利用射頻空心陰極作為放電結(jié)構(gòu)，測(cè)試了放電結(jié)構(gòu)在低氣壓下的發(fā)射光譜，并計(jì)算了電子溫度，分析了不同放電條件對(duì)光譜強(qiáng)度及電子溫度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著氣體流量的增加，氬原子譜線強(qiáng)度和等離子體電子溫度呈現(xiàn)出先增加后降低的變化規(guī)律，這是由于頻繁的碰撞造成的。光譜強(qiáng)度隨著射頻功率的增加而升高。氣體流量低于20mL/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))時(shí)，隨著射頻空心陰極放電氣壓的增加，電子溫度呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì);當(dāng)氣體流量高于30mL/min時(shí)，電子溫度不隨著放電氣壓的變化而變化。低氣體流量下的電子溫度大于高氣體流量下的電子溫度。

　　空心陰極放電是以空心金屬管作為放電陰極，內(nèi)部通入工作氣體實(shí)現(xiàn)具有空心陰極效應(yīng)的放電結(jié)構(gòu)，由于具有放電穩(wěn)定、等離子體密度高的特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于太空飛行器、材料表面改性、電子源及光譜分析等領(lǐng)域。而射頻驅(qū)動(dòng)的空心陰極放電具有射頻放電與空心陰極放電兩者的特點(diǎn)，不僅可以形成低電子溫度，而且具有較高的等離子體密度，利用這種等離子體進(jìn)行材料表面改性及材料加工時(shí)，對(duì)工件表面損傷較小，是材料表面改性的重要工藝方法。Barankova利用鈦管射頻空心陰極放電產(chǎn)生鈦金屬粒子并沉積獲得了TiN薄膜。Tian系統(tǒng)研究了射頻空心陰極放電等離子體特性，并且利用射頻空心陰極放電的小體積和高等離子體密度的特點(diǎn)對(duì)AlSi304不銹鋼進(jìn)行了表面改性處理。

　　射頻空心陰極進(jìn)行材料表面改性時(shí)，要求工作于低氣壓環(huán)境下，并且氣壓對(duì)于放電及工藝參數(shù)有顯著的影響。Yambe發(fā)現(xiàn)氣壓對(duì)于電子密度的影響效果高于電子溫度。這些研究主要集中于10Pa以上的氣壓范圍，較低氣壓的研究報(bào)道不多。本文以射頻空心陰極放電等離子體為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究低于10Pa氣壓的放電工藝參數(shù)對(duì)于發(fā)射光譜的影響規(guī)律，通過(guò)分析發(fā)射光譜強(qiáng)度，并采用非平衡狀

　　態(tài)計(jì)算等離子體電子溫度的模型，研究了射頻功率、氣壓及氣體流量等工藝參數(shù)對(duì)電子溫度及其分布的影響規(guī)律。

1、實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1、實(shí)驗(yàn)裝置

　　圖1是實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，整個(gè)系統(tǒng)由空心陰極1、工件2、氣體質(zhì)量流量計(jì)3、聚焦透鏡4、射頻激勵(lì)電源5、真空室6、真空抽氣系統(tǒng)7及光譜分析系統(tǒng)8等部分組成，其中空心陰極利用鑭鎢(2%氧化鑭)制造，其內(nèi)徑3mm，外徑5mm，長(zhǎng)度7mm，空心陰極與工件之間的放電間距可以自由調(diào)整。射頻激勵(lì)電源的頻率為13.56MHz，其陰極與空心陰極連接，陽(yáng)極接地。實(shí)驗(yàn)時(shí)，真空室用分子泵抽至4.0×10^-2 Pa，利用氬氣作為工作氣體通入空心陰極內(nèi)部，通過(guò)氣體質(zhì)量流量計(jì)控制高純氬氣流量，借助于真空計(jì)檢測(cè)真空室內(nèi)的氣壓�？招年帢O放電的輝光通過(guò)聚焦透鏡聚焦后，利用光譜儀(AVANTES公司的光譜儀)的光纖探頭接收，通過(guò)改變氣壓、氣體流量及射頻功率的大小，獲得不同強(qiáng)度的發(fā)射光譜圖。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

結(jié)論

　　本文利用發(fā)射光譜法對(duì)低氣壓射頻空心陰極放電特性進(jìn)行了研究，對(duì)等離子體表面處理具有指導(dǎo)意義。主要研究結(jié)果表明:隨著氣體流量的增加，發(fā)射光譜強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì)。隨著射頻功率的增加，發(fā)射光譜強(qiáng)度逐漸增加。低氣體流量下的電子溫度大于高氣體流量的電子溫度。電子溫度隨著射頻功率增加呈現(xiàn)先增加后降低的變化規(guī)律。