ПЛАЗМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

ПЛАЗМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

- совокупностьметодов получения и обработки материалов с использованием нагрева исходныхпродуктов в плазменной струе или их перевода в плазменное состояние.
Наиб. широкое распространение получилиатмосферные (при норм. давлении) плазменные методы обработки и полученияматериалов (резание, наплавка, выращивание монокристаллов, сфероидизацияпорошков, нанесение покрытий), а также проведения многотоннажных плазмохим. <процессов (получение связанного азота и др.). Эти процессы осуществляютсяс помощью потоков плазмы, генерируемых плазм отроками разл. типов(электродными, высокочастотными). Плазма в этих устройствах выполняет ф-циювысокотемпературного теплоносителя и используется в осн. для нагрева исходныхпродуктов.
В 1980-х гг. получили эфф. развитие ионно-плазменныетехнол. процессы, реализующиеся в вакууме с помощью плазменных ускорителей. В качестве рабочих тел могут быть использованы металлы, газы, твёрдыеи жидкие диэлектрики. В этих условиях возможны такие процессы, как насыщениеповерхностных слоев материала др. веществом с обеспечением необходимойтолщины насыщенного слоя или глубины его залегания, высокоэффективное распылениеповерхности, конденсация вещества в вакууме из плазменной фазы при обеспеченииорганич. связи материалов основы и покрытия и необходимых структурных особенностейплазменного конденсата.
Реализация разл. ионно-плазменных технол. <процессов, осуществляемых в условиях высокой чистоты, принципиально необходимойдля получения мн. спец. материалов, определяется широкими возможностямиуправления параметрами взаимодействующих плазменных потоков. Это позволяетполучать разл. структуры плазменных конденсатов - от аморфных до кристаллических, <с разными размерами и формой кристаллитов.
П. т. включает ряд чрезвычайно важных, <экономически высокорентабельных процессов нанесения износостойких, жаропрочных, <коррозионно-стойких и др. плазменных покрытий. Благодаря этому возможназамена дорогостоящих и редких металлов и сплавов менее дефицитными материаламис нанесёнными на них покрытиями без изменения (или даже со значит. повышением)ресурса работоспособности изделий. Использование П. т. приводит к формированиюпринципиально новых композиц. материалов, свойства к-рых не определяютсяпростым суммированием характеристик основы и покрытия, а являются качественноновыми.
При формировании покрытий широко используетсяперевод исходных продуктов в плазменное состояние с помощью вакуумной дуги. <Катодные микропятна дугового разряда являются источниками высокоскоростныхпотоков плазмы, содержащей продукты эрозии катода. Степень ионизации образующегосяплазменного потока достаточно велика (от 20 до 90% в зависимости от материалакатода.); наиб. долю в нём составляют двухзарядные ионы. Ионные токи дуговогоразряда аномально высокие - до 10 ампер и более (ок. 10% тока разряда).
Управление потоками плазмы вакуумной дуги(транспортировка, фокусировка, сепарация от нейтральных частиц и макрочастицкатодного материала) осуществляется путём использования дополнит. устройств, <действующих на принципах плазмооптики (см. Плазмооптические системы).
При конденсации потоков плазмы тяжёлыхметаллов (титан, молибден, цирконий и т. п.) в присутствии реактивногогаза (азота) синтезируются нитриды этих металлов, к-рые обладают высокимипоказателями по твёрдости, износостойкости и адгезии к металлич. основе. <Осн. параметрами, определяющими свойства образующегося конденсата, являютсяхим. состав исходного материала (катода), парциальное давление реактивногогаза, темп-pa подложки при конденсации, энергия ионов, плотность плазменногопотока. При повышении давления азота до оптим. значений увеличивается микротвёрдостьформируемых покрытий, что обусловлено образованием твёрдых растворов азотаи нитридов с достаточно широкой областью гомогенности. Зависимость свойствобразующихся конденсатов от давления реактивного газа позволяет формироватьпокрытия с заданным градиентом свойств по толщине, а также создавать многослойныепокрытия чередованием высокотвёрдых и "мягких" (исходный материал) слоев. <Возбуждённое состояние компонентов плазмы обеспечивает протекание плазмохим. <реакций образования нптридов тугоплавких металлов (карбидов при использованииуглеродсодержащих газов) при сравнительно низких темп-pax подложки, чтопозволяет наносить эти покрытия на материалы с низкой темп-рой отпуска;традиц. методы получения нитридов и карбидов требуют длит. времени и высокихтемп-р (см. также Плазмохимия).
При конденсации потоков углеродной плазмыв вакууме на поверхности охлаждаемых металлпч. подложек получены алмазоподобныепокрытия. Ионно-плазменный метод синтеза позволяет получать такие покрытиятолщиной до неск. десятков микрон. Физ. свойства алмазоподобных углеродныхпокрытий близки по свойствам к алмазу. Микротвёрдость плёнок по Виккерсудостигает (1518)х 10³ кГс/мм ², плотность - 2,93,2г/см ³, электросопротивление - 10⁸ Ом х см. Плёнкихимически инертны к сильным окислителям, как и алмаз. Синтез в предельнонеравновесных условиях композиц. высокодефектного углеродного материала, <состоящего из смеси высокодисперсных алмазных кристаллитов, упрочнённыхвторой фазой выделений высокодисперсного графита, позволяет надеяться наполучение новых конструкц. материалов с ещё лучшими свойствами, чем свойстваизвестных форм алмазов.
Синтезированные методами П. т. высокотвёрдые, <прочные, стабильные покрытия успешно используются в качестве упрочняющихпокрытий для режущих инструментов (быстрорежущие стали и твёрдые сплавы)и деталей машин. Это позволяет существенно (в 2 - 8 раз) повысить эксплуатац. <ресурс упрочняемых изделий.

Лит.: Падалка В. Г., Толок В. Т.,Методы плазменной технологии высоких энергий, "Атомная энергия", 1978,т. 44, с. 476; Дороднов А. М., Технологические плазменные ускорители, "ЖТФ",1978, т. 48, в. 9, с. 1858; Аксёнов И. И. и др., Высокоэффективный источникчистой углеродной плазмы, "ЖТФ", 1980, т. 50, в. 9, с. 2000; Плазменнаяметаллизация в вакууме, Минск, 1983.

В. Г. Падилка.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.