等離子體應(yīng)用中磁控濺射旋轉(zhuǎn)陰極系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究與優(yōu)化.pdf

1、等離子體科學(xué)及技術(shù)正處于當(dāng)今科技研究的前沿，其應(yīng)用涉及國(guó)防、航天、能源、化工、電子等相關(guān)領(lǐng)域。磁控濺射旋轉(zhuǎn)陰極已被廣泛應(yīng)用于大面積薄膜制備裝備及相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域，因國(guó)外對(duì)其核心技術(shù)的封鎖，使得國(guó)產(chǎn)陰極在生產(chǎn)中暴露出相關(guān)低溫等離子體技術(shù)的諸多問題，表明國(guó)內(nèi)的自主設(shè)計(jì)水平與國(guó)外存在很大差距，陰極高端市場(chǎng)被國(guó)外產(chǎn)品長(zhǎng)期壟斷。因此，開展旋轉(zhuǎn)陰極與低溫等離子體相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)優(yōu)化，具有重要意義。
　　本文針對(duì)國(guó)產(chǎn)陰極在生產(chǎn)中存在的主要問

2、題，基于低溫等離子體的研究及技術(shù)，分析了磁控濺射旋轉(zhuǎn)陰極中等離子體的放電特性及其對(duì)陰極系統(tǒng)的影響，著重開展了陰極冷卻換熱、均勻布?xì)獾汝P(guān)鍵技術(shù)的研究，并從冷卻、布?xì)?、磁?chǎng)測(cè)試調(diào)節(jié)、密封、穩(wěn)定電加載等方面優(yōu)化陰極系統(tǒng)。主要工作如下:
　　1)進(jìn)行了陰極換熱分析及冷卻回路設(shè)計(jì)，建立數(shù)學(xué)模型，數(shù)值計(jì)算了其穩(wěn)態(tài)換熱，得到總熱負(fù)載、進(jìn)水流量及相關(guān)換熱參數(shù);應(yīng)用流固熱耦合的有限元方法，模擬仿真了其瞬態(tài)換熱過程，得到溫度、換熱系數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律

3、及穩(wěn)態(tài)時(shí)流場(chǎng)、溫場(chǎng)的分布，并將仿真結(jié)果與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法在工程設(shè)計(jì)中的可參考性;采用調(diào)節(jié)進(jìn)水流量、改變靶管轉(zhuǎn)速、加裝限流擋板等方法對(duì)陰極冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，通過模擬對(duì)比探究出這些參數(shù)影響換熱能力的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了陰極換熱的性能要求。
　　2)分析了陰極布?xì)饨Y(jié)構(gòu)及均勻布?xì)鈫栴}，選定單管噴嘴型管路為研究對(duì)象，推導(dǎo)出管路氣體沿程流動(dòng)方向上各孔等量流出的孔徑變化數(shù)學(xué)表達(dá)式，并進(jìn)行有限元建模和流體仿真，驗(yàn)證了上述孔徑表達(dá)