поворота электродов относительно направления распространения плазменного потока, с электродами, выполненными в виде поверхностей второго порядка, с электродами из постоянных магнитов, а также аксиально-симметричных фокусирующих и дефокусирующих систем электродов, рис. 10 и рис.11.

Рис. 8. Эффективность прохождения заряженного Рис. 9. Эффективность прохождения заряженного

компонента плазменного потока в зависимости от компонента плазменного потока в зависимости от

длины электродов (I) и ширины межэлеюродного потенциала электродов. I- (/„ = 1.5-103 А, а = 15°),

промежутка (А) в условиях оптической непрозрачно- 2 -(/,„= 1,5-103 А, а = 45°), 3-(/,„ = 0 А, а = 30°) сти системы: 1-Ь = 30 мм; Л = 10 мм; 2 — Ь = 45 мм; Н= 10 мм; 3 -Ь = 45 мм; А = 15 мм

Рис. 10. Варианты жалюзийных электродов

Рис. 11. Распределение плотности ионного тока насыщения на зонды по сечению плазменного потока на расстоянии 13 см от ПФ (1Д = 100 А). Конфигурация электродов ПФ: а) - сходящаяся, б) расходящаяся: 1а, 2а - без ПФ; За, 4а, 56 - с ПФ. (1а, За) - Согласованное направление магнитных полей катушек ЭДИ, (2а, 4а, 56) - Встречное направление магнитных полей катушек ЭДИ

х 10' , м

Отражение плазменных ионов от формируемого вблизи электродов ПФ положительного потенциала смещения наиболее эффективно реализуется в условиях эксвипотенциализации силовых линий магнитного поля в межэлектродных промежутках жалюзийной системы. Показано, что необходимое для замагничивания электронной компоненты плазменного потока с концентрацией до 109— 1010 ион/см3 магнитное поле составляет от 10"2 до 3-10"2 Т.

На основе экспериментальных исследований и моделирования конфигурации силовых линий магнитного поля в аксиально-симметричной системе электродов показано, что наряду с уже отмеченными выше условиями дополнительное влияние на эффективность транспортировки плазмы в многоэлектродных жалюзийных системах оказывает направление магнитных полей в соседних межэлектродных промежутках, количество электродов, их толщина, а также суперпозиция магнитных полей катушек электродугового испарителя и ПФ, рис.11, 12. Показана возможность управления распределением плотности ионного тока насыщения из плазмы у по сечению потока при изменении пространственного расположения электродов жалюзийной системы, рис. 11.

Рис. 12. Конфигурация силовых линий магнитного поля вблизи электродов ПФ. 1- анод, 2- катушки ВДИ, 3 - дополнительная магнитная катушка, 4 - электроды ПФ, 5- защитный электрод, 6 - катод

Представлены результаты исследования эффективности прохождения заряженного компонента плазменного потока в зависимости от давления в вакуумном объеме. Определена область применимости ПФ при работе в газовой среде. Показано, что стабильная работа электромагнитного ПФ наблюдается в диапазоне давлений электродугового испарителя от 10~3 до 10"1 Па, рис.13.

Исследованы закономерности снижения МКФ при прохождении плазменного потока в межэлектродном пространстве ПФ жалюзийного типа. Показано, что в условиях оптической непрозрачности жалюзийной системы наименьшее количество МКФ регистрируется в телесном угле, определяемом наклоном электродов плазменного фильтра к оси электродугового испарителя, рис.14. Дополнительное снижение МКФ в потоке вакуумно-дуговой плазмы достигается на расстоянии, превышающем геометрический фокус жалюзийной системы, а также в случае применения

электродов с ребристой структурой поверхности. Наиболее вероятным механизмом проникновения капельной фракции на выход ПФ может быть разбрызгивание жидких капель и упругое отражение капель в твердом агрегатном состоянии от электродов ПФ, рис.15 и рис. 16.

Ю-3 10"2 10"' 10° Р, Па

Рис. 13. Изменение ионого тока на выходе ПФ (1-3) и тока в Рис. 14. Схема распределения МКФ

цепи источника дополнительного смещения (4, 5) в на выходе ПФ

зависимости от давления в вакуумном объеме: 1-в отсутствие

ПФ (N2), 2, 4-при наличии ПФ (Аг), 3, 5-при наличии ПФ (N2).

Ток по электродам ПФ-1470 А, потенциал электродов-18 В

Предложена и разработана серия плоскопараллельных и аксиально-симметричных ПФ жалюзийного типа для технологического применения в вакуум-но-дуговых генераторах плазмы и источниках ускоренных ионов, рис.17. Разработанные устройства обеспечивают прохождение до 30-55 % заряженной компоненты плазмы и снижение микрокапельной фракции в 102—103 раз без изменения направления распространения плазменного потока. Обсуждаются возможности повышения степени очистки плазмы вакуумно-дуговой плазмы от МКФ в системах жалюзийного типа, рис.15 и рис. 18. Рассматриваются перспективы применения ПФ в технологических установках, реализующих методы ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов, рис. 19.

№(М!сА)'

0,04 0,08 0,12 0,16 Ь.м 0,05 0,10 0,15 0,20

Рис. 16. Диаграмма изменения количества заре-Рис. 15. Изменение количества МКФ на поверх- гистрированных микрочастиц на поверхности ности подложки в зависимости от расстояния ™ покрытия по сечению плазменного потока

между ПФ и образцом (4 = 150 А).

на расстоянии 25 см от ЭДИ

Зона вероятного появления МКФ

Зона с минимальным содержанием МКФ

Рис. 17. Электромагнитный аксиально-симметричный ПФ жапюзийного типа с дополнительной катушкой и инверторной системой питания

200 300 400 500 600

I., мм

Рис. 18. Изменение тока и скорости осаждения покрытий в зависимости от расстояния до ПФ

а) б)

Рис. 19. Трехмерные изображения поверхности ПК покрытия, сформированные на расстоянии 25 см от ЭДИ: а) без ПФ, б) с ПФ

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию импульсно-периодических и непрерывных аксиально-симметричных и псевдоленточных пучков ионов металлов из плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда в условиях фильтрации плазмы от МКФ. Принцип действия источников основан на непрерывной генерации очищенной от МКФ плазмы непрерывным вакуумно-дуговым разрядом с последующим импульсно-периодическим или непрерывным формированием ионного пучка в диодной системе прямого действия. Структурные схемы источников приведены на рис. 20 и рис. 21.

В импульсно-периодическом режиме формирования ускоряющего напряжения амплитудой до 40 кВ, с длительностью импульсов до 400 мке и частотой их следования до 200 имп/с источник "Радуга-5" обеспечивает генерацию аксиально-симметричного пучка ионов с током до 2 А при средней мощности до 6,4 кВт. При постоянном ускоряющем напряжении 15 кВ продемонстрирована возможность генерации ионного пучка со средней мощностью более 10 кВт. Источник псевдоленточных пучков ионов "Радуга-6" обеспечивает в непрерывном режиме формирование ионного пучка с током до 200 мА при ускоряющем напряжении 40 кВ с пло-

19

щадью поперечного сечения на выходе пучка 600x120 мм2. Ресурс непрерывной работы ионного источника на основе непрерывного ВДР определяется выработкой массивного катода и может достигать нескольких сотен часов. Источники предназначены для применения в технологиях ионной имплантации и ионно-ассистированного осаждения покрытий. Технические характеристики источников приведены в таблице.

Рис. 20. Струюурная схема источника "Радуга-5": 1 - ускоряющая сетка, 2 - ПФ, 3 - катушки с током, 4, 5 - источники питания ПФ, 6 - генератор импульсов ускоряющего напряжения, 7 - блок поджига, 8 - источник питания ВДР, 9 - поджигающий электрод, 10- катод, 11 - анод, 12- сетка для отсечки плазменных электронов

Рис. 2!. Структурная схема источника "Радуга-6": Схема экспериментального стенда: 1 - анод; 2 - водоохлаждаемый катод; 3 - магнитопровод; 4 - ПФ; 5; 6 - сеточный электрод; 7 - изделия; 8; 9 - источники питания ПФ; 10; 11 - источники питания электродугового испарителя; 12 - источник питания ускоряющего напряжения

Технические характеристики источников ионов

"Радуга-5" | "Радуга-6"

Режим генерации плазмы Непрерывный ВДР

Сорт ионов Ионы металлов

Режим генерации ионного пучка Импульсно-периодический/ Непрерывный Непрерывный

Ток дугового разряда, А 90-180 20-200

Зарядовое состояние ионов Определяется зарядовым состоянием ионов в дуговой плазме

Концентрация плазмы на выходе источника, ион/см2 109-5-1010 -

Ускоряющее напряжение, кВ в импульсно-периодическом режиме 20/40

в непрерывном режиме 15 20/30/40

Энергия ионов, кэВ до 160

Ток ионов в импульсе, А до 2 до 0,2

Выходная апертура источника, мм 0 180 600x120

Длительность импульса ионного пучка, мкс 400 -

Частота следования импульсов, имп/с до 200 -

Средняя мощность ионного пучка, кВт в импульсно-периодическом режиме до 6,4

в непрерывном режиме до 10 до 8

Скорость осаждения пленок, мкм/ч до 20 -

Рассмотрены особенности конструкции и системы питания прямоточного, аксиально-симметричного ПФ для ионного источника "Радуга-5". Установлено, что в режиме генерации потоков металлической плазмы эффективность транспортировки плазмы в ПФ источника "Радуга-5", в зависимости от условий эксперимента, составила 30-37 %. Экспериментально и методами численного моделирования показана возможность управления распределением плотности ионного тока по сечению пучка при изменении конфигурации электродов ПФ. Продемонстрированы примеры формирования аксиально-симметричных пучков ионов широкого поперечного сечения с неоднородностью распределения плотности ионного тока не превышающей 25-30 %.

Для формирования псевдоленточного пучка ионов металлов предложен и реализован протяженный вакуумно-дуговой генератор плазмы непрерывного действия с замкнутой траекторией движения катодного пятна на поверхности массивного водоохлаждаемого катода длиной 695 мм и шириной 85 мм. Стабилизация катодного пятна на рабочей поверхности катода реализована в условиях формирования двухарочного магнитного поля с индукцией 50100 Гс, создаваемого набором постоянных магнитов или электромагнитной катушкой. Результаты исследования процессов инициирования и стабильного горения ВДР в разрядной системе протяженного типа показали, что скорость перемещения катодного пятна существенно изменяется в зависимости от материала катода и напряженности магнитного поля в диапазоне от 1,5 м/с до 16,2 м/с при изменении напряженности магнитного поля от 25 до 180 Гс.

Результаты исследования ионно-эмиссионных свойств вакуумно-дугового генератора плазмы протяженного типа с замкнутой траекторией движения катодного пятна в зависимости от индукции магнитного поля вблизи рабочей поверхности катода представлены на рис. 22. Из представленных данных следует, что увеличение индукции магнитного поля приводит к снижению ионного тока насыщения из плазмы. Стабильное горение разряда наблюдается при индукции магнитного поля 50-100 Гс. При этом значении магнитного поля ионный ток насыщения из плазмы достигает 4 % от тока разряда. Рассмотрены различные системы формирования магнитного поля вблизи поверхности протяженного катода. В результате оптимизации конструкции магнито-провода достигнута 75 % выработка катода.

Очистка плазмы непрерывного ВДР от МКФ в испарителе протяженного типа реализована с использованием прямоточного электромагнитного ПФ жалюзийного

21

<

2-Ц-,-.-,---,---

50 100 150 В, гс

Рис. 22. Ионный ток насыщения из плазмы в зависимости от магнитного поля при токе ВДР 145 А.

Рис. 23. Зависимости изменения ионного тока насыщения на коллектор (7К) от тока по электродам ПФ (/„ф) и напряжения смещения на электродах

типа. Конструкция ПФ представляет собой оптически непрозрачную систему прямолинейных электродов, наклоненных под углом к направлению распространения плазменного потока. На электродах ПФ формируется положительный по отношению к плазме потенциал смещения до 18 В. Электронная компонента плазменного потока замагничивается магнитным полем, формируемым при пропускании по электродам ПФ постоянного тока, изменяющегося от 400 до 700 А. Зависимости изменения ионного тока насыщения на коллектор, расположенный на выходе ПФ, при индукции магнитного поля на поверхности катода 58 и 112 Гс приведены на рис. 23. При оптимизации топографии магнитного поля ионный ток насыщения из плазмы достигает 1,8 А, что обеспечивает необходимую эмиссионную среду для эффективной работы ионного источника. Полученные результаты позволяют сделать прогноз о перспективности применения предложенной конструкции протяженного генератора плазмы не только в источнике ускоренных ионов, но и в генераторах металлической плазмы для использования в технологиях ионно-плазменного осаждения покрытий на крупногабаритные изделия.

Разработано и экспериментально исследовано несколько вариантов сеточных блоков для систем формирования аксиально-симметричных и псевдоленточных ионных пучков. Для источника аксиально-симметричного ионного пучка экспериментально установлено, что применение в сеточном блоке системы перемещающихся проводников снимает проблемы, связанные с нарушением юстировки сеток в результате их провисания под действием значительных тепловых нагрузок, а также с отслоением пленки, сформированной на поверхности струн в режиме генерации источником потока металлической плазмы, и обеспечивает длительную и надежную работу источника при 95% прозрачности сеточных электродов.

При формировании ионного пучка высокой средней мощности надежная и длительная работа источника достигается применением сеточной системы с постоянным натяжением струнных проводников в условиях их самоочистки (испарении и/или распылении продуктов эрозии материала катода) под воздействием ионов. Разработанные ионно-оптические системы обеспечивают стабильную работу источника в диапазоне изменения давления в вакуумном объеме от 5-Ю"2 Па для £/уск = 40 кВ до 10"1 Па для С/уск = 20 кВ.

Рис. 24. Распределение эквипотенциальных линий электрического поля и траектории движения заряженных частиц в области формирования ионного пучка для системы с расходящейся геометрией электродов ПФ

\vvwy//

Рис. 25. Распределение плотности тока по сечению ионного пучка при различном ускоряющем напряжении (/д = 70 А): I) 5; 2) 10; 3) 20; 4) 30; 5) 40 кВ

Показано, что снижение ионного тока на выходе источника при повышении давления в вакуумном объеме преимущественно связано с процессами перезарядки ионов, а также их потерей на аноде и электродах ПФ, вследствие ухудшения условий магнитной изоляции. С учетом особенностей формирования псевдоленточного ионного пучка (периодическое изменение местоположения эмиссионной плазменной границы и периодический характер теплового воздействия на электроды извлекающей системы) разработана ионно-оптическая система источника "Радуга-6" в виде двойной сетки, образованной вольфрамовыми стержнями диаметром 1,5 мм. За счет "горячего" режима работы сеточного блока его конструкционные элементы в меньшей степени подвержены образованию и последующему отслоению пленок. Компенсация теплового расширения вольфрамовых стержней реализована за счет свободного перемещения в держателях.

Приведены результаты моделирования и экспериментальных исследований основных закономерностей формирования и распространения ионного пучка при наличии в диодной системе источника ПФ жалюзийного типа. Рассматривается влияние амплитуды ускоряющего напряжения и конфигурации электродов ПФ на величину и распределение плотности ионного тока на выходе источника, рис. 24. Экспериментально показано, что для аксиально-симметричного ионного источника характерна многопиковая форма распределения плотности тока ионов по сечению пучка, рис. 25. В то же время, вместо пяти ярко выраженных пиков вблизи источника, с увеличением расстояния многопиковая структура в распределении плотности ионного тока сглаживается, рис. 26. Из этого следует, что вблизи ионного источника формируемое распределение плотности ионного тока существенно зависит от структуры и конструкции ПФ. Установлено, что при ускоряющем напряжении 40 кВ ионный ток на выходе источника на 20 % превышает ионный ток насыщения из плазмы, измеренный на выходе ПФ в отсутствие импульсов ускоряющего напряжения.

Рис. 26. Распределение плотности тока О) по сечению ионного пучка (Я) на различном расстоянии от источника (Ь): /д = 90 А; Ц,ск = 20 кВ

Рис. 27. Плотность тока плазменных (1, 2) и средняя плотность тока ускоренных ионов (3-5) на различном расстоянии от источника.

Наблюдаемый эффект связан с проникновением электрического поля в межэлектродные промежутки ПФ с формированием развитой эмиссионной плазменной границы. Эффект повышения ионного тока на 20%, в условиях формирования ионного пучка, по сути увеличивает эффективность прохождения плазмы в электродах ПФ.

а)

Непрерывный режим генерации плазмы в сочетании с импульсно-периодическим формированием ионного пучка позволяет эффективно варьировать интенсивностью и последовательностью ионного и плазменного воздействия на мишень при изменении тока разряда, амплитуды и скважности импульсов ускоряющего напряжения, конструкции и режимов работы ПФ, расстояния от источника до мишени, рис.27. Внешний вид источников "Раду-га-5" и "Радуга-6" показан на рис.28.

В пятой главе описывается физическая модель процессов формирования ускоряющего промежутка в быстро изменяющихся электрических полях вблизи поверхности, погруженного в плазму, потенциального электрода. В отличие от существующих моделей рассматривается случай, когда мишень погружена в направленный поток плазмы вакуумной дуги. Для металлических подложек нагрузка импульсного генератора потенциала смещения имеет как емкостную, так и активную составляющую. Емкостная составляющая проявляется во время переходного процесса, когда слой разделения зарядов увеличивается до стационарного состояния, определяемого законом Чайльд-Ленгмюра или фиксированного расстояния между образцами и сеточным электродом, формирующим эмиссионную границу плазмы.

Процесс формирования потока ионов из плазмы в сторону потенциального электрода при наличии между ними диэлектрической мишени имеет специфическую особенность. В данном случае формируется система типа конденсатора, обкладками которого являются с одной стороны потенциальный проводящий электрод, а с другой стороны плазма. Если диэлектрический образец полностью перекрывает потенциальный электрод, то активная составляющая нагрузки полностью исключена и процессы формирования ионного потока определяются толщиной и диэлектрической проницаемостью подложки, динамикой накопления заряда на поверхности образца, параметрами плазмы и импульса потенциала смещения. При высокой плотности плазмы процесс зарядки емкости, сформированной поверхностью диэлектрической подложки и потенциальным электродом (держателем) завершится достаточно быстро. Поэтому использование импульсов потенциала смещения длительностью, превышающей время зарядки диэлектрической поверхности, представляется не целесообразным. Таким образом, для случая использования диэлектрической мишени принципиально важным является выбор концентрации плазмы, длительности импульса потенциала смещения в зависимости от характеристик диэлектрической мишени (диэлектрическая проницаемость, толщина диэлектрика). Оптимизация совокупности данных параметров должна обеспечить условия, при которых за время

24

б)

Рис. 28. Внешний вид источников ионов металлов: а) "Радуга-5", б) "Радуга-6"

действия импульса потенциала смещения не произойдет существенного уменьшения потенциала на поверхности диэлектрика. и

При плазменно-иммерсионном подходе к формированию ионного потока вблизи диэлектрической мишени принципиально важным является решение вопроса, о компенсации заряда на его поверхности. Если плазменный поток непрерывен во времени, то после отключения потенциала смещения между заряженной ионами поверхностью диэлектрика и плазмой появляется электрическое поле, благодаря которому из плазмы извлекаются уже не ионы, а электроны. Ток электронов и их подвижность существенно выше тока и подвижности ионов, поэтому процесс компенсации заряда на поверхности диэлектрика будет происходить почти мгновенно. Оценки показывают, что время компенсации заряда не будет превышать нескольких наносекунд. Время компенсации играет важную роль, поскольку фактически определяет допустимый фактор заполнения импульсов. Использование импульса потенциала смещения микросекундной длительности и паузы наносекундного диапазона позволяет увеличить коэффициент заполнения импульсов практически до единицы. С другой стороны, это означает, что для больших значений /г—>1 (где /- частота следования импульсов смещения, т - длительность импульса потенциала смещения) может быть реализован не только режим осаждения плазмы, но и режимы традиционной и высококонцентрационной ионной имплантации.

Описан метод короткоимпульсной высокочастотной, с коэффициентом заполнения импульсов от 0,1 до 0,9, плазменно-иммерсионной ионной и плазменной обработки проводящих и диэлектрических материалов в условиях компенсации накапливаемого на поверхности мишени положительного заряда в паузах между импульсами потенциала смещения электронным потоком из плазмы (КВПИ3ОП).

В предложенном методе предполагается, что использование коротких по длительности потенциалов смещения должно быть совмещено с высокой частотой следования импульсов. Это определяется, прежде всего, необходимостью разработки высокопроизводительных и высокотемпературных технологий ионно-лучевой и плазменной обработки материалов с использованием как газовой, так и металлической плазмы. В случае применения металлической плазмы выбор частоты следования импульсов при фиксированной длительности будет определяться не только необходимостью компенсации заряда на поверхности диэлектрика, но и выбором метода ионной и плазменной обработки материалов. Высокочастотный режим формирования импульсов потенциала смещения имеет еще одно важное преимущество. В случае, когда время паузы будет много меньше времени заполнения плазмой ускоряющего зазора после окончания импульса потенциала смещения, каждый последующий импульс будет быстро приводить к восстановлению ускоряющего зазора. Это означает, что энергия извлекаемых из плазмы ионов будет приближаться к энергии ионов, прошедших максимальную разность потенциалов.

На рис. 29 представлены результаты исследования динамики изменения импульсов тока ионов Л на выходе плазменно-

25

__ 1100 не ьу^'^зоо не

650 нс 450 не

150 не ^ V /400 мс 100 НС ' i - I v n \ (\и / 350 нс

. ч.|///ж 300 нс

1,5x105 2,0х105 | т. с

Рис. 29. Осциллограммы импульсов тока, измеренные на выходе трубы дрейфа, Цуск = - 0,5 кВ.

иммерсионного времяпролетного спектрометра, полученные при длительностях импульса потенциала смещения 100-1100 не. При малой длительности импульса напряжения ионы, проходя ускоряющий зазор, приобретают энергию меньшую, чем произведение амплитуды ускоряющего на-пр!яжения и заряда иона. Увеличение длительности импульса приводит к повышению амплитуды сигнала всех пиков и меньшему смещению максимума вправо. Этр означает, что расширение зазора приближается к его стационарному состоянию, определяемому законом Чайльд-Ленгмюра. Данные по ионному току, соответствующие длительности импульса 400 и 450 не, свидетельствуют о том, что формирование зазора практически закончено и положение максимума пика почти не меняется. Ионы, пересекающие ускоряющий зазор после стабилизации эмиссионной границы, ускоряются,^ установившемся электрическом поле и приобретают полную энергию, формируя пик, соответствующий приложенной к промежутку разности потенциалов. Следовательно, энергетические спектры ионов могут быть использованы для определения времени стабилизации ионно-эмиссионной границы плазмы, соответствующего началу формирования ионного потока с максимальной энергией ионов.

Результаты исследований показали, что динамическое формирование слоя разделения зарядов (ускоряющего зазора) оказывается достаточно длительным процессом и составляет сотни наносекунд. Это означает, что для технологических применений нет необходимости использования высокочастотных, короткоимпульсных генераторов с крутыми фронтами импульса. Наличие фронта импульса, составляющего даже несколько сотен наносекунд, приведет только к увеличению полиэнергетич-ности ионов в потоке, но принципиально не изменит динамику его формирования. В то же время, наличие крутого переднего фронта импульса потенциала смещения приводит к значительным по амплитуде емкостным токам электронного смещения, что требует применения более сильноточных генераторов импульсов и снижает энергетическую эффективность.

Анализ осциллограмм тока в цепи потенциала смещения, зарегистрированных при изменении концентрации плазмы от 109 до 6-109 ион/см3 на образцах из Си, А1, нержавеющей стали, даже без предварительной очистки их поверхности от загрязнений и диэлектрических включений, не выявил всплесков тока, характерных для пробойных явлений при потенциале смещения до -4 кВ. Таким образом, применение режимов короткоимпульсного, высокочастотного, плазменно-иммерсионного формирования ионного потока позволяет использовать высокие по амплитуде потенциалы смещения, исключить появление катодных пятен на поверхности металлов, даже загрязненных, и при выполнении определенных условий реализовать режимы, при которых энергия ионов будет определяться полной амплитудой ускоряющего потенциала смещения.

Экспериментальная схема для исследования условий плазменно-иммерсионного формирования ионного потока в быстроизменяющихся электриче-

26

Рис. 30. Схема экспериментального стенда: 1 - источник короткоимпульсного потенциала смещения, 2 - активный делитель, 3 - пояс Ро-говского, 4 - экран, 5 - потенциальный электрод, 6 - диэлектрическая мишень, 7 - потенциометр, 8 - ЭДИ с ПФ, 9 - система питания ЭДИ и ПФ

ских полях вблизи диэлектрических мишеней приведена на рис. 30. На рис. 31 приведены осциллограммы импульсов потенциала смещения, измеренного на поверхности мишени из ситала и стекла при различной концентрации плазмы, а также тока на керамической мишени.

Рис. 32. Область применимости метода КВПИ3ОП при обработке диэлектрических мишеней

Рис. 31. Осциллограммы импульсов потенциала на поверхности мишени из ситала (а) и стекла (с) и тока на керамическую мишень (б): 1 -4-1015 ион/м"3, 2 - 1015 ион/м"3, 3 - XX. Развертка 2 мкс/дел: а) 400 В/дел;б) 0,2 А/дел.

В случае применения диэлектрических мишеней ускоряющее ионы напряжение определяется разностью приложенного потенциала смещения и потенциала на поверхности диэлектрика, динамически изменяющегося в зависимости от характеристик диэлектрика (толщина и диэлектрическая проницаемость), ионного тока, тока электронного смещения и тока вторичной ионно-электронной эмиссии.

Экспериментально показана возможность компенсации ионного заряда на поверхности диэлектрика при использовании биполярных потенциалов смещения. В целом, техническая реализация предложенного подхода по применению биполярных импульсов для формирования потока ускоренных ионов вблизи поверхности погруженной в плазму мишени с различной проводимостью представляется более простой по сравнению с однополярными импульсами потенциала смещения. При этом нейтрализация заряда на поверхности диэлектрика реализуется более эффективно при подаче на неё дополнительного положительного потенциала смещения. Дополнительный технологический эффект от применения биполярных потенциалов смещения видится в возможности эффективного нагрева обрабатываемой поверхности перед' и во время проведения ионно-плазменной обработки изделий.

На рис. 32 представлена диаграмма, отражающая область применимости метода короткоимпульсной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий для обработки диэлектрических материалов при концентрации плазмы от 108 до 1014 см"3. Поверхность определяет режим, при котором средняя энергия ускоренных ионов достигает половины произведения амплитуды ускоряющего напряжения на заряд иона. Область большей эффективности лежит под поверхностью, положение которой определяется с одной стороны произведением плотности ионного тока из плазмы на

длительность импульса ускоряющего напряжения, с другой стороны, отношением диэлектрической проницаемости мишени к её толщине, а также амплитудой потенциала смещения. Предложенный метод может быть реализован с использованием высококонцентрационной плазмы, позволяющей извлекать ионный ток с плотностью в десятки и сотни А/см2 при длительности импульса в десятки или сотни наносекунд. В случае использования плазмы с низкой концентрацией, обеспечивающей ионный ток плотностью в доли миллиампер, длительность импульса потенциала смещения может быть увеличе-на'до десятков и сотен микросекунд без потери эффективности его использования.

В экспериментах с абляционной плазмой, полученной распылением "Л мишени высокоинтенсивным ионным пучком с плотностью тока 300 А/см2 при энергии ионов водорода и углерода до 350 кэВ и длительности импульса 90 не, показано, что для увеличения адгезионной прочности осаждаемого покрытия должны использоваться импульсы потенциала смещения с длительностью, не превышающей 500 не, обеспечивающей возможность применения потенциала с амплитудой до -4 кВ при существенном снижении вероятности взрывоэмиссионных процессов на поверхности мишени.

Шестая глава посвящена созданию современных технологических комплексов для реализации широкого круга комбинированных технологий на основе предложенных в работе методов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов и оборудования по генерации очищенной от МКФ плазмы ВДР и источников ионов проводящих материалов. Определены технологические возможности и области применимости оборудования.

В первом параграфе главы рассмотрена конструкция комплексной установки "Радуга-5С", предназначенной для реализации комбинированных режимов ионной имплантации и осаждения покрытий из плазмы непрерывного ВДР, рис. 33. Установка включает вакуумный пост, источник ускоренных ионов и плазмы на основе непрерывной вакуумной дуги "Радуга-5" и три вакуумно-дуговых генератора плазмы, оснащенных устройствами фильтрации от МКФ. Установка позволяет формировать в последовательном или совмещенном режиме пучки ионов проводящих материалов с током до 2 А при ускоряющем напряжении до 40 кВ с длительностью до 400 мке и с частотой генерации до 200 имп/с, а также потоки плазмы проводящих материалов.

С использованием установки "Радуга-5С" реализованы режимы высокоинтенсивной и высококонцентрационной ионной имплантации с формированием интерме-таллидных систем А1—>N1, А1—>Т1,14—А1—»-Бе на глубине до 2,6 мкм с достижением дозы внедренной примеси до 3,6Т018 ион/см2 при дозе облучения 2,2Т018 ион/см2, рис. 34 и 35. Высокие концентрации легирующей примеси, достигнуты в условиях высококонцентрационной ионной имплантации3. Этот режим реализуется в условиях, когда ионное распыление поверхности компенсируется осаждением металлической плазмы между импульсами ускоряющего напряжения. В результате внедрения атомов имплантируемого мате-

3 Ryabchikov A.I., Nasyrov R.A. Repetitively pulsed, high-concentration implantation // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. - 1991. - V. 61. P. 48-52.

Рис. 33. Внешний вид установки "Радуга-5С"

риала с поверхности вглубь мишени в виде атомов отдачи доза внедренной примеси может превышать дозу облучения. Исследования структурно-фазового состояния ионно-легированных слоев, выполненные сотрудниками ГОУ ВПО "Томский государственный архитектурно-строительный университет" и Института физики прочности и материаловедения СО РАН показали, что в результате ионной обработки в поверхностных слоях всех трех металлов формируются мелкодисперсные выделения систем N1—>А1, Т1—>А1 и Ре—>А14. Для сформированных систем экспериментально подтверждено улучшение ряда физико-механических свойств поверхностных слоев материалов, включая повышение твердости, износостойкости, снижение коэффициента трения, рис. 36, 37.

Технологические возможности установки "Радуга-5С" по формированию покрытий в комбинированном режиме ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки реализованы для системы Т151В. Для нанесения покрытия были использованы источник ионов и плазмы "Радуга-5", электродутовой испаритель, оснащенный электромагнитным аксиально-симметричным ПФ и короткоимпульсный высокочастотный источник напряжения смещения.

Рис. 34. Распределение концентрации элементов по глубине "П мишени при имплантации ионами А1: Средняя энергия ионов 40 кзВ, время обработки 125 мин., доза внедренной примеси 3,6-1018 ион/см2

Рис. 36. Изменение нанотвердости по глубине исходных Л и N1 мишеней и ионно-легированных слоев систем А1—>"П и "П->№

400 600 800 L мм

8- —д— Доза облучения

'"Ч—т—Интегральная доза 2 4 внедренных атомов

0 20 40 60 80 100 t, мин

Рис. 35. Изменение дозы облучения и интегральной дозы внедренных атомов от времени ионной имплантации (1, 2) для системы А1—>Т1 и расстояния до выхода ионного источника (3, 4) для системы 14—>№

4 Kurzina I.A., Kozlov E.V., Sharkeev Yu.P., Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Bozhko I.A., Kalashnikov M.P., Sivin D.O., Fortuna S.V. Influence of ion implantation on nanoscale intermetallic-phase formation in Ti-Al, Ni-A1 andNi-Ti systems // Surface and Coating Technology. - 2007. - V. 201. - P. 8463-8468.

29

-Ti-Al (Режим 4) - Ti

| Ti-Al (Режим A)

\ EZZ3 Ti

ь ( I-1 Ti-Ni (Режим 1)

Ы ea

700 f, °к

Рис. 37. Изменение интенсивности износа и коэффициента трения интерметаллидных систем и мишеней из "П и № в зависимости от температуры

Образцы были подвергнуты воздействию пучка ионов Т1 с плотностью тока 10 мА/см", средней энергией 40 кэВ, длительностью 400 мкс, формируемого с частотой 200 имп/с в условиях высокочастотного формирования на мишени короткоим-пульсных потенциалов смещения амплитудой до 700 В, с последующим снижением потенциала и переходом в режим осаждения покрытия из плазмы вакуумной дуги, генерируемой электродуговым испарителем с катодом И81В. На серии пластин из титановых сплавов было сформировано покрытие толщиной от 5 до 10 мкм с шириной переходного слоя "подложка-покрытие" до 2 мкм, рис. 38.

Исследования микроструктуры и эксплуатационных свойств ^¡В покрытия, выполненные в сотрудничестве с ВИАМ и МАИ (г. Москва) показали, что при толщине покрытия 5 мкм структурные изменения поверхностного слоя, с формированием аморфной фазы, наблюдаются на глубину до 25 мкм от поверхности мишени. Сфор-мйрованное в режиме комбинированной ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки покрытие на основе системы Т^В обладает комплексом свойств, уровень которых существенно превышает характеристики исходного материала. Так, например, эрозионная стойкость Т1Э1В покрытия на образце из сплава ВТ6 в 4 раза превосходит стойкость исходного образца, наблюдается существенное повышение усталостной прочности при циклическом нагружении, до 20 раз зарегистрировано повышение сопротивления солевой коррозии.

Второй параграф главы посвящен разработке комплексной установки для реализации комбинированных режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов, включающей импульсно-периодический источник ионов и плазмы проводящих материалов "Радуга-5", четыре аксиально-симметричных электродуговых испарителя с электромагнитными ПФ жалюзийного типа, генератор газовой плазмы с накаленным катодом "ПИНК", среднечастотную дуальную магнетронную распылительную систему, короткоимпульсный высокочастотный генератор напряжения смещения, рис. 39. Установка обеспечивает генерацию с частотой до 200 имп/с длинноимпульсных (до 400 мкс) пучков ионов проводящих материалов с током до 2 А при ускоряющем напряжении 20 и 40 кВ и короткоимпульсных (1-10 мкс) газоме-тадлических ионных потоков при напряжении до 4 кВ с током до 20 А при частоте генерации импульсов до 105 и коэффициентом заполнения до 0,9. Технологические возможности установки обеспечивают совместную работу всего электрофизического оборудования в диапазоне давления 10"2-5Т0"' Па. Последовательная и (или) совместная генерация ионных пучков и плазменных потоков обеспечивает реализацию режимов очистки и активации поверхности материалов, высокоинтенсивной и высо-

30

Рис. 38. Профили распределения элементов по глубине мишени и толщине ПЭ® покрытия

I

Рис. 39. Внешний вид установки

коконцентрационной ионной имплантации, формирования широких переходных слоев между основой и покрытием, нанесения покрытий в условиях интенсивного ионного перемешивания на проводящих и диэлектрических материалах.

Принципиально новые возможности для реализации комбинированных режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов предоставляет метод высокочастотной короткоимпульсной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаяедения покрытий. Например, применение коротких по длительности потенциалов смещения многократно снижает вероятность инициирования микродуговых процессов на поверхности обрабатываемых изделий, в том числе при многократном (до нескольких кВ) повышении потенциала смещения на изделии по сравнению с "традиционными" технологиями.

Дополнительные преимущества метода связаны с возможностью, при определенной концентрации плазмы, осуществлять эффективную обработку изделий сложной геометрической формы и изделий с различной проводимостью, включая диэлектрики в широком диапазоне изменения плотности ионного тока из плазмы, рис.40.

Технологические преимущества установки связаны с возможностью адаптации комплекса к реализации различных технологических задач и его оперативной модернизации. Например, конструкция вакуумной камеры обеспечивает возможность быстрого изменения конфигурации входящего в состав комплекса оборудования путем замены съемных стенок. Это позволяет увеличить число используемых электродуговых исяа-рителей до 8 шт., или четырех MPC. В частности, универсальное крепление генераторов плазмы предоставляет возможность адаптации установки для обработки крупногабаритных изделий или формирования многокомпонентных покрытий с катодами

Рис. 41. Области изменения средней плотности мощности ионов (Ж) (1-4) при у = 10 мА/см2 и соотношение плотности ионного тока насыщения из плазмы /„л и ускоренных ионов _/ион в зависимости от коэффициента (О) заполнения импульсов (5, б): 1,2- плазменно-иммерсионный подход (£/см = 1 кВ и 4 кВ соответственно), 3, 4 - "Радуга-5" (£Ууск = 20 кВ и 40 кВ соответственно), 5 — плазменно-иммерсионный подход, б - "Радуга-5" (£/уСк = 40 кВ, т = 400 мкс на расстоянии 80 см от источника)

Режимы энергетического воздействия на материалы, реализуемые с использованием комплексной установки, приведены на рис. 41. В зависимости от способа формирования ионов их энергия, с учетом зарядового состояния, может изменяться от нескольких десятых до 160 кэВ и достигать при плотности ионного тока 10 мА/см2 средней плотности мощности до 36 Вт/см2. При этом для плазменно-

Ионная имплантация без осаждения ионов из плазмы

°нная ионная имплантация

Ионно-ассистированное осаждения

30

40 Е, кэВ

Рис. 40. Области реализации режимов обработки материалов с использованием метода КВПИ3ОП

различного элементного состава.

иммерсионного режима формирования ионного потока отношение плотности тока насыщения ионов из плазмы и плотности тока ускоренных ионов, в зависимости от коэффициента заполнения импульсов, может изменяться от 0,1 до 0,9. В случае формирования ионного пучка в источнике "Радуга-5" соотношение плазменных и ускоренных ионов может изменяться и за счет расстояния от источника до мишени и составлять, например, на расстоянии 80 см от его выхода от 3,2 до 0,15, в зависимости от коэффициента заполнения импульсов.

С использованием комплексной установки и предложенных в работе методов обработки материалов отработана технология улучшения физико-механических свойств однослойных (ТйЧ, "ПАНЧ) и формирование многослойных, функционально-градиентных, наноразмерных и наноструктурных покрытий системы (ПА1)М/Т1Ы, состоящих из 23 отдельных слоев толщиной от 200 до 500 нм., с достижением низкой шероховатости поверхности, высокой адгезионной прочности, износостойкости и твердости, рис. 42, 43, 44. В многослойных системах чередование отдельных слоев покрытия реализовано в условиях перемещения держателей с образцами от одного электродугового испарителя к другому. Толщина отдельных слоев устанавливалась скоростью перемещения образцов. Стехиометрический состав покрытия достигался выбором давления в вакуумном объеме и соотношением основных компонентов в композиционном катоде или соотношением тока ВДР, при использовании одноэлементных катодов. По сравнению с "традиционными" однослойными системами для многослойных покрытий характерно повышение основных физико-механических свойств, а также изменение механизма трещинообразования с поперечного, к продольному вдоль отдельных слоев, рис.46.

Рис. 42. Схема эксперимента по нанесению покрытий Рис. 43. Изображение сферического шлифа

составов ТТЫ, (Т1А1)1Ч, (ПА^МАПЫ: ./-вакуумная ка- многослойной СПАШуПЫ структуры: тол-

мера, 2-электродуговой испаритель с ПФ, щина покрытия 4,5 мкм, число слоев 23 3-генератор газовой плазмы, 4-образцы, 5-экраны, 6-нагреватели, 7-высоковольтный генератор

а)

Рис. 44. Профиль поверхности покрытия: а) иш = 500 В); в) - (ПА1)Ы с ПФ

б)

- ТтЫ в отсутствие ПФ; б)

- там с ПФ (/„- =

в)

125 А,

Толщина покрытия, мкм F„ cog, Н5 F„ ad, Н6

Т1К без ПФ- постоянный потенциал смещения 5 0,81

"ПИ с ПФ - постоянный потенциал смещения 5 1,17

таЧ- импульсно-периодический потенциал смещения 5 2,67 4,25

ТШЫ - импульсно-периодический потенциал смещения 3,5 3,62 6

■ПАГЫ - с периодически изменяемой структурой 5,4 3,34 6

СПА1)ЮТй>1 - импульсно-периодический потенциал смещения 5,4 4,05 7,5

-.........-.........а) ■■■НННННИб) ■■■НМВННМвв)

Рис. 45. Изображение трека от индентора: однослойное (*ПА1)К покрытие: а) при постоянной амплитуде потенциала смещения, б) с периодически изменяемой структурой; в) многослойная система ('ПАЦК/'Ш

Благодаря возможности варьирования в широких пределах амплитудой импульса напряжения смещения, высокие значения адгезионной прочности были достигнуты и для однослойного СПА1)К покрытия, сформированного в условиях динамического изменения энергии ионов в процессе конденсации покрытия. Изображение сферического шлифа градиентно-структурной системы представлено на рис. 46. Периодичность изменения полос соответствует динамически изме- Рис. 46.СфеРический пшиф градиентно-няющейся энергии ионов. При соответствующем структурного (ТШ)Ы покрытия выборе концентрации плазмы кратковременное

изменение энергии ионов позволяет поддерживать оптимальную температуру процесса. На рис 47 и 48 представлены результаты измерения твердости сформированных покрытий и трибологических характеристик в зависимости от соотношения Потоков А1 и Т1 плазмы, а также приложенного к образцам короткоимпусного высокочастотного потенциала смещения. Эрозионные испытания многослойных систем, сформированных на лопатках ГТД из сплава ВТ—13У, выполненные на стенде ВИАМ, показали увеличение эрозионной стойкости лопаток ГТД практически на порядок.

Fn cog - нормальная нагрузка, при которой происходит отслоение покрытия по сторонам царапины F„ ad - нормальная нагрузка, при которой происходит полное отслоение покрытия внутри трека

33

£ 3000

1000

и 3

9 0.8-о

о 0.6-§

ь

5 0.4

^И. без удаления продуктов износа I I - с удалением продуктов износа

1-Р6М5; 2 - - без ПФ (иси= - 250 В)

3 - Т|М - с ПФ (иа|= - 250 В); 4 - ТМ - с ПФ (и;ц= - 750 В) 5-™ - с ПФ ;и и= -1500 В): 6 - - с ПФ (Мм= - 2250 В) 7 - {Т1А|)Н - с ПФ {1Д("П) = 125 А. 1Д(А|) = 70 А) 8- (Т1А|)И - с ПФ (|д(Т!) = 125 А, ¡д{А|) = 80А)

9 - (Т:А1)Н - с ПФ О/Т/) = 125 А, ¡¿АЦ = 90 А)

10 - 01А|)М - с ПФ (!Д("П) = 125 А: |д{А|) = 100 А)

11 -СПА|)КЛГШ

1 2 3 4 5 6

Рис. 47. Изменение твердости покрытия Рис. 48. Интенсивность износа образцов из стали Р6М5 в в зависимости от режимов нанесения зависимости от условий испытания, типа покрытия и покрытий. Максимальная нагрузка на режимов их формирования индентор 100 мН. (Ток ВДР с Т1 катодом 112 А)

В третьем параграфе главы рассмотрена комплексная система реализации гибридных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки крупногабаритных изделий. Установка предназначена для реализации гибридных технологий ион-но-лучевой и ионно-плазменной модификации свойств поверхностных слоев, включая нагрев, ионную очистку и активацию поверхности, традиционную и высококонцентрационную, в том числе короткоимпульсную высокочастотную плазменно-иммерсионную имплантацию ионов газов и проводящих

материалов, ионно-ассистированное азотирование, формирование переходных слоев между основой и покрытием, нанесение одно- и многослойных покрытий способом конденсации вещества с ионным ассистированием на проводящие и диэлектрические изделия диаметром до 0,8 м и длиной до 1 м. Внешний вид установки представлен на рис. 49. Принципиальные преимущества созданной установки связаны с высокой производительностью, возможностью обработки крупногабаритных изделий и изделий сложной геометрической формы, в том числе в различных газовых средах.

'Электрофизическое оборудование размещено на базе вакуумного поста, включающего камеру объемом 1,3 м , системы питания, управления, вакуумирования, водоохлаждения, газораспределения и диагностики. Фланцы для размещения источников ионов и генераторов плазмы унифицированы по размеру, что позволяет в широких пределах изменять конфигурацию оборудования для различных технологических режимов обработки изделий.

Высокий технологический уровень установки, во многом, определяется использованием автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). Разработанная совместно с ООО «ИНСИТЕК» (г. Томск) АСУ ТП обеспечивает возможность работы установки в ручном и автоматическом режимах.

Рис. 49. Внешний вид установки

Блочная конфигурация системы позволяет реализовать программно-управляемую работу как отдельных систем, так и всего комплекса в целом, рис. 50. Предложенная конфигурация АСУ ТП на базе промышленных контроллеров и системы управления БСАОА представляет собой открытую структуру с возможностью оперативного расширения как технологических, так и аппаратных средств разработанного комплекса.

Для генерации псевдоленточных ионных пучков с током до 0,2 А при ускоряющем напряжении 20, 30 и 40 кВ установка оснащена источником "Радуга-6". Поперечное сечение пучка составляет 600x120 мм. Формирование пучков ионов газов реализовано с использованием, разработанного в институте электрофизики УрО РАН (г. Екатеринбург), источника ленточного пучка с поперечным сечением 600x100 мм, средним током ионов 0,2 А при ускоряющем напряжении, изменяемом дискретно от 20 до 40 кВ с шагом 10 кВ. Благодаря применению унифицированных фланцевых соединений, конструкция вакуумного поста обеспечивает возможность одновременной установки и использования обоих источников ионов.

Для генерации потоков газовой и металлической плазмы в состав установки включены вакуумно-дуговые генераторы металлической плазмы протяженного типа с замкнутой траекторией движения катодного пятна с площадью рабочей поверхности катода 600 см2 при длине 1 м, протяженные (1 м) генераторы газовой плазмы на основе источника дугового разряда низкого давления с накаленным катодом ПИНК-П-1.0М, разработанным в институте сильноточной электроники СО РАН, а также двумя среднечастотными дуальными магнетронными распылительными системами с размерами мишеней 900x120 мм. Изолированные друг от друга магнетроны подключены к источнику питания, формирующему прямоугольные импульсы напряжения с частотой 4-104 с"1. Ток разряда при использовании в качестве рабочего газа Аг достигает 30 А.

Наряду с источником металлических и газовых ионов, ионная имплантация и ионное ассистирование процессов осаждения покрытий на базе установки могут быть реализованы и в условиях короткоимпульсного высокочастотного плазменно-иммерсионного формирования ионного потока. Для реализации этого режима установка укомплектована источником напряжения смещения, формирующим последовательность импульсов амплитудой от -0,5 до -г\ кВ с частотой 105 имп/с. Возможность изменения длительности импульсов от 1 до 10 мкс позволяет формировать последовательность импульсов с коэффициентом заполнения от 0,1 до 0,9 с током на образцы до 20 А. С учетом того, что конструкция установки позволяет использовать до 4-х протяженных электродуговых испарителей, ток на образцы в режиме конденсации покрытия может достигать 50 А. В этом случае может быть использован, имеющейся в составе установки, комплект инверторных источников напряжения смещения "ЕБВ-32/550" и "ЕЬВ-48/350". Две ступени источников питания обеспечивают при токе разряда до 32 А напряжение смещения от -300 до -900 В и от -30 до -350 В при ионном токе до 50 А.

Рис. 50. Внешний вид окна интерфейса' "Источники"

В заключении кратно сформулированы основные результаты диссертационной работы. Приведены сведения об апробации результатов, полноте опубликования в научной печати, содержащихся в работе результатов и выводов, личном вкладе автора.

Основной итог выполненной работы состоит в том, что на основе совокупности полученных научных и практических результатов созданы: новый метод плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий; плазменно-иммерсионный времяпролетный спектрометр для измерения элементного состава и зарядового состояния ионов в газовой и металлической плазме, новые источники ионов металлов, генерирующие в импульсно-периодическом и непрерывном режимах пучки с широким поперечным сечением и обладающие широкими функциональными возможностями; фильтры для очистки плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции, а также серия установок для реализации комплексных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки поверхности материалов.

Более детально результаты работы формулируются следующим образом.

1. Установлены закономерности распространения плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда в оптически непрозрачных системах жалюзийного типа в условиях пропускания по электродам постоянного тока и формирования на них положительного потенциала смещения. На основе полученных результатов предложена и разработана серия прямоточных электромагнитных плазменных фильтров с аксиально-симметричными и плоскими электродами жалюзийного типа, обеспечивающих высокую эффективность прохождения заряженного компонента плазменного потока и высокую степень очистки вакуумно-дуговой плазмы от микрокапельной фракции. Определены основные закономерности влияния геометрических размеров и конфигурации электродов фильтра, различных условий магнитной изоляции электродов, величины положительного потенциала смещения на электродах, давления остаточного газа на параметры плазменного потока на выходе фильтра.

2. Экспериментально установлены закономерности изменения энергетического спектра ионов при формировании на поверхности, погруженных в вакуумно-дуговую плазму, проводящих и диэлектрических мишеней в зависимости от амплитуды импульса отрицательного потенциала смещения, его длительности и частоты следования, параметров плазмы и характеристик мишени. В результате выполненных работ предложены и практически реализованы метод и устройство для измерения зарядового состояния и массового состава ионов в газовой и металлической плазме на основе -короткоимпульсного плазменно-иммерсионного извлечения ионов из плазмы, их транспортировки в эквипотенциальном пространстве трубы дрейфа с разделением на отдельные компоненты и последующей регистрацией импульсов тока. Определены основные закономерности влияния геометрических размеров трубы дрейфа, амплитуды и длительности потенциала смещения, давления газа, характеристик системы регистрации токовых импульсов на разрешающую способность спектрометра. Разработанный плазменно-иммерсионный времяпролетный спектрометр отличается простой и компактной конструкцией, не требует применения дополнительных систем формирования ионного пучка, обеспечивает измерение с высоким разрешением зарядового состояния и массового состава газовой и металлической плазмы и может быть использован для диагностики параметров плазмы в составе установок ионно-плазменного нанесения покрытий при проведении экспериментальных исследований и отработке технологий ионно-плазменной модификации материалов.

36

3. Предложен и разработан метод короткоимпульсной высокочастотной, с коэффициентом заполнения импульсов от 0,1 до 0,9, плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий применительно к мишеням с различней проводимостью в условиях компенсации накапливаемого на поверхности мишеци положительного заряда в паузах между импульсами потенциала смещения электронным потоком из плазмы. Показана возможность использования метода для реализации широкого круга режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов, включая нагрев образцов, ионную имплантацию, в том числе высококонцентрационную, формирование переходного слоя между основой и покрытием, осаждение покрытий с ионным ассистированием на материалы с различной проводимостью. Установлены условия и область применимости метода при обработке диэлектрических мишеней, а также при изменении в широком диапазоне концентрации плазмы.

4. Показана возможность формирования импульсно-периодических и непрерывных аксиально-симметричных и псевдоленточных пучков ионов металлов из плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда в условиях фильтрации плазмы от микрокапельной фракции. Разработаны источники импульсно-периодических и непрерывных аксиально-симметричных и псевдоленточных пучков ионов металлов из плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда в условиях фильтрации плазмы <от микрокапельной фракции, отличающиеся от известных устройств высокими техническими параметрами, надежностью, большим ресурсом работы и широкими функциональными возможностями. Показано, что источники обладают необходимым набором параметров для применения в технологиях ионной имплантации и ионно-ассистированного осаждения покрытий. !

5. На основе разработанных ионных источников, фильтров для очистки плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции и метода короткоимпульсной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий создана серия технологических комплексных установок для реализации комбинированных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов. Показана возможность применения установок для использования в технологиях ионной имплантации с формированием интерметаллидных систем Al-Ni, Al-Ti, Ti—Ni, Al-Fe с высокой концентрацией легирующей примеси, на глубине существенно превышающей проективные пробеги ионов, формирования многослойных (TiAl)ATiN покрытий с наноразмерными слоями, композиционного TiSiB покрытия, с обеспечением значительного увеличения физико-механических и эксплуатационных свойств материалов. Разработанные технологические комплексы соответствуют требованиям, предъявляемым к оборудованию для применения в промышленности и при проведении научно-исследовательских работ. Установки могут применяться в различных отраслях машиностроительного производства, в том числе для обработки крупных партий изделий, включая крупногабаритные и сложной геометрической формы с целю повышения износостойкости, твердости, коррозионной и эрозионной стойкости и других физико-механических свойств.

6. Разработка и создание источников, ориентированных на технологическое применение, позволили развить прикладные исследования материаловедческого характера с применением ионных пучков и очищенных от МКФ потоков металлической плазмы в научно-исследовательском институте ядерной физики (г. Томск), институте физики прочности и материаловедения СО РАН, НПФ "Эвротех", ООО "Центр новых технологий", ГОУ ВПО "Уфимский авиационный технический университет", ГОУ ВПО "Си-

37

бирский государственный медицинский университет", Пекинском исследовательском

институте авиационных технологий, ФГУП "ММПП "Салют".

Список основных публикаций автора по теме диссертации

1. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I. A., Stepanov I.B. Development of filtered DC metal plasma ion implantation and coating deposition methods based on high-frequency short-pulsed bias voltage application // Vacuum. - 2005. - V. 78. - P. 331-336.

2. Рябчиков А.И., Дектярев C.B., Степанов И.Б. Источники "Радуга" и методы импульсно-, периодической ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов // Известия вузов. .Физика. -1998. -№ 4. - С. 193-207.

3. Рябчиков А.И., Дектярев С.В., Степанов И.Б. Особенности эмиссионных свойств импульс-■ных широкопучковых источников ионов и плазмы на основе испарения металла вакуумной 'дугой // Известия вузов. Физика. - 1994. - Т. 37. - № 2. - С. 82-92.

4. Степанов И.Б. Разработка и исследование источника ускоренных ионов и плазмы на основе непрерывного вакуумно-дугового разряда и систем очистки плазмы от микрокапельной фракции: Дис.... канд. техн. наук. - Томск, 1998. - 186 с.

5. Ryabchikov A.I., Dektjarev S.V., Stepanov I.B. The metal vapor vacuum arc ion sources Raduga // ■Rev. Sci. Instrum. - 1994. - V. 65. - № 10. -P. 3126-3130.

6. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. Investigations of forming metal-plasma flows filtered from mi-icropaticle fraction in vacuum-arc evaporators // Rev. Sci. Instrum. - 1998. V. 69. - P. 893-897.

7. Ryabchikov A.I., Petrov A.V., Stepanov I.B., Shulepov I.A., Tolmachjeva V.G. High current and ;high intensity pulsed ion beam sources for combined treatment of materials // Rev. Sci. Instrum. -;2000. - V. 71. - P. 783-785.

8. Petrov A., Ryabchikov A., Stepanov I., Struts V., Tolmachjeva V., Usov Yu., Shulepov I. Processes of material surface modification under combined treatment by pulsed ion beams of different power and plasma flows //13th International Conference on High-power Particle Beams. - Nagaoka, Japan, .2000.-P. 117.

9. Petrov A., Ryabchikov A., Stepanov I., Struts V., Polkovnikova N., Usov Yu., Shulepov I. Research on Materials Surface Element Structure Formation under the Combined Treatment with Pulsed Ion

'I Beams of Different Power // 12th International Conference on Surface Modification of Materials by Ion Beams. - Marburg, Germany, 2001. - P. 37-40.

10. Petrov A., Ryabchikov A., Stepanov I., Struts V., Tolmacheva V., Usov Yu. Mass Transfer of ' Elements in the Undersurface Layers Under Combined Treatment by Pulsed Ion Beams and Plasma л Flows // 5th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology. - Tomsk, 2001. -' ■V. l.-P. 363-366.

11. Рябчиков А.И., Степанов И.Б. Исследования по формированию очищенных от микрокапельной фракции потоков металлической плазмы // Модификация свойств конструкционных 'материалов пучками заряженных частиц: Тез. докл. IV Всероссийской конференции. -Томск, 1996.-С. 29-31.

12. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. A New Micropatical Filtering System for Vacuum Arc Plasma Generators // 18 th Symposium on Plasma Physics and Technology. - Prague, Czech Republic, 1997.-P. 56.

13. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. Investigations of forming metal-plasma flows filtered from mi-cropaticle fraction in vacuum-arc evaporators // 7th International Conference on Ion Sources. -Taormina, Italy, 1997. - P. 23.

14. Рябчиков А.И., Степанов И.Б. Исследования по формированию очищенных от микрокапельной фракции потоков металлической плазмы в элекгродуговых испарителях // Взаимодействие излучений с твердым телом: Тезисы II-й международной конференции. - Минск, Беларусь, 1997.-с. 184.

15. Stepanov I.B., Ryabchikov I.A., Dektyarev S.V. Investigation of tungsten dc vacuum arc characteristics. Technological application //Surface and coatings technology. - 2007. - V. 201. -, P. 6526-6529.

16. Рябчиков А.И., Рябчиков И.А., Степанов И.Б. Способ измерения спектра ионов и время-пролётиый спектрометр ионов: пат. 2266587 Рос. Федерация. № 2004122707/28; заявл. 23.07.2004; опубл. 20.12.05, Бюл. № 35.

17. Sinebryukhov A.A., Dektyarev S.V., Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. Investigation Of Plasma Filter Influence On Ions Charge State Of Dc Vacuum Arc Plasma // Ion Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings of 7th International Conference. - Tomsk, 2004.-P. 16-19.

18. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Sinebryukhov A.A. Plasma Immersion Ion Charge State and Mass Spectrometer // Proceedings of the 11th International Conference on Ion Sources. - Caen, France, 2005. - P. 205. i

19. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Usov YU.P. New approaches to Plasma Diagnostics // Plasma-Based Ion Implantation and Deposition: Proceedings of the 8th International Workshop. - Chengdu, China, 2005. - P. 18-22.

20. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Sinebryukhov A.A. Plasma immersion ion charge state and mass spectrometer // Rev. Sci. Instrum. - 2006. - V. 77. - P. 303-307.

21. Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Еремин C.E., Сивин Д.О., Дектярев C.B. Плазменно-иммерсионный времяпролетный спектрометр для исследования массового и зарядового состава газовой и металлической плазмы // Известия вузов. Физика. - 2009. - Т. 52. - №11/2. -С. 112-116. 1

22. Степанов И.Б. Аксиально-симметричные фильтры жалюзийного типа для очистки плазмы вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции // Технология машиностроение. -2007.-№5.-С. 44-51.

23. Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Еремин С.Е. Исследование зарядового состояния газовой и металлической плазмы с использованием плазменно-иммерсионного времяпролетного спеюро-метра // Известия Томского политехнического университета. - 2010 - Т. 316. - № 4. - С. 90-93.

24. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Usov Yu.P. New approaches to Plasma Diagnostics // Surf and Coat Technol. - 2007 - V. 201. - P. 6635-6637. .

25. Stepanov I.B. The center for collective use - as a subject of regional and scientific-educational complex and innovation activity // Centers for collective use of analytical instrumentation: present status and prospects: Proceedings of All-Russian Conference. - St. Petersburg, 2004. - C. 58-59.

26. Stepanov I.B., Shulepov I.A., Sivin D.O., Eremin S.E. Methods and Equipment for Complex Investigation of Modified Surface Layers and Coatings // Известия вузов. Физика. - 2006. № 8. -Приложение. - С. 497-500.

27. Ерёмин С. Е., Сохорева В.А., Степанов И.Б., Шулепов И.А. Комплексные исследования модифицированных поверхностных слоев и покрытий // Новые материалы и технологии НМТ-2006: Материалы Всероссийской научно-технической конференции. - Москва, 2006. -T. 1.-С. 67-68.

28. Степанов И.Б., Шулепов И.А., Солдатов А.И., Сорокин П.В. Автоматическое управление и регистрация на Оже-спектромегре 09 ИОС-3 // Приборы и техника эксперимента. - 2003 -№ 3. - С. 166-167.

29. Stepanov I.B., Shulepov I.A., Mankov G.V. Non-Etalon Atomic Emission Method Of Quantitative Element Analysis Of Materials // Ion Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings of 7 th International Conference. - Tomsk, 2004. - C. 503-507.

30. Kozlov E.V., Ryabchikov A.I., Sharkeev Yu.P., Stepanov I.B., Fortuna S.V., Sivin D.O., Kurzina I. A., Prokopova T.S., Mel'nik I. A. Formation of intermetallic layers of high intensity ion implantation // Surface and Coating Technology. - 2002 - V. 158-159. - P. 343-448.

31. Козлов Э.В., Рябчиков А.И., Шаркеев Ю.П., Фортуна С.В., Степанов И.Б., Курзина И.А., Сивин Д.О., Мельник И.А., Прокопова Т.С., Шулепов И.А. Формирование интерметаллид-ных слоев методом высокоинтенсивной ионной имплантации. 1. Элементный состав и макроскопические характеристики титана, имплантированного алюминием // Модификация материалов пучками частиц и плазменными потоками: Труды 6 конференции. - Томск, 2002. -С. 238-241.

32. Козлов Э. В., Рябчиков А. И., Шаркеев Ю. П., Курзина И. А., Фортуна С. В., Степанов И. Б., Сивин Д. О., Божко И. А., Калашников М. П. Формирование наноразмерных интерметал-лидов при высокоинтенсивной имплантации ионов алюминия в никель, титан и железо // Радиационная физика твердого тела: Труды международного совещания. - Севастополь, 2003.

— С. 364-368.

33< Козлов Э.В., Рябчиков А.И., Шаркеев Ю.П., Курзина И.А., Фортуна С.В., Степанов И.Б., Божко И.А., Калашников М.П., Сивин Д.О. Формирование жаропрочных и износостойких поверхностных слоев микронных толщин на основе ультрадисперсных интерметашщцов при высокоинтенсивной ионной имплантации // Физика прочности и пластичности материалов: Труды XV Международной конференции. - Тольятти, 2003. - С. 3-31.

34. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Geikin V.A., Nochovnaya N.A., Legostaev V.N., Shulepov I.A., Sivin D.O., Eremin S.E. (Ti, A1)N and (Ti, Al)N/TiN Multilayer Coating Deposition Using Filtered ;Vacuum Arc Plasma // 9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. - Tomsk, 2008. - P. 631-634.

35:. Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Шулепов И.А., Сивин Д.О. Комплексное исследование модифицированных поверхностных слоев и покрытий // Известия вузов. Физика. - 2007 - № ,10/3.-С. 10-15.

36'Р Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Dektjarev S.V., Sergeev O.V. Vacuum arc ion and plasma source Raduga 5 for materials treatment // Rev. Sci. Instrum. - 1998. - V.69. - P. 810-813.

37;. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Sivin D.O., Stepanov I.B. Recent advances in surface processing with filtered DC vacuum-arc plasma // Vacuum. - 2005. - V. 78. - P. 445-449.

38j. Рябчиков А.И., Степанов И.Б.Устройство для очистки плазмы дугового испарителя от 'микрочастиц (его варианты): пат. 2097868 Рос. Федерация. № 96114637/07; заявл. 09.07.96; •¡опубл. 21.11.97.

39. Рябчиков А.И., Степанов И.Б.Устройство для очистки плазмы дугового испарителя от микрочастиц (его варианты): пат. 2107968 Рос. Федерация. № 96116291/09; заявл. 06.08.96; опубл. 27.03.98.

40. Рябчиков А.И, Рябчиков И.А., Степанов И.Б., Еремин С.Е., Сивин Д.О. Устройство для очистки плазмы дугового испарителя от микрочастиц: пат. 2364003 Рос. Федерация. № 2008107365/28; заявл. 26.02.08; опубл. 10.08.09, Бюл. № 22.

41. Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Дектярев С.В., Сергеев О.В. Формирование очищенных от микрокапельной фракции пучков ускоренных ионов и потоков металлической плазмы в системах с вакуумно-дуговыми ионно-плазменными источниками // Пленки и покрытия: Труды 5 Международной конференции. - Санкт-Петербург, 1998. - С.47-51.

42. Stepanov I.B., Ryabchikov I.A., Shaposhnikov Р.А., Kurdyukov D.M. Formation of Vacuum-Arc Plasma Flows in Optically Opaque Plasma-Guides of The Shutter Type // Proceedings of the 5th Conference no Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. - Tomsk, 2000. -jP. 198-203.

43. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Sivin D.O., Stepanov I.B. Recent advances in surface process-■¡jng with filtered DC vacuum-arc plasma // Ion Implantation and Other Applications of Ions and Electrons: Proceedings of V-th International Conference. - Kazimierz Dolny, Poland, 2004. - P. 235.

44. Степанов И.Б. Оптически непрозрачные системы жалюзийного типа для очистки плазмы вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции // Известия вузов. Физика. - 2007. -№10/3. -С. 16-24.

45. Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Исаков П.Я. Особенности формирования очищенных от микрокапельной фракции потоков плазмы и пучков ионов металла в источниках на основе непрерывного вакуумно-дугового разряда // Взаимодействие излучений с твердым телом: Материалы III международной конференции. - Минск, 1999. - Ч. 1. - С. 66-69.

46. Рябчиков А.И., Рябчиков И.А., Степанов И.Б., Еримин С.Е. Времяпролетный способ измерения зарядового и массового состава ионов плазмы: пат. 2314594 Рос. Федерация. № 2006128656/28; заявл. 07.08.06; опубл. 10.01.08, Бюл. № 1.

47. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Sivin D.O., Eremin S.E. Plasma Immersion Ion Charge State and Mass Spectrometer // Известия вузов. Физика. - 2006. - № 8. - С. 530-533.

48. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Eremin S.E., Sivin D.O. Quasiribbon Vacuum Arc Ion Source "Raduga-6" // 9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. - Tomsk, 2008. - P. 11-14.

49. Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Еремин C.E., Сивин Д.О. Источник ионов Радуга - 6 для формирования псевдоленточных пучков ионов металлов // Известия вузов. Физика. - 2009. -№11/2.-С. 80-84.

50. Ryabchikov A.I., Koval N.N., Stepanov I.B., Goncharenko I.M., Sivin D.O., Ryabchikov I.A., Shulepov I.A. Formation Of Wear-Resistant TiN and (Ti,_x, A1X)N Coatings Using Dc Fil-Tei;ed Vacuum Arc Plasma // Ion Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings of 7th International Conference. - Tomsk, 2004. - P. 404-408.

51. Рябчиков А.И., Степанов И.Б. Развитие методов импульсно-периодической ионной йм-плантации и нанесении покрытий на основе вакуумной дуги в НИИ ЯФ при ТПУ // Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flow: Proceedings of the 6th Conference'. -Tomsk, 2002.-P. 221-227. '

52. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Dektyarev S.V., Shulepov I.A., Lukonin E.I. Technological Possibilities of "Raduga-5" DC Vacuum Arc Source of Accelerated Ions and Plasma // Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings of the 5th Conference. - Tomsk, 2000. P. 489^93.

53. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Dektyarev S.V. High current vacuum-arc ion source for ion implantation and coating deposition technologies II Rev. Sci. Instrum. - 2006. - V. 77. -№3.-P. 03B516.

54. Рябчиков А.И., Дегтярев C.B., Степанов И.Б., Сергеев О.В. Сильноточный импульсно-периодический источник ионов и плазмы на основе вакуумной душ "РАДУГА 5" // Взаимодействие излучений с твердым телом: Труды II-й международной конференции. - Минск, 1997.-С. 165. ..'.'

55. Дектярев С.В., Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Сергеев О.В., Сильноточный источник для импульсно-периодической ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов'' // Пленки и покрытия: Труды 5 Международной конференции. - Санкт-Петербург, 1998. - С. 52-55.

56. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Dektjarev S.V., Lukonin E.I., Shulepov I. A. High broad vacuum arc ion and plasma sources with extended large area cathodes // Ion Sources: Proceedings of the 8th International Conference. - Kyoto, Japan, 1999. - P. 47. »■

57. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Dektjarev S.V., Lukonin E.I., Shulepov I.A. Very broad vacuum arc ion and plasma sources with extended large area cathodes // Rev. Sci. Instrum. - 2000. - V. 71. -P. 704-706.

58. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Isakov P.Ya., Dektyarev S.V., Lukonin E.I. High Average Power Metal Ion Beams Production from DC Vacuum Arc Plasma // Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings of the 5th Conference. - Tomsk, 2000. - P. 159-163.

59. Ryabchikov A., Stepanov I., Dektyarev S., Shulepov I., Lukonin E., Sivin D. Vacuum arc Ion and Plasma Source Raduga-5 // Proceedings of the 5th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology. - Tomsk, 2001. - V. 1. - P. 380-383.

6Q. Рябчиков А.И., Степанов И.Б. Оборудование и методы реализации комбинированных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной модификации свойств поверхностных слоев // .Ядерная и радиационная физика: Сборник тезисов докладов 5 международной конференции. -'.Алма-Ата, 2005 г. - С. 390.

61'. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. New metal ion and plasma surface modification methods // Surf. ! 'and Coat. Technol. - 2007. - V. 201. - P. 8637-8640.

62. Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Исаков П.Я. Управление параметрами сильноточных пучков в импульсных многоэлементных технологических ускорителях с вакуумно-дуговым источником плазмы // Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц: Тезисы докладов III Конференции. - Томск, 1994. - Т. 1. - С. 22-24.

63'. Stepanov I.B., Ryabchikov A.I., Kozlov E.V., Sharkeev Yu.P., Shulepov I.A., Kuizina I.A., Sivin D.O. High-current vacuum-arc ion and plasma source "Raduga-5" application to intermetallic phase . formation // Rev. Sci. Instrum. - 2006. - V. 77. - P. 03C115.

64j Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Сивин Д.О. Источник псевдоленточных пучков ионов металлов // Известия Томского политехнического университета. - 2010. - Т. 316. - № 4 - С. 94-96.

65. Рябчиков А.И., Рябчиков И.А., Степанов И.Б. Способ импульсно-периодической имплантации ионов и плазменного осаждения покрытий: пат. 2238999 Рос. Федерация. Д» 2003104995/02,; заявл. 19.02.03; опубл. 27.10.04, Бюл. № 30. - С. 235.

66. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B. High-frequency short pulsed metal plasma im' mersion ion implantation using filtered DC vacuum arc plasma (Part I) // Modification of Materials

with Particle Beams and Plasma Flows: Proc of the 7th International Conference. - Tomsk, 2004. -.■P. 134-137.

67. Рябчиков А.И., Степанов И.Б. Высокочастотный, короткоимпульсный потенциал смещения, как универсальный метод ионно-лучевой и плазменной обработки проводящих и диэлектрических материалов с использованием вакуумно-дуговой и абляционной плазмы // Известия вузов. Физика. - 2009. - № 11/2. - С. 155-160.

68. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B. High Frequency Short-Pulsed PlasmaImmersion Ion Implantation and Deposition // Surf, and Coat. Technol. - 2007. - V. 201. -P. 8610-8614.

69. Ryabchikov I.A., Stepanov I.B. Development of plasma-immersion ion implantation and coating deposition methods based on high frequency short-pulsed bias voltage application // Proceedings of the 10th International Symposium on Advanced Physical Fields. - Tsukuba, Japan, 2005. -P. 165-172.

70. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Usov Yu. P. High-frequency short-pulsed metal plasma-immersion ion implantation or deposition using filtered DC vacuum-arc plasma // Surf and Coat Technol. - 2007. - V. 201. - P. 6523-6525.

71. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B. High-frequency short-pulsed plasmaimmersion ion implantation or deposition // Известия вузов. Физика. - 2006. - № 8. - Приложение. - С. 304-306.

72. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B. High-Frequency Short-Pulsed Metal PlasmaImmersion Ion Implantation Using Filtered Dc Vacuum-Arc Plasma (Part II) // Ion Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings of 7th International Conference. -

•-Tomsk, 2004.-P. 138-141.

73. Ryabchikov A.I., Matvienko V.M., Stepanov I.B. Coating deposition using vacuum arc and ablation metal plasma // Surf, and Coat. Technol. - 2009. - V. 203. - P. 2735-2738.

74. Ryabchikov A.I., Matvienko V.M., Stepanov I.B. Coating Deposition Using Vacuum Arc and Ablation Metal Plasma // Surface Modification of Materials by Ion Beams: Proceedings of the 15th , International Conference. - Mumbai, India, 2007. - P. 27.

75. Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Шулепов И.А., Сивин Д.О. Формирование композиционных покрытий из плазмы дугового разряда с использованием раздельных катодов // Известия вузов. Физика. -2007. - Т. 50.-№ 10/3. - С. 4-9. .f

76. Петров А.В., Полковникова Н.М., Рябчиков А.И., Сохорева В.В., Степанов И.Б., Струц

B.К., Усов Ю.П., Шулепов И.А. Массоперенос первоначально имплантированной примеси и изменение морфологии поверхности материалов при многократном воздействии мощных ионных пучков // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - Т. 307. - № 4. -

C. 71-75.

77. Petrov А.V., Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Struts V.K., Tolmachjeva V.G., Usov Yu. P., Shulepov I.A. Processes of Material Surface Modification under Combined Treatment by Pulsed Ion Beams of Different Power and Plasma Flows // Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings of the 5th Conference. - Tomsk, 2000. - P. 97-99.

78. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. Equipment and Methods for Hybrid Technologies of Ion Beam and Plasma Surface Properties Modification // Proceedings of the 15th International Conference on Surface Modification of Materials by Ion Beams. - Mumbai, India, 2007. - P. 119.

79. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. Equipment and Methods for Hybrid Technologies of Ion Beam and Plasma Surface Materials Modification/^"1 International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, Russia, 21-26 September 2008, pp. 91-95

80. Козлов Э.В., Рябчиков А.И., Шаркеев Ю.П., Фортуна С.В., Курзина И.А., Мельник И.А., Прокопова Е.С., Степанов И.Б., Шулепов И.А. Проблемы формирования твердых растворов и интермегаллидных фаз системы Al-Ni при высокоинтенсивной ионной имплантации // Известия Академии наук. Серия физическая. - 2002. - Т. 66. - № 6. - С. 818-822.

81. Курзина И.А., Божко И.А., Калашников М.П., Фортуна С.В., Батырева В.А, Степанов И.Б., Шаркеев Ю.П.. Высокоинтенсивная имплантация ионов алюминия в никель и титан // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - № 3. - С. 30-35.

82. Шаркеев Ю.П., Рябчиков А.И., Козлов Э.В., Курзина И. А., Степанов И.Б., Божко И.А., Калашников М.П., Фортуна С.В., Сивин Д.О. Высокоинтенсивная ионная имплантация - метод формирования мелкодисперсных интерметаллидов в поверхностных слоях металлов // Известия Вузов. Физика.-2004.-№ 9.-С. 44-52.

83. Kurzina I.A., Bozhko I.A., Kalashnikov М.Р., Fortuna S.V., Stepanov I.B., Sharkeev Yu.P., Kozlov E.V. The High Intensity Implantation of Aluminium Ions into Titanium // Proceedings of 8th Korean-Russian International Symposium on Science & Technology (KORUS 2004). - Tomsk, 2004.-P. 127-131.

84. Курзина И. А., Калашников М.П., Божко И.А., Батырева В.А, Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Шаркеев Ю.П. Термостабильность поверхностных слоев титана, формированных при высокоинтенсивной имплантации ионов алюминия // Радиационная физика твердого тела: Труды XTV Международного совещания. - Севастополь, 2004. - С. 362-366.

85. Kurzina I.A., Bozhko I.A., Kalashnikov М.Р., Fortuna S.V., Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Sivin D.O., Sharkeev Yu.P., Kozlov E.V. High Intensity Implantation Of Aluminium Ions Into Titanium // Ion Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings of 7th International Conference. - Tomsk, 2004. - P. 221-224.

86. Козлов Э.В., Шаркеев Ю.П., Рябчиков А.И., Курзина И. А., Степанов И.Б., Божко И.А., Калашников М.П., Сивин Д.О. Формирование наноструктурных ингерметаллидных поверхностных слоев методами высокоинтенсивной имплантации ионов металлов // Актуальные проблемы прочности: Труды XLIII Международной конференции. - Витебск, 2004. - С. 174-175.

87. Stepanov I.B., Ryabchikov A.I., Kozlov E.V., Sharkeev YU.P., Sivin D.O., Shulepov I.A., Kurzina I.A. High-Current Vacuum-Arc Ion and Plasma Source "Raduga-5" Application for Intermetal-lic Phase Formation in the Surface Layer of Metal Target // Proceedings of the 11th International Conference on Ion Sources. - Caen, France, 2005. - P. 140.

88. Bozhko I. A., Fortuna S. V., Kurzina I. A., Stepanov I. В., Kozlov E. V., Sharkeev Yu.P. Formation of Nanoscale Intermetallic Phases in Ni Surface Layer at High Intensity Implantation of A1 Ions // J. Mater, and Sci. Technol. - 2004. - V. 20. - P. 583-586.

89. Kurzina I.A., Kozlov E.V., Sharkeev Yu.P., Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Bozhko I.A., Kalashnikov M.P., Sivin D.O., Fortuna S.V. Influence of ion implantation on nanoscale intermetallic-phase formation in Ti-Al, Ni-Al and Ni-Ti systems // Surface and Coating Technology. - 2007. - V. 201.-P. 8463-8468.

90. Stepanov I.B., Ryabchikov A.I., Nochovnaya N.A., Sharkeev Y.P., Shulepov I.A., Ryabchikov I.A., Sivin D.O., Fortuna S.V. Vacuum arc filtered metal plasma application in hybrid technologies of ion-beam and plasma material processing // Surface and Coating Technology. - 2007. - V. 201. -P. 8596-8600.

91. И.Б. Степанов. Оборудование для реализации комбинированных методов ионно-лучевой и ионно-плазменной модификации материалов // Modification of Materials with Particle Beams

: and Plasma Flow: Proceedings of the 6th Conference. - Tomsk. - 2002. - P. 33-39.

92. ■ Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. New Generation Installation for Material Processing by Metal Ion -Beam and Plasma // Известия вузов. Физика. - 2006. - № 8. Приложение. - С. 47-50.

93 f Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. Equipment and methods for hybrid technologies of ion beam and plasma surface materials modification // Surface and Coating Technology. - 2009. - V. 203. №17/18.-P. 2784-2787.

94. Рябчиков А.И., Степанов И.Б. Применение высокочастотного, короткоимпульсного потенциала смещения для ионно-лучевой и плазменной обработки проводящих и диэлектрических материалов // Известия Томского политехнического университета. - 2010. - Т. 316. -;№4.-С. 85-89.

95. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Legostaev V.N., Shulepov I.A., Sivin D.O., Eremin. S.E. (Ti, A1)N and (Ti, Al)N/TiN Multilayer Coating Deposition Using Filtered Vacuum Arc Plasma// Surface Modification of Materials by Ion Beams: Proceedings of the 15th International Conference.-Mumbai, India, 2007. - P. 137-142.

i

ill-.!

"'4M!

Подписано к печати 01.11.2010. Формат 60x84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл. печ. л. 2,6. Уч.-изд. л. 2,4.

_Заказ 1745-10. Тираж 80 экз._

Национальный исследовательский Томский политехнический университет Система менеджмента качества Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO 9001:2008

измтельствоЖтпу. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел/факс: +7 (3822) 56-35-35, www.tpu.ru

ВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 21 В ОБЛАСТИ СОЗДАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И МЕТОДОВ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ИОННОЙ И ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РАЗРЯДА.

1.1. Состав и параметры плазмы.

1.2. Источники плазмы на основе вакуумно-дугового разряда.

1.3. Способы и устройства очистки плазмы вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции.

1.4. Формирование ионных пучков в источниках на основе испарения металла вакуумной дугой.

1.5. Формирование ионных потоков из плазмы вакуумной дуги в условиях эрозии эмиссионой границы.

1.6. Методы ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов с использованием источников на основе вакуумно-дугового разряда.

Выводы.

ГЛАВА 2 ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Оборудование и методики экспериментальных исследований параметров плазмы и ионных пучков.

2.2. Разработка плазменно-иммерсионного времяпролетного спектрометра для исследования зарядового состояния и массового состава плазмы.

2.3. Измерительно-диагностический комплекс для исследования элементного состава и физико-механических свойств покрытий и ионно-модифицированных поверхностных слоев материалов 81 Выводы.

ГЛАВА 3 УСТРОЙСТВА ОЧИСТКИ ПЛАЗМЫ ВАКУУМНО

ДУГОВОГО РАЗРЯДА ОТ МИКРОКАПЕЛЪНОЙ ФРАКЦИИ

3.1. Принцип работы фильтра жалюзийного типа для очистки плазмы ВДР от МКФ.

3.1.1. Влияние геометрических параметров и пространственного расположения электродов ПФ на условия распространения плазменного потока.

3.1.2. Влияние приэлектродного падения напряжения на условия распространения плазменного потока.

3.2. Плоскопараллельные системы жалюзийного типа для очистки плазмы ВДР от МКФ.

3.3. Аксиально-симметричные системы жалюзийного типа для очистки плазмы ВДР от МКФ.

3.3.1. Влияние давления на распространение плазменного потока в межэлектродных промежутках аксиально-симметричной системы жалюзийного типа.

3.3.2. Влияние аксиально-симметричных электродов ПФ на снижение МКФ в плазме вакуумно-дугового разряда.

3.4. Электромагнитные ПФ жалюзийного типа для технологических применений.

Выводы.

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ИОНОВ

НА ОСНОВЕ НЕПРЕРЫВНОЙ ВАКУУМНОЙ ДУГИ.

4.1. Конструкция и принцип действия источника ионов и плазмы "Радуга-5".

4.2. Конструкция и принцип действия источника псевдоленточных пучков ионов металлов "Радуга-6".

4.3. Диодные системы источников ионов на основе плазмы непрерывного ВДР.

4.4. Формирование очищенного от МКФ плазменного потока.

4.5. Импульсно-периодический режим формирования ионного пучка

4.6. Непрерывный режим формирования ионного пучка.

Выводы.

ГЛАВА 5 МЕТОД КОРОТКОИМПУЛЬСНОЙ, ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ

ПЛАЗМЕННО-ИММЕРСИОННОЙ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ И (ИЛИ) ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ.

5.1. Физическая модель.

5.2. Формирование ионных потоков вблизи проводящих поверхностей при коротких импульсах потенциала смещения

5.3. Формирование ионных потоков вблизи диэлектрических поверхностей при коротких импульсах потенциала смещения

5.4. Применение биполярных потенциалов смещения.

5.5. Применение метода КВПИ3ОП при высоких концентрациях плазмы.

Выводы.

ГЛАВА 6 ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ

КОМБИНИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИОННО-ЛУЧЕВОЙ

И ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ МОДИФИКАЦИИ МАТЕРИАЛОВ 237 6.1. Установка импульсно-периодической ионной имплантации и осаждения покрытий "Радуга-5С" и её технологические применения.

6.2. Комплексная установка для реализации комбинированных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов и её применения.

6.3. Комплексная система реализации гибридных технологий ионно-плазменной обработки крупногабаритных изделий.

Выводы.

Модификация поверхностных слоев материалов пучками заряженных частиц и потоками плазмы активно исследуется в последние десятилетия и представляет собой одно из важнейших направлений развития науки и техники. Существенно расширяется область использования ионно-лучевых и ионно-плазменных методов, как в научных исследованиях, так и в ряде практических применений [2-7].

Среди способов поверхностной модификации материалов широкое распространение получил метод плазменного осаждения покрытий на основе непрерывной вакуумной дуги. С целью решения проблемы ухудшения свойств формируемых покрытий из-за микрокапельной фракции в потоке вакуумно-дуговой плазмы, разработан целый ряд модификаций плазменных фильтров, обеспечивающих высокую эффективность очистки плазмы от микрочастиц, но представляющих собой достаточно сложные конструкции, обладающие ограниченной эффективностью прохождения плазмы и в силу этого, не получивших широкого распространения до настоящего времени [4, 38, 60-68, 70, 75]. Такие плазменные фильтры практически не представляется возможным использовать в системах формирования пучков ионов металлов на основе непрерывной вакуумной дуги.

Существенное развитие в последние годы получил метод плазменно-иммерсионной ионной имплантации. Наиболее часто он используется для ионного азотирования поверхностных слоев различных металлов. В абсолютном большинстве случаев плазменно-иммерсионная имплантация осуществляется при постоянных или импульсных 0,1-10 мс потенциалах смещения на мишени, погруженной в плазму. В ряде работ показана возможность и перспективность использования не только газовой, но и импульсной металлической плазмы в условиях применения достаточно короткоимпульсных потенциалов смещения.

Преимущества плазменно-иммерсионного метода ионной имплантации и (или) осаждения покрытий в условиях ионного ассистирования обусловлены возможностью однородной обработки деталей сложной формы, простотой технической реализации [129]. В то же время плазменно-иммерсионная ионная имплантация практически не используется для модификации свойств диэлектриков, например, для изменения их поверхностной проводимости, поскольку при длинных или постоянных потенциалах смещения в диэлектриках накапливается значительный заряд и, как следствие, вблизи его поверхности происходит торможение ионов или возникает поверхностный пробой, разрушающий структуру материала. Большая длительность потенциала смещения ограничивает и возможность применения традиционных подходов к плазменно-иммерсионному формированию ионного потока при высоких концентрациях плазмы, например, в случае абляционной плазмы, формируемой воздействием мощных электронных, ионных пучков или лазерного излучения на поверхность твердого тела.

Развитие методов и технологий ионно-лучевой модификации металлов и сплавов и их практическое использование определяется, прежде всего, разработкой конструктивно простых, высокопроизводительных, с большим ресурсом работы ионных источников, в том числе легко встраиваемых в системы ионно-плазменного осаждения покрытий. В большинстве случае для получения пучков ионов металлов используется плазма импульсно-периодического вакуумно-дугового разряда [7-17]. В виду значительной доли микрокапельной фракции в плазме непрерывной вакуумной дуги, несмотря на её привлекательность с точки зрения создания ионных пучков высокой средней мощности, такие источники не получили своего развития, также как источники ионов металлов ленточного типа для модификации поверхности протяженных деталей.

В связи с вышеизложенным, тематика диссертационной работы, связанная с созданием и исследованием компактных фильтров для очистки плазмы непрерывной вакуумной дуги от микрокапельной фракции, разработкой метода короткоимпульсной высокочастотной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий, с возможностью обработки диэлектриков, и импульсно-периодических и непрерывных источников ионов металлов аксиально-симметричных и ленточных пучков, как и новых систем диагностики плазмы, а также созданием на основе предложенных методов и оборудования комплексных установок нового поколения для ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов представляется актуальной.

Цель работы состояла в проведении исследований процессов генерации ионных потоков с использованием короткоимпульсных высокочастотных потенциалов смещения и многоэлектродных систем формирования пучков из плазмы газового разряда и непрерывного вакуумно-дугового разряда в условиях её очистки от микрокапельной фракции и создании на основе полученных результатов новых методов плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий, а также в разработке методов и оборудования для диагностики элементного состава и зарядового состояния ионов в плазме, в разработке ионных источников и систем очистки плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции, в создании серии установок для реализации комбинированных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что впервые:

1. Предложены и разработаны прямоточные фильтры с аксиально-симметричными и плоскими электродами жалюзийного типа для очистки плазмы непрерывной вакуумной дуги от микрокапельной фракции, обеспечивающие эффективность прохождения плазмы в пределах от 30 до 70 % при уменьшении количества микрочастиц в потоке плазмы в 102—103 раз. Определены основные закономерности влияния геометрических размеров и конфигурации электродов фильтра, магнитной изоляции электродов, величины положительного потенциала смещения на электродах, давления остаточного газа на параметры плазменного потока на выходе фильтра.

2. Предложены способы и устройство для измерения зарядового состояния и массового состава газовой и металлической плазмы на основе короткоимпульсного плазменно-иммерсионного извлечения ионов из плазмы, их транспортировки в эквипотенциальном пространстве трубы дрейфа с разделением на отдельные компоненты и последующей регистрацией импульсов тока. Определены основные закономерности влияния геометрических размеров трубы дрейфа, амплитуды и длительности потенциала смещения, давления газа, характеристик системы регистрации токовых импульсов на разрешающую способность спектрометра.

3. Предложен и разработан метод короткоимпульсной высокочастотной, с коэффициентом заполнения импульсов от ОД до 0,99, плазменно-иммерсионной ионной и плазменной обработки проводящих и диэлектрических материалов в условиях компенсации накапливаемого на поверхности мишени положительного заряда в паузах между импульсами потенциала смещения электронным потоком из плазмы. Показана возможность использования метода для реализации широкого круга режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов, в том числе: нагрев образцов, очистка и активация поверхности, ионная имплантация, включая высококонцентрационную, формирование переходного слоя между основой и покрытием, осаждение покрытий с ионным,-ассистированием на материалы с различной проводимостью.

4. Показана возможность формирования импульсно-периодических и непрерывных аксиально-симметричных и псевдоленточных пучков ионов металлов из плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда в условиях фильтрации плазмы от микрокапельной фракции.

5. С использованием разработанных ионных источников, фильтрованной от микрочастиц вакуумно-дуговой плазмы и метода короткоимпульсной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий показаны: а) возможность формирования интерметаллидных систем А1— А1—»Тл, Тл—>№, А1—^е на глубине до 2,6 мкм с достижением концентрации легирующей примеси до 60 % при дозе внедренных атомов 3,6-1018 ион/см2; б) возможность формирования многослойных (ТлА1)/1Ж покрытий с наноразмерными слоями, обеспечивающих значительное увеличение физикомеханических и эксплуатационных свойств материалов; в) возможность формирования композиционного покрытия Тл81В с толщиной до 10 мкм, обеспечивающего повышение до 4 раз эрозионной стойкости образцов из сплава ВТ6, существенное повышение усталостной прочности при циклическом нагружении и до 20 раз сопротивления солевой коррозии.

Научная и практическая значимость работы состоит в том, что:

1. Разработана серия прямоточных электромагнитных плазменных фильтров с аксиально-симметричными и плоскими электродами жалюзийного типа, обеспечивающих высокую эффективность прохождения заряженного компонента плазменного потока и высокую степень очистки вакуумно-дуговой плазмы от микрокапельной фракции. Компактная конструкция позволяет использовать плазменные фильтры как в технологических электродуговых испарителях, так и в ускорителях ионов металлов.

2. Полученные зависимости энергетического спектра ионов, динамики формирования ускоряющего зазора от амплитуды импульса отрицательного потенциала смещения, его длительности и частоты следования, параметров плазмы и характеристик мишени существенно расширяют и дополняют преставление о физических процессах плазменно-иммерсионного формирования потоков ионов и позволяют сформулировать условия реализации технологических процессов модификации поверхности проводящих и диэлектрических материалов.

3. Предложенный и разработанный плазменно-иммерсионный времяпролетный спектрометр отличается простой и компактной конструкцией, обеспечивает измерение с высоким разрешением зарядового состояния и массового состава газовой и металлической плазмы и может быть использован для диагностики параметров плазмы в составе установок ионно-плазменного нанесения покрытий при проведении экспериментальных исследований и отработке технологий ионно-плазменной модификации материалов.

4. Предложенный и разработанный метод короткоимпульсной высокочастотной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий позволяет реализовать режимы традиционной и высококонцентрационной ионной имплантации, а также ионно-ассистированного осаждения покрытий на проводящие и диэлектрические мишени в широком диапазоне изменения концентрации плазмы.

5. Разработаны источники импульсно-периодических и непрерывных аксиально-симметричных и псевдоленточных пучков ионов металлов из плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда в условиях фильтрации плазмы от микрокапельной фракции, отличающиеся от известных устройств высокими техническими параметрами, надежностью, большим ресурсом работы и широкими функциональными возможностями. Источники предназначены для применения в технологиях ионной имплантации и ионно-ассистированного осаждения покрытий.

6. На основе разработанных ионных источников, фильтров для очистки плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции и метода короткоимпульсной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий, создана серия технологических комплексных установок нового поколения для реализации комбинированных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов.

7. Разработаны технологические режимы формирования интерметаллидных систем Al-Ni, Al-Ti, Ti-Ni, Al-Fe с высокой концентрацией легирующей примеси, на глубине существенно превышающей проективные пробеги ионов; многослойных (TiAl)/TiN покрытий с наноразмерными слоями; композиционного TiSiB покрытия с обеспечением значительного увеличения физико-механических и эксплуатационных свойств материалов.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения.

Результаты работы докладывались и обсуждались на III и IV конференциях "Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц" (Томск, 1994, 1996), 12, 14 и 15 Международных конференциях по модификации поверхности ионными пучками (Германия, Марбург, 2001; Кушадасы, Турция, 2005, Мумбай, Индия, 2007), 18-м симпозиуме по физике плазмы и технологиям (Чешская Республика, Прага, 1997), 7, 8, 11 Международных конференциях по ионным источникам (Италия, Таормина, 1997; Япония, Киото, 1999; Франция, Ко, 2005), II и III Международных конференциях "Взаимодействие излучений с твердым телом" (Беларусь, Минск, 1997, 1999), 5 Международной конференции "Пленки и покрытия "98" (С-Петербург, 1998), 5-9 конференциях по модификации материалов пучками заряженных частиц и плазменными потоками (Томск, 2000, 2002, 2004, 2006, 2008), 13 Международной конференции по пучкам частиц высокой энергии (Япония, Нагаока, 2000), 5 и 8 Русско-Корейском международных симпозиумах по науке и технологиям (Томск, 2001, 2004), XIII и XIV Международном совещании "Радиационная физика твердого тела (Украина, Севастополь, 2003), XV Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов" (Тольятти, 2003), V Международной конференции "Ионная имплантация и другие применения ионов и электронов" (Польша, Казимир Долни, 2004), Всероссийской конференции "Центры коллективного пользования аналитическим оборудованием" (С-Петербург, 2004), XLIII Международной конференции "Актуальные проблемы прочности" (Беларусь, Витебск, 2004),

10-м Международном симпозиуме по перспективным физическим направлениям (Япония, Тсукуба, 2005), 8-м Международном совещании по ионной имплантации и осаждению покрытий с использованием плазмы (Китай, Ченгду, 2005), 5 Международной конференции "Ядерная и радиационная физика" (Казахстан, Алм—Ата, 2005), Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии НМТ-2006" (Москва, 2006), Российской научно-практической конференции "Физико-технические проблемы получения и использования пучков заряженных частиц, нейтронов, плазмы и электромагнитного излучения (Томск, 2007,2009).

Личный вклад автора в выполнение настоящей работы состоит в определяющей роли при инициировании и постановке задач большинства исследований, непосредственном участии в выполнении основных разделов работы, анализе и интерпретации полученных результатов, личном формулировании выводов и научных положений. Автор внес решающий вклад в разработку основных конструкционных решений представленного в работе экспериментального и технологического оборудования.

Фамилии соавторов, принимавших участие в моделировании процессов, исследовании и разработках по отдельным направлениям, обсуждении результатов, указаны в списке основных публикаций по теме диссертационной работы.

Автор считает своим долгом выразить признательность А.И. Рябчикову по инициативе и при непосредственном участии, которого выполнялась настоящая работа. Автор искренне благодарен коллегам по работе и соавторам за многолетнее плодотворное сотрудничество.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной итог выполненной работы состоит в том, что на основе совокупности полученных научных и практических результатов созданы: новый метод плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий; плазменно-иммерсионный времяпролетный спектрометр для измерения элементного состава и зарядового состояния ионов в газовой и металлической плазме, новые источники ионов металлов, генерирующие в импульсно-периодическом и непрерывном режимах пучки с широким поперечным сечением и обладающие широкими функциональными возможностями; фильтры для очистки плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции, а также серия установок для реализации комплексных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки поверхности материалов.

Более детально результаты работы формулируются следующим образом.

1. Установлены закономерности распространения плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда в оптически непрозрачных системах жалюзийного типа в условиях пропускания по электродам постоянного тока и формирования на них положительного потенциала смещения. На основе полученных результатов предложена и разработана серия прямоточных электромагнитных плазменных фильтров с аксиально-симметричными и плоскими электродами жалюзийного типа, обеспечивающих высокую эффективность прохождения заряженного компонента плазменного потока и высокую степень очистки вакуумно-дуговой плазмы от микрокапельной фракции. Определены основные закономерности влияния геометрических размеров и конфигурации электродов фильтра, различных условий магнитной изоляции электродов, величины положительного потенциала смещения на электродах, давления остаточного газа на параметры плазменного потока на выходе фильтра.

2. Экспериментально установлены закономерности изменения энергетического спектра ионов при формировании на поверхности, погруженных в вакуумно-дуговую плазму, проводящих и диэлектрических мишеней в зависимости от амплитуды импульса отрицательного потенциала смещения, его длительности и частоты следования, параметров плазмы и характеристик мишени. В результате выполненных работ предложены и практически реализованы метод и устройство для измерения зарядового состояния и массового состава ионов в газовой и металлической плазме на основе короткоимпульсного плазменно-иммерсионного извлечения ионов из плазмы, их транспортировки в эквипотенциальном пространстве трубы дрейфа с разделением на отдельные компоненты и последующей регистрацией импульсов тока. Определены основные закономерности влияния геометрических размеров трубы дрейфа, амплитуды и длительности потенциала смещения, давления газа, характеристик системы регистрации токовых импульсов на разрешающую способность спектрометра. Разработанный плазменно-иммерсионный времяпролетный спектрометр отличается простой и компактной конструкцией, не требует применения дополнительных систем формирования ионного пучка, обеспечивает измерение с высоким разрешением зарядового состояния и массового состава газовой и металлической плазмы и может быть использован для диагностики параметров плазмы в составе установок ионно-плазменного нанесения покрытий при проведении экспериментальных исследований и отработке технологий ионно-плазменной модификации материалов.

3. Предложен и разработан метод короткоимпульсной высокочастотной, с коэффициентом заполнения импульсов от 0,1 до 0,99, плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий применительно к мишеням с различной проводимостью в условиях компенсации накапливаемого на поверхности мишени положительного заряда в паузах между импульсами потенциала смещения электронным потоком из плазмы. Показана возможность использования метода для реализации широкого круга режимов ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов, включая нагрев образцов, ионную имплантацию, в том числе высококонцентрационную, формирование переходного слоя между основой и покрытием, осаждение покрытий с ионным ассистированием на материалы с различной проводимостью. Установлены условия и область применимости метода при обработке диэлектрических мишеней, а также при изменении в широком диапазоне концентрации плазмы.

4. Показана возможность формирования импульсно-периодических и непрерывных аксиально-симметричных и псевдоленточных пучков ионов металлов из плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда в условиях фильтрации плазмы от микрокапельной фракции. Разработаны источники импульсно-периодических и непрерывных аксиально-симметричных и псевдоленточных пучков ионов металлов из плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда в условиях фильтрации плазмы от микрокапельной фракции, отличающиеся от известных устройств высокими техническими параметрами, надежностью, большим ресурсом работы и широкими функциональными возможностями. Показано, что источники обладают необходимым набором параметров для применения в технологиях ионной имплантации и ионно-ассистированного осаждения покрытий.

5. На основе разработанных ионных источников, фильтров для очистки плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции и метода короткоимпульсной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий создана серия технологических комплексных установок для реализации комбинированных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов. Показана возможность применения установок для использования в технологиях ионной имплантации с формированием интерметаллидных систем Al-Ni, Al-Ti, Ti-Ni, Al-Fe с высокой концентрацией легирующей примеси, на глубине существенно превышающей проективные пробеги ионов, формирования многослойных (TiAl)/TiN покрытий с наноразмерными слоями, композиционного TiSiB покрытия, с обеспечением значительного увеличения физико-механических и эксплуатационных свойств материалов. Разработанные технологические комплексы соответствуют требованиям, предъявляемым к оборудованию для применения в промышленности и при проведении научно-исследовательских работ. Установки могут применяться в различных отраслях машиностроительного производства, в том числе для обработки крупных партий изделий, включая крупногабаритные и сложной геометрической формы с целю повышения износостойкости, твердости, коррозионной и эрозионной стойкости и других физико-механических свойств.

6. Разработка и создание источников, ориентированных на технологическое применение, позволили развить прикладные исследования материаловедческого характера с применением ионных пучков и очищенных от микрокапельной фракции потоков металлической плазмы в научно-исследовательском институте ядерной физики (г. Томск), институте физики прочности и материаловедения СО РАН, НПФ "Эвротех", ООО "Центр новых технологий", ГОУ ВПО "Уфимский авиационный технический университет", ГОУ ВПО "Сибирский государственный медицинский университет", Пекинском исследовательском институте авиационных технологий, ФГУП "ММПП "Салют".

Достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы подтверждается совпадением результатов, полученных при использовании различных методов измерения, с результатами аналитических расчетов. Подтверждением достоверности и обоснованности положений и выводов являются успешные испытания опытных образцов электрофизического оборудования и предложенных методов модификации свойств материалов.

Материалы диссертационной работы опубликованы в статьях [36, 37, 48, 69, 91, 173, 180, 201, 209, 211, 213, 214, 218, 223, 229, 241, 246, 247, 256, 262, 264, 273, 279, 283, 295, 300, 303, 304, 310, 312, 315, 331, 334, 336-338, 340, 344, 345, 353-355, 360, 361, 363] и в трудах конференций, симпозиумов и совещаний [181-183, 200-204, 206-208, 217, 219, 227, 230-232, 240, 253-255,

257, 263, 271, 272, 275, 276, 278, 280-282, 285, 302, 309, 313, 322, 346-348, 349, 350, 359, 365]. Предложенные в работе: метод короткоимпульсной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий; плазменно-иммерсионный времяпролетный спектрометр; прямоточные, электромагнитных фильтры жалюзийного типа для очистки плазмы вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции защищены патентами РФ на изобретения [205, 250-252, 261, 301].

1. Wright A.W. On the production of transparent metallic films by electrical discharge in exhausted tubes // Am. J. Sei. Arts. 1877. - V. 13. - P. 49-55.

2. Дороднов A.M., Петросов B.A. О физических принципах и типах вакуумных технологических плазменных устройств // ЖТФ 1987. — Т. 51. - С. 504-524.

3. Boxman R.L., Zhitomirsky V.N. Vacuum arc deposition devices // Rev. Sei. Instrum. — 2006. — V. 77.-P. 1-15.

4. Барвинок B.A. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. -М.: Машиностроение, 1990. 384 с.

5. Волин Э.М. Ионно-плазменные методы получения износостойких покрытий // Технология легких сплавов. 1984. - № 10. - С. 55-89.

6. Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 328 с.

7. Диденко А.Н., Лигачев А.Е., Куракин И.Б. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов М.: Энергоатомиздат, 1987.-187 с.

8. Гусева М.И. Ионная имплантация в металлах // Поверхность. Физика, химия, механика. 1982. - № 4. - С. 27-50.

9. Хирвонен Дж. Ионная имплантация. М.: Металлургия, 1985. - 392 с.

10. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы.—М.: Металлургия, 1990.-216 с.

11. Быстрицкий В.М., Диденко А.Н. Мощные ионные пучки. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 152 с.

12. Пранявичюс Л., Дудонис Ю. Модификация свойств твердых тел ионными пучками. Вильнюс: Мокслас, 1980. - 342 с.

13. Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И. Физические основы электронной и ионной технологии. — М.: Высшая школа, 1984. 214 с.

14. Риссел X., Руге И. Ионная имплантация. / Пер. с нем.; под ред. М.И. Гусевой. -М.: Наука, 1983.-326 с.

15. Польский В.И., Калин Б.А., Карцев П.И. Повреждение поверхности конструкционных материалов при воздействии плазменных сгустков // Атомная энергия. 1984. - Т. 56. - В. 2. - С. 83-88.

16. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. / под ред. Дж. М. Поута. М.: Машиностроение, 1987. -424 с.

17. Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. М.: Иностранная литература, 1961. - 370 с.

18. Лафферти Д. Вакуумные дуги. / Пер. с англ.; под ред. В. И. Раховского. М.: Мир, 1982.-432 с.

19. Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. Импульсный электрический разряд в вакууме. Новосибирск: Наука, 1984. - 256 с.

20. Davis W.D., Miller Н.С. Analysis of the electrode products emitted by dc arcs in a vacuum ambient // J. Appl. Phys. 1969. - V. 40. - № 5. - P. 2212-2217.

21. Любимов Г.А., Раховский В.И. Катодное пятно вакуумной дуги // УФН. — 1978.-Т. 125.-В. 4.-С. 665-706.

22. Лунев В.М., Падалко В.Г., Хороших В.М. Исследование некоторых характеристик плазмы вакуумной металлической дуги // ЖТФ. 1977. — Т. 7. -С. 1486-1495.

23. Kimblin C.W. Erosion and ionization in the cathode spot regions of vacuum arcs // J. Appl. Phys.- 1973. -V 44. -№ 7. -P. 3074-3081.

24. Daalder J.F. Components of cathode erosion in vacuum arcs // J.Phys. D.: Appl. Phys. 1976. - V. 14. -P. 2379-2395.

25. Ппютто A.A. Ускорение положительных ионов в расширяющейся плазме вакуумных искр // ЖЭТФ. -1960. Т. 39. - В. 6. - С. 1589-1592.

26. Бугаев A.C., Гушенец В.И., Юшков Г.Ю., Оке Е.М., Андерс А., Браун Я., Гершкович А., Шпедке П. Генерация многозарядных ионов в плазме вакуумно-дугового разряда // Известия вузов. Физика. — 2001. — Т. 44. — №2. — С. 15-21.

27. Блинов И.Г., Дороднов А.М., Минайцев В.Е. Вакуумные сильноточные плазменные устройства и их применение в технологическом оборудовании микроэлектроники / Обзор по электронной технике. Сер. Микроэлектроника. — М.: ЦНИИ Электроника, 1974. В. 7,8. - 234 с.

28. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: «Наука», -2000.-С. 424с.

29. Удрис Я.Я. Разбрызгивание капель катодным пятном ртутной дуги. В кн.: Исследование в области электрического разряда в газах. - М—Л.: ГЭИ, -1958. -С 107-128.

30. Удрис Я.Я. О разрушении материалов катодным пятном дуги // Радиотехника и электроника. 1963.-Т. 8.-№6.-С. 1057-1065.

31. Раховский В.И., Ягудаев A.M. К вопросу о механизме разрушения электродов в импульсном разряде в вакууме. // ЖТФ. 1969. - Т. 39. - С. 317-320.

32. Клярфелд Б.Н., Неретина H.A., Дружинина H.H. Разрушение металлов катодным пятном дуги в вакууме // ЖТФ. 1969. - Т. 39. - С. 1061-1065.

33. Бугаев С.П., Бакшт Р.Б., Литвинов Е.А., Стасьев В.П. Исследование формирования сильноточных искр методом скоростной интерферометрии // Теплофизика высоких температур. 1976. - Т. 14. - № 6. - С. 1145-1150.

34. Boxman R.L., Goldsmith S. The interaction between plasma and macroparticles in a multi-cathode-spot vacuum arc // J. Appl. Phys. 1981. - V. 52. - P. 151-161.

35. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B. Development of filtered DC metal plasma ion implantation and coating deposition methods based on high-frequency short-pulsed bias voltage application // Vacuum. 2005. - V. 78. - P. 331-336.

36. Рябчиков А.И., Дектярев C.B., Степанов И.Б. Источники "Радуга" и методы импульсно-периодической ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов // Известия вузов. Физика. 1998. - № 4. - С. 193-207.

37. Аксенов И.И., Хороших В.М. Потоки частиц и массоперенос в вакуумной дуге. Обзор. -М.: ЦНИИ "Атоминформ", 1984. 57 с.

38. Раховский В.И. Физические основы коммутации электрического тока в вакууме. — М.: Наука, 1970. 536 с.

39. Tuma D.T., Chen C.I., Davies D.K. Erosion products from the cathode spot region of a copper vacuum arc // J. Phys. D: Appl. Phys.-1977.- V. 10. №3. - P. 3821-3831.

40. Utsumi Т., English J.H. Study of electrode products emitted by vacuum arcs in form of molten metal particles // J. Appl. Phys. 1975. - V. 46. - №1. - P. 126-131.

41. Карпенко Г.Д., Лойко B.A. Исследование структуры покрытий на основе нитрида титана // Весц1 АН БССР. Сер. физ. техн. Наук. - 1986. - №1. - С. 31-34.

42. Brown I.G. The Physics and Technology of Ion Sources.-N-Y.: Wiley, 1989 — 331 p.

43. Brown I.G., Oks E.M. Vacuum arc ion sources a brief historical review // IEEE Trans on plasma science. - 1997. - V. 25. - № 6. - P. 1222-1228.

44. Аксенов И.И., Падалка Г.П., Хороших В.М. Формирование потоков металлической плазмы. Обзор. М.: ЦНИИ "Атоминформ". — 1984. - 83 с.

45. Apparatus for coating a metal gas-pressure bottle or tank: Pat. 4869203 United States. № 317938/07; 26.09.89 12 p.

46. Валуев В.П. Рыбников С.И., Кузнецов В.Г. Нанесение вакуумно-дуговых покрытий на крупногабаритные изделия и изделия сложной формы // Инструмент и технологии. 2004. - № 17-18. - С. 33-39.

47. Рябчиков А.И., Дектярев С.В., Степанов И.Б. Особенности эмиссионных свойств импульсных широкопучковых источников ионов и плазмы на основе испарения металла вакуумной дугой // Известия вузов. Физика. 1994. - Т. 37. - № 2. — С. 82-92.

48. Krannich G., Richter F., Hahn J., Pintaske R., Filippov V. В., Paderno Y. // Diamond Relat. Mater. 1997. - № 6. - P. 1005-1009.

49. Thornton J. A., Greene J. E. in Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings / edited by R. F. Bunshah. NJ.: 2nd ed. Noyes, Park Ridge, 1994. - 54 p.

50. Scheibe H.-J., Schultrich В., Wilberg R., Faltz M. Laser-Arc technology for industrial hard coating deposition // Surf. Coat. Technol. — 1997. V. 97. - P. 410-416.

51. Коваль H.H., Крейндель Ю.Е., Литвинов E.A. Развитие кнудсеновской дуги с катодным пятном // ДАН СССР. 1988. - Т. 300. - В. 5. - С. 1108-1111.

52. Борисов Д.П., Коваль Н.Н., Щанин П.М. Генерация объемной плазмы дуговым разрядом с накаленным катодом // Известия вузов. Физика. 1994. — № 3. - С. 115-120.

53. Timoshenko A.I. Taran V.S. Tereshin V.I. Plasma characteristics of two-step vacuum-arc discharge and its application for a coatings deposition // Problems of atomic science and technology. — 2007. №.1. - P. 179-181.

54. Бикташев A.A., Желонкин O.B., Глинкин B.A., Ляпин А.П. Напылительные установки ЗАО "Ферри Ватт" // Электровакуумная техника и технология: Труды научно-технического семинара. — Москва, 2006. — С. 128-147.

55. Дороднов А.М. // ЖТФ. -1978. Т. 48. - № 9. - С. 1858-1870.

56. Саблев Л.П., Долотов Ю.И., Ступак Р.И., Осипов В.А. Электродуговой испаритель металлов с магнитным удержанием катодного пятна // ПТЭ. -1976.-№4.-С. 247-249.

57. Блинов И.Г., Дороднов A.M., Минайцев В.Е. Вакуумные сильноточные плазменные устройства и их применение в технологическом оборудовании микроэлектроники. Обзор по электронной технике. Сер. Микроэлектроника. -М.: ЦНИИ Электроника. 1974. - В. 7-8. - 347 с.

58. Абрамов И.С., Быстров Ю.А., Вильдгрубе В.Г. Плазменные ускорители и их применение в технологии. Обзор по электронной технике. Сер. Электровакуумные и газоразрядные приборы. М.: ЦНИИ Электроника. 1986. -В. 3.-285 с.

59. Kourtev J., Pascova R., Weift mantel E. A modified method for arc deposition of TiN thin films // Vacuum. 1997. - V. 48. - № 1. - P. 7-12.

60. Tai C. N., Koh E. S., Akari K. Macroparticles on TiN films prepared by the arc ion plating process // Surf. Coat. Technol. -1990. V. 43-44. - P. 324-335.

61. Schanin P.M., Koval N.N., Kozyrev A.V., Goncharenko I.M., Grigoriev S.V., Tolkachev V.S. Interaction of the droplet fraction of a vacuum arc with the plasma of a gas discharge // J. Tech. Phys. 2000. - V. 41. - № 2. - P. 177-184.

62. Boxman R.L., Goldsmith S. Macroparticle contamination in cathodic arc coatings: generation, transport and control // Surf. Coat. Technol. 1992. - V. 52. - P. 39-50.

63. Аксенов Д.С., Аксенов И.И., Стрельницкий B.E. Подавление эмиссии макрочастиц в вакуумно-дуговых источниках плазмы // Вопросы атомной науки и техники. 2007. - № 6. - С. 106-115.

64. Storer J., Galvin J.E., Brown I.G., Transport of vacuum arc plasma through straight and curved magnetic ducts // J. Appl. Phys. 1989. - V. 66. - № 11. - P. 5245-5250.

65. Косогор С.П. Порошковые катоды, тонкие пленки и покрытия // Тез. докл. Научно-технической конференции по программе "Технология, машины и производства будущего". -Пермь, 1993. Ч. II. - С. 15-18.

66. Степанов И.Б. Разработка и исследование источника ускоренных ионов и плазмы на основе непрерывного вакуумно-дугового разряда и систем очистки плазмы от микрокапельной фракции: Дис. канд. техн. наук. Томск, 1998. -186 с.

67. Karpov D.A. Cathodic arc sources and macroparticle filtering // Surf. Coat. Technol. 1997. — V. 96.-P. 22-33.

68. Аксенов Д.А., Аксенов И.И., Стрельницкий В.Е. Вакуумно-дуговые источники эрозионной плазмы с магнитными фильтрами: обзор // Вопросы атомной науки и техники. 2007. - № 2. - С. 190-202.

69. Аксенов И.И., Белоус В.А., Васильев В.В., Волков Ю.Я., Стрельницкий В.Е. Прямолинейный сепаратор углеродной плазмы вакуумной дуги // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. С. 127—130.

70. Морозов А.И. Фокусировка холодных квазинейтральных пучков в электромагнитных полях // ДАН СССР. 1965. - Т. 163. - В. 6. - С. 1363-1367.

71. Морозов А.И., Лебедев C.B. Плазмооптика / В кн.: Вопросы теории плазмы. -М.: Атомиздат, 1974. В. 8. - 247 с.

72. Аксенов И.И., Белоус В.А., Падалка В.Г., Хороших В.М. Транспортировка-плазменных потоков в криволинейной плазмооптической системе // Физика плазмы. 1978. - Т. 4. - В. 4. - С. 758-763.

73. Войценя B.C. Горбанюк А.Г., Онищенко И.Н., Сафронов Б.Г. Движение плотных плазменных сгустков в магнитном поле тороидального соленоида // ЖТФ. 1964. - Т. 34. - В. 2. - С. 260-284.

74. Хижняк Н.С. Движение плазменного сгустка в магнитном поле тороидального соленоида // ЖТФ. 1965. - Т. 35. - В. 5. - С. 847-855.

75. Keidar M., Beilis I.I., Aharonov R., Arbilly D, Boxman R.L. and Goldsmith S. Macroparticle distribution in a quarter-torus plasma duct of a filtered vacuum arc deposition system // J.Phys. D: Appl. Phys. 1997. - № 30. - P. 2972-2978.

76. Keidar M, Beilis I.I., Boxman R.L. and Goldsmith S. Transport of Macroparticles in Magnetized Plasma Ducts // ШЕЕ Trans. Plasma Sei. 1996. - V. 24. - № 1. - P. 226-234.

77. Zeng Z.M., Zhang Т., Tang B.Y., Tian X.B., Chu P.K. Improvement of tribological properties of 9Crl8 bearing steel using metal and nitrogen plasma-immersion ion implantation // Surf. Coat. Technol. 1999. - V. 115. - P. 234-238.

78. Аксенов И.И. Белоус B.A., Падалка В.Г., Хороших В.М., Патент Швеции № 8201888-8, М.кл. HOSH 1/50, 24.03.82.

79. Вакуумно-дуговое устройство: пат. Рос. Федерация. № 2039849; заявл. 09.03.1992; опубл. 20.07.1995.

80. Плютто А.А. Исследование сильноточных импульсных пучков заряженных частиц и процессы ускорения ионов в электронном пучке: Дис. . доктора физ.- мат. наук. Сухуми, 1969. - 330 с.

81. Prewett P. D., Holmes R. A vacuum arc source for C+ ions // J. Phys. E: Sci. Instrum. 1979. -V. 12.-P. 179-181.

82. Adler R. J., Picraux S. T. Repetitively pulsed metal ion beams for ion implantation // Nucl. Instrum. Meth. 1985. - V. 6. - P. 123-126.

83. Oks E., Spadtke P., Emig H., Wolf B.H. Ion beam noise reduction method for the Mewa ion source // Rev. Sci. Instrum. 1994. - V. 65. - № 10- P. 3109-3113.

84. Brown I. G. Vacuum arc ion sources // Rev. Sci. Instrum. 1994. - V. 65. - № 10 -P. 3061-3065.

85. Баженов Г.П., Бугаев С.П., Ерохин Г.П., Киселев В.Н., Лигачев Н.Е., Чесноков С.М., Янчук А.В. Источник ионов металлов на основе дугового разряда с холодным катодом // Сильноточная электроника: Тез. докл. V Всес. Симп. -Томск, 1984. Т. 2. - С. 93-95.

86. Ryabchikov A.I., Dektjarev S.V., Stepanov I.B. The metal vapor vacuum arc ion sources Raduga//Rev. Sci. Instrum. 1994. -V. 65. -№ 10. -P. 3126-3130.

87. Арзубов H.M., Ваулин B.A., Рябчиков А.И. А.С. 1395024 СССР. Опубл. в Б.И. 1990, -№36.

88. Арзубов H.A., Ваулин В.А., Рябчиков А.И. A.C. 1412517 СССР. Опубл. в Б.И. 1990,-№36.

89. Raybchikov A.I. Repetitively pulsed vacuum arc ion and plasma sources and new methods of ion and ion-plasma treatment of materials // Surf. Coat. Technol. 1997. -V. 96.-P.9-15.

90. Pogrebnjak A.D., Tolopa A.M. A Review of high-dose implantation and production of ion-mixed structures //Nucl. Instrum. and Meth. 1990. - V. 52. - P. 25-43.

91. Бугаев С.П., Толопа A.M. Работы по получению широкоапертурных потоков ионов и плазмы металлов // Сильноточная электроника: Тез. докл. VIII Всесоюз. симп. Томск, 1988. - Т. 1. - С. 84-88.

92. Brown I.G. Applications of the ME WA high current metal ion source // Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Res. 1987. - V. 24/25. - P. 841-844.

93. Brown I.G., Galvin J.E., MacGill R.A. West M.W. Multiply charged metal ion beam // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1989. - V. 43. - P.455-458.

94. Brown I.G., Spadtke P.S., Emig H., Rück D. M., Wolf В. H. Beam intensity fluctuation characteristics of the metal vapor vacuum arc ion source // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1990. - V. 295. - P.12-20.

95. Brown I.G. Metal vapor vacuum arc ion sources // Rev. Sei. Instrum. 1992. - V. 63.-№4.-P. 2351-2356.

96. Brown I.G., Dickinson M.R., Galvin J.E., Godechot X., MacGill R.A. Versatile high current metal ion implantation facility // Surface and Coatings Technology. 1992. -V.51.-P. 529-533.

97. Brown I.G., Feinberg W., Galvin J.E. Multiply stripped ion generation in the metal vapor vacuum arc // J. Appl. Phys. 1988. - V. 63. - № 10. - P. 4889-4899.

98. Рябчиков А.И. Импульсно-периодические многофункциональные источники ионов на основе вакуумной дуги и нетрадиционные методы ионно-лучевой, ионно-плазменной обработки материалов: Дис. док. физ.-мат. наук. Томск, 1994.-257 с.

99. Бугаев С.П., Оке Е.М., Щанин П.М. Источник ионов металлов на основе вакуумной дуги с контрагированным разрядом // ПТЭ. — 1990. — Т. 6. — С. 125-127.

100. Оке Е.М., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. Источник ионов металлов на основе вакуумной дуги с контрагированным разрядом // УШ Всесоюз. симп. по сильноточной электронике. — Свердловск, 1990. — Ч. 1. — С. 49-51.

101. Bugaev S.P., Nikolaev A.G., Oks Е.М. Schanin P. M., Yushkov G. Yu. The 100 kV gas and metal ion source for high current ion implantation // Rev. Sci. Instrum. -1992. -V. 63. № 4. - P. 2422-2424.

102. Габович M.A. Физика и техника плазменных источников ионов. — М.: Атомиздат, 1972. 304 с.

103. Габович М.Д., Плешивцев Н.В., Семашко Н.Н. Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей. М.: Энергоатомиздат, 1986.-248 с.

104. Self S.A. Exact Solution of the Collisionless Plasma-Sheath Equation // Phys. Fluids. 1963.-V. 6.-P. 1762-1769.

105. Давыденко В.И., Морозов И.И. Стабилизация тепловой неустойчивости электродов многощелевой ионно-оптической системы продольным« натяжением-Новосибирск: Препринт 91-76, ИЯФ СО АН СССР, 1991. -10 с.

106. YutakaInouchi, Takatoshi Yamashita, Shuichi Fujiwara, Yasuhiro Matsuda, Hiroshi Inami, Kouzi Matsunaga, and Koji Matsuda. Extraction characteristics of a high current metal ion source // Rev. Sci. Instrum. 1992. - V. 63. - № 4. - P. 2478-2480.

107. Аксенов А.И., Толопа A.M. Нейтрализация широкоапертурных потоков ионов металлов // YU Всес. симп. по сильноточной электронике. Тез. докд. Ч. III. -Томск, 1988.-С. 275-277.

108. Zalycki L., Kutzner J. Ion currents in the vacuum arc // Proc. VII th Intern. Symp. On Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Novosibirsk, 1976. - P. 297—302.

109. Brown I.G., Godechot X. Vacuum arc ion charge-state distribution // IEEE Trans. Plasma Sci. -1991. V. 19. - № 5. - P. 713-717.

110. Anders A., Anders S., Juttner В., Brown I.G. Time dependence of vacuum arc parameters // IEEE Trans. Plasma Sci. -1993. V. 21. - № 3. - P. 305-311.

111. Daalder J.F. Erosion and the origin of charged and neutral species in vacuum arcs // J.Phys. D.: Appl.Phys. 1975. -V. 8 - P. 1647-1659.

112. Рябчиков А.И., Луконин Е.И., Карпов Д.А. Импульсно-периодические методы формирования ионно-плазменных потоков и их технологическое применение // Тез. докл. IX Симпозиума по сильноточной электронике. -Екатеринбург,1992. -Т. 3. С. 86-88.

113. Николаев А.Г. Источники широкоапертурных ионных пучков на основе вакуумного дугового разряда в сильном магнитном поле: Дис. канд. тех. наук. -Томск, 1998.-124 с.

114. Brown I.G., Dickinson M.R., Galvin J.E., MacGill R. A. Development of a dc, broad beam, MEWA ion sources // Rev. Sci. Instrum. 1992. - V. 63. - № 4. - P. 2417-2419.

115. Аксенов А.И., Бугаев С.П., Толопа A.M. Широкоапертурный источник ионов установки имплантации металлов // ГТГЭ. — 1988. № 4. - С. 133-135.

116. Adler R.J., Picraux S.T. Repetitively pulsed metal ion beams for ion implantation // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 1985. V. 6. -P. 151-157.

117. A.c. 1412517 СССР. Способ ионной имплантации. Арзубов Н.А., Ваулин В.А., Рябчиков А.И. Приоритет от 26.03.86., БИ 1990, № 33.

118. Арзубов Н.М., Исаев Т.П., Рябчиков А.И. Вакуумно-дуговой частотно-импульсный источник ионов // VI Всесоюз. симп. по сильноточной электронике. Тез. докл. Томск, 1986. - С. 184-186.

119. Арзубов Н.М., Исаев Г.П., Рябчиков А.И. Использование вакуумно-дугового частотно-импульсного ускорителя ионов в технологии // Всесоюз. конф. поплазменным ускорителям и ионным инжекторам. Тез. докл. Днепропетровск, 1986.-С. 224-245.

120. Conrad J.R. Method and apparatus for plasma source ion implantation, U.S. patent 4,764,394, Wisconsin Alumni Research Foundation, Madicon, WI, 1988.

121. Conrad J.R., Dodd R.A., Worzala F.J., Qiu X. Plasma source ion implantation: A new, cost-effective, non-line-of-sight technique for ion implantation of materials // Surf. Coat. Technol. 1988. - V. 36. - P. 927-937.

122. Lieberman M.A. Model of plasma immersion ion implantation // J. Appl. Phys. -1989. V. 66. - P. 2926-2929.

123. Anders A. Handbook of plasma immersion ion implantation and deposition. New York: Wiley & Sons, 2000. - 553.

124. Scheuer J.T., Shamim M., Conrad J.R. Model of plasma source ion implantation in planar, cylindrical and spherical geometries // J. Appl. Phys. 1990. - V. 67 - P. 1241-1245.

125. Conrad J. Sheath thickness and potential profiles of ion-matrix sheaths for cylindrical and spherical electrodes // J. Appl. Phys. 1987. - V. 62. - P. 777-779.

126. Giinzel R., Brutscher J., Mandl S., Moller W. Utilization of plasma source ion implantation for tribological applications // Surf. Coat. Technol. 1997. - V. 96. — № 3. - P. 16-21.

127. Riemann K.-U. The Bohm criterion and sheath formation // J. Phys. D: Appl. Phys. -1991.-V. 24.-P. 493-518.

128. Stewart R.A., Lieberman M.A. Model of plasma immersion ion implantation for voltage pulses with finite rise and fall times // J. Appl. Phys. 1991. - V. 70. - P. 3481-3487.

129. Wood B.P. Displacement current and multiple pulse effects in plasma source ion implantation // J. Appl. Phys. 1993. - V. 73. - P. 4770-4778.

130. Vahedi V., Lieberman M.A., Alves M.V., Verboncoeur J. P., Birdsallet С. К. A one-dimensional collisional model for plasma-immersion ion implantation // J. Appl. Phys. 1991. - V. 69. - № 4. -P. 2008-2014.

131. Shamim M., Scheuer J.T., Fetherston R.P., Conrad J.R. Measurement of electron emission due to energetic ion bombardment in Plasma Source Ion Implantation // J. Appl. Phys. 1991. - V. 70. - P. 4756-4759.

132. Qin S., Chan C., Jin Z.J. Plasma immersion ion implantation model including multiple charge state // J. Appl. Phys. 1996. -V. 79. - P. 3432-3437.

133. Matossian J.N., Williams J.D. Confinement of secondary electrons in plasma ions processing // U.S. patent 5,498,290, Hughes Aircraft Company, Los Angeles, CA, 1996.

134. Rej D.J., Wood B.P., Faehl R.J., Fleischmann H.H. Magnetic insulation of secondary electrons in plasma source ion implantation // J. Vac. Sci. Technol. 1994. - V. 12. -P. 861-866.

135. Sheridan T.E. Ion-matrix sheath in a cylindrical bore // J. Appl. Phys. 1993. - V. 74.-P. 4903-4906.

136. Lee E.H., Rao G.R., Lewis M.B., Mansur L.K. Ion Beam Application for improve polymer surface properties // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 1993. - V. 74. -P. 326-330.

137. Calcagno L., Campagnini G., Foti G. Structural modification of polymer films by ion irradiation // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 1992. - V. 65. - P. 413-422.

138. Emmert G.A. Model for expanding sheaths and surface charging at dielectric surfaces during plasma source ion implantation // J. Vac. Sci. Technol. 1994. -V. 12.-P. 880-883.

139. Linder B.P., Cheung N.W. Plasma immersion ion implantation with dielectric substrates // IEEE Trans. Plasma Sci. 1996. - V. 24. - P. 1383-1388.

140. Matossian J.N., Shumacher R.W., Pepper D.M. Surface potential control in plasma processing of materials // U.S. patent 5,374,456, Hughes Aircraft Company, Los Angeles, CA, 1994.

141. Ricky K. Y. Fu, Xiubo Tian, Paul K. Chu. Enhancement of implantation energy using a conducting grid in plasma immersion ion implantation of dielectric/polymeric materials // Rev. Sci. Instrum. 2003. - V. 74. - № 8. - P. 3697-3700.

142. Matossian N., Wei R. Operating characteristic of a 100 kV, 100 kW plasma ion implantation facility // Surf. Coat. Technol. 1996. - V. 85. - P. 92-97.

143. Nikolaev A.G., Yushkov G.Y., Oks E.M., McGill R.A., Dickinson M.R., Brown I.G. Vacuum arc trigger based on ExB discharges // Rev. Sci. Instrum. 1996. - V. 67. -P. 3095-3098.

144. Wood В .P., Henins I., Gribble R.J., Reass W.A., Faehl R.J., Nastasi M.A., Rej DJ. Initial operation of a large-scale plasma source ion implantation experiment // J. Vac. Sci. Technol. -1994. -V. 12. P. 870-874.

145. Godyak V.A., Piejak R.B. Abnormally low electron energy and heating-mode transition in a low-pressure argon RF discharge at 13.56 MHz // Phys. Rev. Lett. -1990.-V. 65.-P. 996-999.

146. Lister G.G., Cox M. Modelling of inductively coupled discharges with internal and external coils // Plasma sources Sci. Technol. -1992. V. 1. - P. 67-73.

147. Wu Y.X., Liebermann M.A. A traveling wave-driven, inductively coupled large area plasma source // Appl. Phys. Lett. 1998. - V. 72. - P. 777-779.

148. Marec J., Leprince P. Microwave discharges: structures and stability, in Microwave discharges: Fundamentals and Applications, C.M. Ferrera and M. Moisan, Eds. — New York: Plenum, 1993. P. 34-63.

149. Vintizenko L.G., Koval N.N., Tolkachev V.S., Schanin P.M. Elongated Arc Plasma Generator // Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proc. of the 5th International Conference. Tomsk, 2000. - P. 578-582.

150. Kaufman H.R., Robinson R.S., Seddon R.I. End-hall ion source // J. Vac. Sci. Technol. 1987.-V. 5.-P. 2081-2084.

151. Holmberg K., Matthews A. Coatings Tribology: Properties, Techniques and Applications in Surface Engeneering. Amsterdam: Elsevier, 1994. - 53 p.

152. Кузьмин O.C., Лигачёв A.E., Пирогов H.B., Потёмкин Г.В., Рябчиков А.И. Установка ионной имплантации на 50 кэВ для упрочнения металлоизделий // Известия вузов. Физика. 1987. - № 8. - С. 94-96.

153. Диденко А.Н. Щаркеев Ю.П., Козлов Э.В., Рябчиков А.И. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантируемых металлических материалах. — Томск: Изд-во НТЛ, 2004. 328 с.

154. Блейхер Г.А., Кривобоков В.П., Пащенко О.В. Тепломассоперенос в твердом теле под действием мощных пучков заряженных частиц. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма, 1999. - 176 с.

155. Плешивцев Н.В., Бажин А.И. Физика воздействия ионных пучков на материалы. — М.: Вузовская книга, 1998. — 392 с.

156. Potter D.I., Ahmed М., Lamond S. Microstructuctural developments during implantation of metals. Ion implantation and ion beam processing of materials // Materials research society symposia proceedings. 1984. - V. 27. - P. 117-126.

157. Кумахов M.A., Комаров Ф.Ф., Энергетические потери и пробеги ионов в твердых телах. Минск: Изд-во Белор. Университета, 1979. - 319 с.

158. Kurin M.N., Mal'tsev G.I., Koshelev F.P., Krivobokov V.P., Kaplanskii O.G., Daiymov V.S. Radiation-stimulated diffusion of silver in quartz // Soviet Physics Journal. 1977. - V. 20. - №. 2. - P. 238-239.

159. Кадыржанов K.K., Комаров Ф.Ф., Погребняк А.Д., Русаков B.C., Туркебаев Т.Э. Ионно-лучевая и ионно-плазменная модификация материалов. М.: Изд— во МГУ, 2005. - 640 с.

160. Рябчиков А.И. Нетрадиционные методы импульсно-периодической ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов // Известия вузов. Физика. -1994.-№6.-С. 52-63.

161. Anders A. Metal plasma immersion ion implantation and deposition: a review // Surf. Coat. Technol. -1997.-V. 93. -P. 157-167.

162. Ryabchikov A.I., Nasyrov R.A. Repetitively pulsed, high-concentration implantation // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. -1991. V. 61. P. 48-52.

163. Brown I.G., Anders A., Dickinson M.R., MacGill R.A., Monteiro O.R. Recent advances in surface processing with metal plasma and ion beams // Surf. Coat. Technol 1999.-V. 112.-P. 271-279.

164. Ryabchikov A.I. Repetitively pulsed vacuum arc ion and plasma sources and new methods of ion and ion-plasma treatment of materials // Surf. Coat. Technol. 1997. -V. 96.-P. 9-15.

165. Keidar M., Beilis I.I., Aharonov R., Arbilly D., Boxman R.L., Goldsmith S. Macroparticle distribution in a quarter-torus plasma duct of a filtered vacuum arc deposition system // J.Phys. D: Appl. Phys. 1997. - V. 30. - P. 2972-2978.

166. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. Investigations of forming metal-plasma flows filtered from micropaticle fraction in vacuum-arc evaporators // Rev. Sci. Instrum. — 1998. V. 69.-P. 893-897.

167. Наноинженерия поверхности. Формирование неравновесных состояний в поверхностных слоях материалов методами электронно-ионно-плазменных технологий. Под редакцией Н.З. Ляхова, С.Г. Псахье. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008.-276 с.

168. Ziebert С., Ulrich S. Hard multilayer coatings containing TiN and/or ZrN: A review and recent progress in their nanoscale characterization // J. Vac. Sci. Technol. — 2006. V. 24. - № 3. - P. 554-583.

169. Ryabchikov A.I., Petrov A.V., Stepanov I.B., Shulepov I.A., Tolmachjeva V.G. High current and high intensity pulsed ion beam sources for combined treatment of materials // Rev. Sci. Instrum. 2000. - V. 71. - P. 783-785.

170. Клиланд Д, Кинг В. Системный анализ и уравнение М.: Советское радио, 1974.-278 с.

171. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы.-М.: Металлургия, 1990.-216 с.

172. Кадыржанов К.К., Комаров Ф.Ф., Погребняк А.Д., Русаков B.C., Туркебаев Т.Э. Ионно-лучевая и ионно-плазменная модификация материалов. М.: Издательство МГУ, 2005. - 640 с.

173. Аксенов Б.В., Котельников В.А. Зондовый метод диагностики плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 240 с.

174. Диагностика плазмы. / Под ред. Р. Хаддлстона и Е. Леонарда. М.: Мир, 1967.-250 с.

175. Москалев В.А., Сергеев Г.И. Измерение параметров пучков заряженных частиц. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 240 с.

176. Зайдель А.Н. Погрешности измерений физических величин. Л.: Наука, 1985. -112 с.

177. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. Л.: Энергия, 1978. - 262 с.

178. Зажигаев Л.С., Кишьян A.A., Романинов Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента-М.: Атомиздат, 1978—232с.

179. Козлов О.В. Электрический зонд в плазме. М.: Атомиздат, 1969. - 291 с.

180. Девятов A.M., Мальков М.А. Диагностика плазмы в магнитном поле. Плоский зонд // Известия вузов. Физика. 1984. - № 3. - С. 29-39.

181. Кузнецов В.И., Эндер А .Я. Численно-аналитический метод решения нестационарных задач в бесстолкновительной плазме // ЖТФ. 1979. — Т.4. — №Ю.-С. 2176-2179.

182. Девятов A.M., Мальков М.А. Диагностика плазмы в магнитном поле. Плоский, зонд // Известия вузов. Физика. 1984. - № 3. - С. 29-39.

183. Садовская Г.А. Обработка результатов измерений. — Рязань.: Издательство Рязанского радиотехнического института, 1986. 36 с.

184. Бугаев A.C., Гушенец В.И., Николаев А.Г., Оке Е.М., Юшков Г.Ю. Исследование ионного пучка источника "Титан" времяпролетным масс-спектрометром // Известия вузов. Физика. 2000. - Т. 43. - № 2. - С. 21-28.

185. Смирнов Б. М. Физика слабоионизованного газа. М: Наука, 1978. - 346 с.

186. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. A New Mieropatical Filtering System for Vacuum Arc Plasma Generators // 18 th Symposium on Plasma Physics and Technology. -Prague, Czech Republic, 1997.-P. 56.

187. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. Investigations of forming metal-plasma flows filtered from micropaticle fraction in vacuum-arc evaporators // 7th International Conference on Ion Sources. Taormina, Italy, 1997. - P. 23.

188. Stepanov I.B., Ryabchikov I.A., Dektyarev S.V. Investigation of tungsten dc vacuum arc characteristics. Technological application //Surface and coatings technology. — 2007. V. 201. - P. 6526-6529.

189. Рябчиков А.И., Рябчиков И.А., Степанов И.Б. Способ измерения спектра ионов и времяпролётный спектрометр ионов: пат. 2266587 Рос. Федерация. № 2004122707/28; заявл. 23.07.2004; опубл. 20.12.05, Бюл. № 35.

190. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Sinebryukhov A.A. Plasma Immersion Ion Charge State and Mass Spectrometer // Proceedings of the 11th International Conference on Ion Sources. Caen, France, 2005. - P. 205.

191. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Usov YU.P. New approaches to Plasma Diagnostics // Plasma-Based Ion Implantation and Deposition: Proceedings of the 8th International Workshop. Chengdu, China, 2005. - P. 18-22.

192. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Sinebryukhov A.A. Plasma immersion ion charge state and mass spectrometer // Rev. Sci. Instrum. 2006. - V. 77.-P. 303-307.

193. Степанов И.Б. Аксиально-симметричные фильтры жашозийного типа для очистки плазмы вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции // Технология машиностроения. 2007. - № 5. - С. 44—51.

194. Гаврилов Н.В., Мамаев А.С., Медведев А.И. Азотирование аустенитной нержавеющей стали в низковольтном пучковом разряде. // Известия вузов. Физика.-2009.-Т. 52.-№ 11/2.-С. 166-171.

195. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Usov Yu.P. New approaches to Plasma Diagnostics // Surf and Coat Technol. 2007 - V. 201. - P. 6635-6637.

196. Nordin M., Ericson F. Growth characteristics of multilayered physical vapour deposited TiN/TaN* on high speed steel substrate // Thin Solid Films. 2001 - V. 385.-№ l.-P. 174-181.

197. Mori Т., Fukuda S., Takemura Y. Improvement of mechanical properties of Ti/TiN multilayer film deposited by sputtering // Surf. Coat. Technol 2001 - V. 140. - P. 122-127.

198. Stepanov I.B., Shulepov I.A., Sivin D.O., Eremin S.E. Methods and Equipment for Complex Investigation of Modified Surface Layers and Coatings // Известия вузов. Физика. 2006. № 8. - Приложение. - С. 497-500.

199. Зандерны А. Методы анализа поверхностей / Пер. с англ. — М.: Мир, 1979. 582 с.

200. Бриггс Д., Сих Н.П. Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. — М.: Мир, 1987. — 598с.

201. Иванов В.Ш. Кораблев В.В., Брытов И.А. Достижения в области количественной электронной Оже-спектроскопии поверхности твердого тела // Труды ЛПИ. 1989 - № 412. - С. 10-14.

202. Степанов И.Б., Шулепов И.А., Солдатов А.И., Сорокин П.В. Автоматическое управление и регистрация на Оже-спектрометре 09 ИОС-3 // Приборы и техника эксперимента. 2003 - № 3. - С. 166-167.

203. Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М.: Физматгиз, 1962.-892 с.

204. Собельман М.И. Введение в теорию атомных спектров. —М.: Наука, 1977. -319 с.

205. Никитин А.А., Рудзикас З.Б. Основы теории спектров атомов и ионов. — М.: Наука, 1983.-320 с.

206. Петржик М.И.; Филонов M.P.; Печеркин K.A.; Левашов Е.А.; Олесова В.Н.; Поздеев А.И. // Известия вузов. Цветная металлургия. 2005 — № 6. — С. 62-69.

207. Ландау Л., Лифшиц М. Теория упругости. -М.: Наука, 1987. 248 с.

208. Musil J., Zeman Н., Kunc F., Vlcek J. Measurement of hardness of superhard films by microindentation // Materials Science and Engineering A. 2003 - V. 340. - № 1-2.-P. 281-285.

209. Oliver W.C., Pharr G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // J. Mater. Res. -1992 V. 7. - № 6. - P. 1564-1583.

210. Левашов E.A. Обеспечение единства измерений физико-механических и трибологических свойств наноструктурированных поверхностей // Нанометр. 2009. URL: http://www.nanometer.ni/2009/02/l l/nanometrologia58090.html.

211. Doerner M.F, Nix W.D. A method for interpreting the data from depth sensing indentation instruments // Journal of Materials Research- 1986- V. 1 —№ 4 — P. 601-609.

212. Leyland A., Matthews A. On the significance of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coating approach to optimised tribological behavior // Wear. 2000 - V. 246. № 1-2.-P. 1-11.

213. Pharr G.M. Measurement of mechanical properties by ultra-low load indentation // Materials Science and Engineering A. 1998 - V. 253. - № 1-2. - P. 151-159.

214. Рябчиков А.И, Степанов И.Б., Шулепов И.А, Сивин Д.О. Комплексное исследование модифицированных поверхностных слоев и покрытий // Известия вузов. Физика. 2007 - № 10/3. - С. 10-15.

215. Плютто А.А, Рыжков В.Н, Капин А.Т. Высокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг // ЖЭТФ. -1964. Т. 47. - № 2. - С. 494-507.

216. Лунев В.М, Падалка В.Г, Хороших В.М. Применение однопольного масс-спектрометра для исследования ионного компонента плазменного потока, генерируемого вакуумной дугой // ПТЭ. 1976. - № 5. - С. 189-190.

217. Vacuum Arc Science and Technology / edited by R. L. Boxman, P. J. Martin, D. M. Sanders.-Noyes, Park Ridge: NJ.-Chap, 1995.-P. 77-281.

218. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. - 529 с.

219. Ryabchikov A.I, Stepanov I.B, Dektjarev S.V, Sergeev O.V. Vacuum arc ion and plasma source Raduga 5 for materials treatment // Rev. Sci. Instrum. 1998. - V.69. -P. 810-813.

220. Ryabchikov A.I, Ryabchikov I.A, Sivin D.O, Stepanov I.B. Recent advances in surface processing with filtered DC vacuum-arc plasma // Vacuum. 2005. - V. 78. p. 445-449.

221. Shi X., Tay B.K., Flynn D.I., Ye Q., Sun Z. Characterization of filtered cathodic vacuum arc system // Surf. Coat. Technol. 1997. - V. 94/95. - P. 195-2000.

222. Рябчиков А.И. Устройство для очистки плазмы дугового испарителя от микрочастиц: пат. 2108636 Рос. Федерация. № 96108298/09; заявл. 23.04.96; опубл. 10.04.98.

223. Рябчиков А.И., Степанов И.Б.Устройство для очистки плазмы дугового испарителя от микрочастиц (его варианты): пат. 2097868 Рос. Федерация. № 96114637/07; заявл. 09.07.96; опубл. 21.11.97.

224. Рябчиков А.И., Степанов И.Б.Устройство для очистки плазмы дугового испарителя от микрочастиц (его варианты): пат. 2107968 Рос. Федерация. № 96116291/09; заявл. 06.08.96; опубл. 27.03.98.

225. Рябчиков А.И, Рябчиков И.А., Степанов И.Б., Еремин С.Е., Сивин Д.О. Устройство для очистки плазмы дугового испарителя от микрочастиц: пат. 2364003 Рос. Федерация. № 2008107365/28; заявл. 26.02.08; опубл. 10.08.09, Бюл. № 22.

226. Степанов И.Б. Оптически непрозрачные системы жалюзийного типа для очистки плазмы вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции // Известия вузов. Физика. 2007. - № 10/3. - С. 16-24.

227. Оке Е.М. Плазменные источники интенсивных электронных и ионных пучков на основе разрядов низкого давления с ненакаливаемым катодом в магнитном поле: дис. док. технических наук. Томск, 1994. — 272 с.

228. Морозов А.И., Соловьев JT.C. Стационарные течения плазмы в магнитном поле. / В кн. Вопросы теории плазмы, вып. 8. М.: Атомиздат, 1974. — 384 с.

229. Осипов В.А. Падалка В.Г., Саблев Л.П., Ступак Р.И. Установка для нанесения покрытий осаждением ионов, извлекаемых из плазмы вакуумной дуги // ПТЭ. -1978.-№6.-С. 173-175.

230. Рябчиков А.И., Рябчиков И.А., Степанов И.Б., Еримин С.Е. Времяпролетный способ измерения зарядового и массового состава ионов плазмы: пат. 2314594 Рос. Федерация. № 2006128656/28; заявл. 07.08.06; опубл. 10.01.08, Бюл. № 1.

231. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Sivin D.O., Eremin S.E. Plasma Immersion Ion Charge State and Mass Spectrometer // Известия вузов. Физика. -2006.-№ 8.-С. 530-533.

232. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Eremin S.E., Sivin D.O. Quasiribbon Vacuum Arc Ion Source "Raduga-6" // 9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, 2008. - P. 11-14.

233. Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Еремин C.E., Сивин Д.О. Источник ионов Радуга 6 для формирования псевдоленточных пучков ионов металлов // Известия вузов. Физика. - 2009. - № 11/2. - С. 80-84.

234. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука, 1971.-544 с.

235. Волынский М.С. Необыкновенная жизнь обыкновенной капли. М.: Знание, 1986.-144 с.

236. Гегузин Я.Е. Капля. -М.: Наука, 1977. 176 с.

237. Слуцкая В.В. Тонкие пленки в технике сверхвысоких частот. — Л.: Госэнергоиздат, 1962. — 400 с.

238. Будилов B.B., Будилова A.B., Минаев О.Б. Моделирование ионно-плазменного осаждения покрытий //Тез. докл. IV Всерос. конф. по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Томск, 1996. - С. 450-453.

239. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B., Dektyarev S.V. High current vacuum-arc ion source for ion implantation and coating deposition technologies // Rev. Sci. Instrum. 2006. - V. 77. - № 3. - P. 03B516.

240. Рябчиков А.И., Дектярев С.В. Способ импульсно-периодической ионной и плазменной обработки изделия и устройство для его осуществления: пат. 2113538 Рос. Федерация. № 96113928/02, заявл. 09.07.06; опубл. 20.06.08.

241. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Dektjarev S.V., Lukonin E.I., Shulepov I. A. High broad vacuum arc ion and plasma sources with extended large area cathodes // Ion Sources: Proceedings of the 8th International Conference. -Kyoto, Japan, 1999. P. 47.

242. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B., Dektjarev S.V., Lukonin E.I., Shulepov I.A. Very broad vacuum arc ion and plasma sources with extended large area cathodes // Rev. Sci. Instrum. 2000. - V. 71. - P. 704-706.

243. Ryabchikov A., Stepanov I., Dektyarev S., Shulepov I., Lukonin E., Sivin D. Vacuum arc Ion and Plasma Source Raduga-5 // Proceedings of the 5th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology. Tomsk, 2001. - V. 1.-P. 380-383.

244. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. New metal ion and plasma surface modification methods // Surf, and Coat. Technol. 2007. - V. 201. - P. 8637-8640.

245. Арифов В.А. Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела. -М.: Наука, 1968.-370 с.

246. Каминский М. Атомарные и ионные столкновения на поверхности металла/ пер с английского/ Под ред. JI.A. Арцимовича. М.: Мир, 1967 - 506 с.

247. Электрический пробой и разряд в вакууме / под ред. И. Н. Сливков, В. И. Михайлов, Н. И. Сидоров. М.: Атомиздат, 1966. - 295 е.

248. Симонов В.В., Корнилов JI.A., Шашелев A.B., Шокин Е.В. Оборудование ионной имплантации. М.: Радио и связь, 1988. - 185с.

249. Давыденко В.И., Димов Г.И., Морозов И.И., Савкин В.Я. Развитие ионных источников для инжекторов АМБАЛ-М // Труды Всесоюзного совещания по открытым ловушкам. Москва, 1989. - с. 24.

250. Бугаев С.П., Оке Е.М., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. Источник ионов (100 кВ) на основе вакуумной дуги, возбуждаемой контрагированным разрядом // Приборы и техника эксперимента. — 1990. — № 6.- С. 125-129.

251. Child C.D. Discharge From Hot CaO // Phys. Rev. (Ser. 1). 1911. - V. 32. - P. 492-511.

252. Langmuir I., Compton K.T. Electrical Discharges in Gases. II. Fundamental Phenomena in Electrical Discharges // Rev. Mod. Phys. 1931. - V. 3. - P. 191 -220.

253. Brown I.G., Galvin J.E., MacGill R.A., Wrigth R.T. Improved time-of-flight ion charge state diagnostic //Rev. Sei. Instrum. 1987. - V. 58. - P. 1589-1592.

254. Stepanov LB., Ryabchikov A.I., Kozlov E.V., Sharkeev Yu.P., Shulepov I.A., Kurzina I.A., Sivin D.O. High-current vacuum-arc ion and plasma source "Raduga—5" application to intermetallic phase formation // Rev. Sei. Instrum. -2006.-V. 77.-P. 03C115.

255. Горбенко H.M., Ильин В.П., Попова Г.С., Свешников В.М. Пакет программ ЭРА для автоматизации электрооптических расчетов // Численные методы решения задач электронной оптики. Новосибирск: изд. ВЦ СО АН СССР, 1979.-С. 34-60.

256. Вазов В, Форсайт Дж. Разностные методы решения дифференциальных уравнений в частных производных М.: Иностранная литература, 1963- 488 с.

257. Макарец Н.В., Фалько Г.Л., Федоренко A.M. Распыление поверхности мишени и радиационно-стимулированная диффузия примеси // Поверхность. Физика, химия, механика. 1984. - № 5. - С. 29-34.

258. Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Сивин Д.О. Источник псевдоленточных пучков ионов металлов // Известия Томского политехнического университета. 2010. -Т. 316. - №4-С. 94-96.

259. Рябчиков А.И., Рябчиков И.А., Степанов И.Б. Способ импульсно-периодической имплантации ионов и плазменного осаждения покрытий: пат. 2238999 Рос. Федерация. № 2003104995/02,; заявл. 19.02.03; опубл. 27.10.04, Бюл. № 30. С. 235.

260. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B. High Frequency Short-Pulsed Plasma-Immersion Ion Implantation and Deposition // Surf, and Coat. Technol. -2007. V. 201. - P. 8610-8614.

261. Daalder J. E. Cathode spots and vacuum arcs // Physica C. 1981. - V. 104. -P. 91-106.

262. Sano M., Yukimura K., Maruyama T. Titanium nitride coating on implanted layer using titanium plasma based ion implantation // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1999.-V. 148.-P. 37-43.

263. Weidong Yu, Lifang Xia, Yue Sun. Metal plasma source ion implantation using a UBM cathode // Surf, and Coat. Technol. 2000. - V. 240. - P. 128-129.

264. Ryabchikov A.I., Ryabchikov LA., Stepanov I.B., Usov Yu. P. High-frequency short-pulsed metal plasma-immersion ion implantation or deposition using filtered DC vacuum-arc plasma // Surf and Coat Technol. 2007. - V. 201. - P. 6523-6525.

265. Raizer Y.P. Gas Discharge Physics. Berlin: Springer-Verlag, 1991. - 217 p.

266. Ryabchikov A.I., Ryabchikov I.A., Stepanov I.B. High-frequency short-pulsed plasma-immersion ion implantation or deposition // Известия вузов. Физика. —2006. № 8. - Приложение. - С.304-306.

267. Ryabchikov A.I., Matvienko V.M., Stepanov I.B. Coating deposition using vacuum arc and ablation metal plasma // Surf, and Coat. Technol. 2009. - V. 203. - P. 2735-2738.

268. Струц B.K., Петров A.B., Усов Ю.П., Рэнк Т.Дж. Осаждение кальций-фосфатных покрытий мощными ионными пучками // Известия вузов. Физика. -2009.-№11/2.-С. 198-201.

269. Струц В.К., Матвиенко В.М., Петров А.В., Рябчиков А.И. Структура и свойства содержащих фуллерены углеродных покрытий // Известия вузов. Физика. 2009. - № 11/2. - С. 217-222.

270. Ryabchikov A.I., Petrov A.V., Polkovnikova N.M., Struts V.K., Usov Yu.P., Arfyev V.P. Carbon Film Deposition by Powerful Ion Beams // Surf, and Coat. Technol.2007.-V. 201.-P. 8499-8502.

271. Remnev G.E., Isakov I.F., Opekunov M.S. High intensity pulsed ion beam sources and their industrial applications // Surf, and Coat. Technol. — 1999. V. 114. — P. 206-212.

272. Yatsui К., Jiang W., Harada N., Sonega T. Application of intense pulsed light ion beams to material science // High-Power Part. Beams: Proceedings of the 12th International Conference. Tel Aviv, Israel, 1998. - P. 118-120.

273. Ryabchikov A.I., Matvienko V.M., Stepanov I.B. Coating Deposition Using Vacuum Arc and Ablation Metal Plasma // Surface Modification of Materials by Ion Beams: Proceedings of the 15th International Conference. Mumbai, India, 2007. -P. 27.

274. Stmts V.K., Zakoutaev A.N., Matvienko V.M. Formation of protective coatings on metals by intense pulsed ion beam // Surf, and Coat. Technol. 2002. - V. 494. - P. 158-162.

275. Рябчиков А.И. Развитие сильноточных источников ионов и плазмы на основе вакуумно-дугового разряда и новых методов модификации свойств материалов в НИИ Ядерной Физики // Известия вузов. Физика. 2007. - № 10/2.-С. 10-14.

276. Ремнев Г.Е., Исаков И.Ф., Опекунов М.С., Матвиенко В.М. Источники мощных ионных пучков для практического применения // Известия вузов. Физика. 1998. - № 4. - С. 92-110.

277. Ryabchikov A.I. Recent Advances in Ion Beam Modification and Coating Deposition at the Nuclear Physics Institute at Tomsk Polytechnic University // Bulletin of the American Physical Society. 2004. - V. 49. - № 8. - P. 257-161.

278. Ryabchikov A.I. Recent Advances in Surface Processing at NPI (Equipment and Methods) // Известия вузов. Физика. 2006. - № 8. Приложение. - С. 37-40.

279. Аксенов И.И, Андреев А.А, Брень В.Г, Вакула С.И, Гаврилко И.В, Кудрявцева Е.Е, Кунченко В.В, Лоошко В.В, Мирошниченко Ю.Т, Падалка В.Г, Романов А.А, Сопрыкин Л.И, Стрельницкий В.Е, Толок В.Т, Хороших

280. B.М, Чикрыжов A.M. Покрытия, полученные конденсацией плазменных потоков в вакууме (Способ конденсации с ионной бомбардировкой) // УФЖ. — 1979. Т. 24. - № 4. - С. 515-525.

281. Borisov D.P, Goncharenko I.M, Koval N.N, Schanin P.M. Plasma-assisted deposition of a three-layer structure by vacuum and gas arcs // IEEE Transactions on plasma science. 1998. -V. 26. -№ 6. - P. 1680-1684.

282. Рябчиков А.И, Степанов И.Б, Шулепов И.А, Сивин Д.О. Формирование композиционных покрытий из плазмы дугового разряда с использованием раздельных катодов // Известия вузов. Физика. -2007. Т. 50.-№ 10/3. - С. 4—9.

283. Liu C. S, Wu D. W„ Fu D. J, Ye M. S, Gao P„ Peng Y. G. Fan X. J. // Surf. Coat. Technol. 2000. - V. 128.-P. 144-149.

284. Tolopa A.M. Development of TAMEK and other vacuum arc ion sources // Rev. Sci. Instrum. 1994. -V. 65. -№ 10. - P. 3134-3138.

285. Kotov D.A. Investigation of filament operating mode influence on discharge within ExH fields // Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings of 7th International Conference. Tomsk, 2004. - C. 93-96.

286. Ohnuma I., Fujita Y., Mitsui H., Ishikawa К., Kainuma R., Ishida K. Phase equilibria in the Ti-Al binaiy system // Acta Materialia. 2000. - V. 48. - P. 3113-3123.

287. Ikeda O., Ohnuma I., Kainuma R., Ishida K. Phase equilibria and stability of ordered BCC phases in the Fe-rich portion of the Fe-Al system // Intermetallics. 2001. —. V. 9.-№9.-P. 755-761.

288. Barabash O.M., Koval Yu. N. Structure and Properties of Metals and Alloys. Crystalline Structure of Metals and Alloys. Kiev: Naukova Dumka, 1986. - 596 p.

289. Курзина И.А., Божко И.А., Калашников М.П., Фортуна С.В., Батырева В.А, Степанов И.Б., Шаркеев Ю.П. Высокоинтенсивная имплантация ионовалюминия в никель и титан // Известия Томского политехнического университета. 2004. - № 3. - С. 30-35.

290. Stepanov I.B., Ryabchikov A.I., Kozlov E.V., Sharkeev YU.P., Sivin D.O., Shulepov I.A., Kurzina I.A. High-Current Vacuum-Arc Ion and Plasma Source "Raduga-5" Application for Intermetallic Phase Formation in the Surface Layer of

291. Metal Target // Proceedings of the 11th International Conference on Ion Sources. — Caen, France, 2005. P. 140.

292. Wiedersich H. Kinetic processes during ion bombardment // Nucl. Instr. Meth. — 1985.-V. 7/8.-P. 1-10.

293. Roth J., Moller W., Poker D.B., Wittmaak K. Ion induced self diffusion of carbon // Nucl. Instr. Meth. 1986. -V. 13. - P. 409-415.

294. Audronis M., Leyland A., Matthews A., Wen J.G., Petrov I. Characterization studies of pulse magnetron sputtered hard ceramic titanium diboride coatings alloyed with silicon//ActaMaterialia.-2008.-V. 56.-№ 16.-P. 4172-4182.

295. Milde F., Teshner G., May С. Gas Inlet Systems for Large Area Linear Magnetron Sputtering Sourcesin // Society of Vacuum Coaters: Proc. 44-th Annual Technical Conference, 2001. P. 204-209.

296. И.Б. Степанов. Оборудование для реализации комбинированных методов ионно-лучевой ионно-плазменной модификации материалов // Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flow: Proceedings of the 6th Conference. -2002.-P. 33-39.

297. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. New Generation Installation for Material Processing by Metal Ion Beam and Plasma // Известия вузов. Физика. 2006. — № 8. Приложение. - С. 47-50.

298. Ryabchikov A.I., Stepanov I.B. Equipment and methods for hybrid technologies of ion beam and plasma surface materials modification // Surface and Coating Technology.-2009. —V. 203. № 17/18. -P. 2784-2787.

299. Жуков В. В., Кривобоков В. П., Янин С.Н. Распыление мишени магнетронного диода в присутствии внешнего ионного пучка // Журнал технической физики. 2006. - Т. 76. - № 4. - С. 61-66.

300. Распыление тел ионной бомбардировкой / под. ред. Р. Бериша. М: Мир, 1984.-336 с.

301. В организации НПФ "Эвротех"1. Министерствавнедрен Фильтр для очистки вакуумно дуговой плазмы от микрокапельной фракциив количестве 3 шт.разработанный в Институте ядерной физики при Томском политехническом университете лабораторией

302. Физики и техники ионно-лучевой, ионно-плазменной обработки материалов"совместнои изготовленный на предприятии НИИ ЯФ при ТПУ

303. Месяц и год внедрения май 1998 г.

304. В работе использовались изобретения Ks 2097868

305. Разработка выполнена группой в составе Рябчиков А.И. научный руководитель. Степанов И.Б. Дектярев C.B.

306. При внедрении разработки на предприятии получен экономический эффект от одного изделия в размерерасчет экономического эффекта не представляется возможным

307. Социальный эффект от внедрения простота и надежность конструкции, для эксплуатации нетребуется дополнительного обслуживающего персонала

308. Научно-технический эффект от внедрения Разработан простой и высокоэффективныйфильтр для очистки вакуумно-дуговой плазмы от микрокапельной фракции

309. Технико-экономические показатели потребляемая мощность 3 кВт.эффективность пропускания системой плазменного потока до 45%.

310. Уменьшение микрокапельной фракции в потоке дуговой плазмы до 2-3 порядков1. Замечания

311. Настоящий акт составлен " 25 " июля1998 г. комиссией в составеи / 3>АH, Jl У» Р e-te-Л-О Р-К

312. W и УседуеЕ =улелгтг>о-цт, |а fc. ^ffleo^b7 Кнс-ни \с-<?& g,, VN,

313. Рз . Ctveo, у\ Ж К Ц е^т- HyPATOgr-fr- ММф.и.о. и подпись1. УТВЕРЖДАЮ

314. Ж^^л^рр НИИ ЯФ при ТПУ |,Г ; Главный вр'ач клиник СГМУ

315. В ходе контрольных испытаний инструмент помещался в раствор в течение 1часа, с последующим визуальным анализом состояния поверхности. Периодичность обработки инструмента составляла 1-2 раза в день.

316. От клиник СГМУ Зав. глазн^ клиникой1. Акт окончательной приемки

317. По Контракту СХ50С-1А99020 Пекин, Китай 20-ое апр.2001

318. Объекты проверки Требования в Контракте Результаты проверки Заключ ение

319. Сорт ионов и плазмы Ионы и плазма проводящих материалов Не измерен. Соответствовало при предварительной приемке Принято

320. Режим генерации плазмы Непрерывный Непрерывная дуга наблюдается с помощью зеркального отражателя Соот.

321. Ток вакуумно-дугового разряда, А 90-145А 100-176А Соот.

322. Амплитуда импульса ускоряющего напряжения,кВ 40кВ Напряжение,измеренное с помощью высоковольтного делителя составляет 20кВ и 41 кВ Соот.

323. Амплитуда тока пучка ионов в импульсе, А До 1 А 1,р=1.27А(ток измерен с использованием коллектора Ф210мм по падению напряжения на низкоомком сопротивлении) Соот.

324. Средний ионный ток ,мА До 80мА Ир- f • т=114мА Соот.

325. Длительность импульса ускоряющего напряжения, мкс 400мкс 450мкс Принято

326. Частота следования импульсов , имп/с 1. Ручной запуск 2.Дискретный,по диапазонам 8/16/45/75/100/ 120/150/200 раз/сек. 1. Ручной запуск 2.Дискретный по диапазонам 5/10/15/20/25/30/35/40/50/75/10 0/120/200 Соот.

327. Средняя мощность ионного пучка,кВт До 3.0 кВт Р=|. ир=4.7кВт Соот.

328. Диаметр пучка ионов , мм 2И80мм Диаметр отпечатка ионного пучка на металлическом фольге составлят 230мм на расстоянии 2-Зсм от входного фланца вакуумной камеры Соот.

329. Скорость нанесения покрытий на выходе источника, мкм/час 3-5 мкм/час Смотри "Акт металлографического испытания " Соот.

330. Уменьшение в потоке плазмы капельной фракции, раз 102раз Не измерено в следствии того, что установка "радуга-5С" не предназначена для работы без плазменного фильтра принято

331. Напряжение трехфазной питающей сети и ее частота, В/Гц 380В/50Гц 380В/50Гц Соот.

332. Габаритные размеры установки ,мм 2500X1850х 2100мм 2500X1850x2100мм Соот.

333. Размеры рабочей зоны технологической камеры, мм Ф1000x500мм Ф1000x570мм Соот.

334. Скорость вращения карусели с планетарным механизмом об/мин 2-20об/мин 2-8об/мин Принято

335. Давление в камере (2-4) • 10"5 мм рт.ст. 2.7x10'5мм рт.ст. Соот.

336. Время откачки предварительного вакуума ,мин ЗОмин. Юмин. соот.

337. Представители обеих сторон проверили цельность узлов и элементов установки, наличие документации и запчастей по приложениям 1,3,4 к Контракту.

338. В результате проверки обе стороны считают, что настоящая установка соответствует требованиям приложений 1,2,3 и 4 к

339. Контракту СХБОС-1А99020.Технологические испытания на основе стали соответствуют техническим требованиям.Пользователь согласен принять установку "Радуга-5С".

340. Продавец гарантирует, что качество настоящей установки должно полностью соответствовать требованиям Контракта СХ80С-1А99020 в течении 12 месяцев с даты подписания настоящего Акта.

341. В счет оплаты стоймости трансформаторного масла, предоставленного Пользователем,Продавец обязуется поставить Пользователю тиристор ТОЧ253-630/400-017-А2ЕЗМЧУХЛ2 в количестве 1 шт.

342. Представитель Пользователя1. Комплекс по авиационнойнергии и обслуживаниюо ко 4тролю качества

343. Представитель Продавца •Степанов И.Б1. ПнТ

344. В обществе с ограниченной ответственностью «Центр новых технологий» в период с 2005 по 2009 гг. внедрены:

345. Комплексная установка для реализации комбинированных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов 1 шт.

346. Аксиально-симметричные плазменные фильтры жалюзийного типа для установок ионно-плазменного нанесения покрытий типа ННВ-6.6-И1 9 шт.

347. Система автоматизации технологического процесса для комплексной установки ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов 1 шт.

348. Оборудование разработано в Научно-исследовательском институте ядерной физики при Томском политехническом университете в рамках х/д № ЦНТ 04/09 от 15.10.2004 г. № ЦНТ 07/04 от 27.04.2007 г. 22/20 08 от 28.11.08 г.

349. Разработки выполнены группой в составе: Рябчиков А.И., Степанов И.Б., Сивин Д.О., Дектярев C.B., Додорин К. Ю, Карпов С.П.

350. ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

351. УФИМСКОЕ МОТОРОСТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ" i2.ii.2oio л 8311.ПГ!>;*'ГГ ит;'»' ти1. НЧ.М „.М1|>|Ч««.М|)аии

352. Утверждаю» Первый зам. ГДО -ТеХНИЧеСКИЙ ^фСКТОрмУ1. Гг |1|2»ноября2010г. /^^¿гглл»51*^*1. АКТоб использовании результатов диссертационной работы Степанова Игоря Борисовича1. Комиссия в составе:

353. Председатель: Зав. кафедрой технологии машиностроения ГОУ ВПО Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ), д.т.н., профессор Смыслов A.M.;1. Члены комиссии:

354. Нач. отдела Технопарка «Авиационные технологии», к.т.н., Дыбленко Ю.М.;

355. Министерство образования н науки РФ

356. ТПУ Tomsk Polytechnic Universityпр. Ленина, 30 / \ 30, Lenin Avenue,г. Томск, 634050, Россия е iff Tomsk, 634050. Russia

357. ФТИ ТПУ rv-'-tL^' Physical Technical Instituteпр Ленина, 2a ^/¿^S-^-p-J 2A, Lenin Avenue,г.Томск, 634050, Россия Tomsk, 634050, Russia

358. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

359. НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

360. ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

361. Тел. (382-2) 423980, факс: (382-2) 423934, E-mail: fli@tpu.ru УФК по Томской области р/с 40503810900001000258 в ГРКЦ ГУ Банка России по Томской области г.Томск БИК 046902001 ИНН 7018007264 ТПУ л/с 03651А29000 ОКНО 02069303

362. УТВЕРЖДАЮ Дрорвкарр-;шрскгор ФТИ1. J V А «X435*12010 г.1. ЦТ', -Ч* ^ ' Ы . ~ V --V А А/1. АКТ Го внедрении результатов докторской диссертациопноир^оте^д-^г.' Степанова Игоря Борисовича

363. Плазменно-иммерснонного времяпролетного спектрометра для измерения зарядового состояния и массового состава газовой и металлической плазмы;

364. Метода короткоимпульсной. высокочасто гной плазмснно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий;

365. Источников импульсно-периодических и непрерывных аксиально-симметричных и псевдоленточных пучков ионов металлов из плазмы непрерывного вакуумио-дугового разряда в условиях фильтрации плазмы о г микрокапельной фракции;

366. Научно-технологического комплекса для реализации комбинированных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов;