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

1、等離子體科學及技術(shù)正處于當今科技研究的前沿，其應用涉及國防、航天、能源、化工、電子等相關領域。磁控濺射旋轉(zhuǎn)陰極已被廣泛應用于大面積薄膜制備裝備及相關工業(yè)領域，因國外對其核心技術(shù)的封鎖，使得國產(chǎn)陰極在生產(chǎn)中暴露出相關低溫等離子體技術(shù)的諸多問題，表明國內(nèi)的自主設計水平與國外存在很大差距，陰極高端市場被國外產(chǎn)品長期壟斷。因此，開展旋轉(zhuǎn)陰極與低溫等離子體相關的關鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)優(yōu)化，具有重要意義。
　　本文針對國產(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陰極系統(tǒng)的影響，著重開展了陰極冷卻換熱、均勻布氣等關鍵技術(shù)的研究，并從冷卻、布氣、磁場測試調(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)進行了陰極換熱分析及冷卻回路設計，建立數(shù)學模型，數(shù)值計算了其穩(wěn)態(tài)換熱，得到總熱負載、進水流量及相關換熱參數(shù);應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)隨時間的變化規(guī)律

3、及穩(wěn)態(tài)時流場、溫場的分布，并將仿真結(jié)果與計算結(jié)果進行了比對，驗證了數(shù)值計算方法在工程設計中的可參考性;采用調(diào)節(jié)進水流量、改變靶管轉(zhuǎn)速、加裝限流擋板等方法對陰極冷卻系統(tǒng)進行優(yōu)化，通過模擬對比探究出這些參數(shù)影響換熱能力的變化規(guī)律，實現(xiàn)了陰極換熱的性能要求。
　　2)分析了陰極布氣結(jié)構(gòu)及均勻布氣問題，選定單管噴嘴型管路為研究對象，推導出管路氣體沿程流動方向上各孔等量流出的孔徑變化數(shù)學表達式，并進行有限元建模和流體仿真，驗證了上述孔徑表達