Значительный научно-технический потенциал кафедры «Плазменные энергетические установки» МГТУ им. Н.Э. Баумана в области ионно-плазменных технологий, ее лидирующее положение в исследованиях и разработке современного ионно-плазменного инструмента, в технологии ионно-плазменной модификации поверхности, в электроракетных и фотонных двигателях, в области плазменной медицины и систем термоядерного синтеза, а также сложившиеся международные связи, в том числе сотрудничество с ведущими научными и образовательными центрами Германии (Институт Макса Планка, Центр Гельмгольца, Институт физики плазмы, г. Юлих), Франции (Университет Бургундии), Колумбии (Университет де Сантандер), Бразилии (Университет Рио-де-Жанейро), Китая (Дайлянский университет), позволили с полным основанием принять решение о создании Научно-образовательного центра «Ионно-плазменные технологии». Использование научных результатов Центра, его экспериментального оборудования в формировании учебных курсов или разделов курсов лекций, в создании новых лабораторных практикумов, в разработке новых методических пособий входит в число важнейших задач деятельности Центра. Сотрудники Центра участвуют в реализации программ подготовки и повышения квалификации кадров в интересах промышленных предприятий. Предлагаемые программы позволят персоналу предприятий узнать о прорывных технологиях и способах их использования в промышленности, освоить новые технологические процессы, повысить свою квалификацию, что в конечном счете позволит вывести предприятие на новый качественный уровень производства и управления.
Экспериментальная установка для исследования параметров плазмы и изучения рабочих процессов в источниках и ускорителях низкотемпературной плазмы
Установка изготовлена на базе вакуумной камеры от вакуумного поста УВН-70 и оснащена современным откачным и измерительным оборудованием компаний Oerlikon Leybold Vacuum и MKS Instruments.
Установка позволяет производить следующие исследования:
- исследование процессов ионизации и взаимодействия частично замагниченной плазмы с электрическими и магнитными полями;
- исследование процессов взаимодействия плазмы с поверхностью твердого тела, конденсация вещества из ионной и нейтральной фазы;
- фокусировка ленточных и цилиндрических ионных пучков;
- исследование процессов распыления поверхности твердых тел ионными пучками;
- исследования расхождения ионных пучков;
- определение энергетических характеристик ионных пучков;
- отработка технологических процессов с новыми источниками плазмы;
- исследование процессов формирования покрытий комбинированными методами;
- исследование и испытание источников плазмы новых конструкций и схем;
Технические характеристики:
| Размеры вакуумной камеры, мм
|
D700х700
|
| Предельное остаточное давление в вакуумной камере, торр/Па
|
1·10-6/ 1,33·10-4
|
| Время достижения давления 10 Па
|
4
|
| Время достижения давления 1·10-2 Па, мин
|
10
|
| Количество магнетронных распылительных систем
|
2
|
| Ток магнетронного разряда, А
|
2 – 10
|
| Количество ускорителей с анодным слоем
|
1
|
| Ток разряда ионного источника, А
|
0,1 – 2,8
|
| Напряжение разряда ионного источника, В
|
300 – 3000
|
| Потенциал смещения подложки, В
|
20 — 1350
|
| Ток смещения подложек, А
|
0,5 — 7
|
| Число каналов газонапуска, шт |
4 |
При необходимости установка оснащается зондовой системой диагностики плазмы Hiden Analytical ESPIon, монохроматором-спектрографом SOL Instruments MS7504i, спектрометром Ocean Optics USB4000, масс-спектрометром MKS Instruments HPQ3.
Экспериментальная установка для исследования физических процессов в вакуумно-дуговом разряде, синтеза калиброванных нано- и микро-порошков, нанесения упрочняющих и износостойких покрытий
Экспериментальная установка предназначена для исследований физических процессов в катодном пятне вакуумного дугового испарителя, процессов формирования покрытий на металлических и диэлектрических подложках, процессов генерации нано- и микро порошков, нанесения упрочняющих и износостойких покрытий, испытания и отработки новых вакуумно-дуговых испарителей, отработки технологии нанесения различных покрытий методом вакуумно-дугового испарения.
Установка позволяет производить следующие исследования:
- исследование процессов в катодном пятне и эрозии катода;
- процессов генерации плазмы и ускорения ионов в катодном пятне;
- процессов генерации капельной фазы;
- конденсации вещества из высокоэнергетичного потока сильноионизированной металлической плазмы на поверхности подложек и в объеме плазмы;
- отработка технологических процессов с новыми источниками плазмы;
- синтез металлокерамических, 2D и 3D наноструктурированных покрытий. Возможные варианты покрытий – TiN, TiC, TiN/Ti/TiC, TiAlN, AlTiCrN, TiO2, ZrO2, Cr;
- синтез алмазоподобных покрытий; синтез нанокомпозитных покрытий типа TiAlN/Si3N4 и др (металлы, оксиды, нитриды, карбиды и их композиции);
- синтез калиброванных нано- и микропорошков, сепарация капельной фазы;
- скоростная видеосъемка движения катодного пятна;
- исследования углового распределения потоков вещества;
- исследования дисперсного состава капельной фазы.
Технические характеристики:
| Размеры вакуумной камеры, мм
|
D700х500
|
| Предельное остаточное давление в вакуумной камере, торр/Па
|
1·10-6/ 1,33·10-4
|
| Время достижения давления 10 Па, мин
|
4
|
| Время достижения давления 1·10-2 Па, мин
|
8
|
| Количество дуговых испарителей
|
2
|
| Ток дугового разряда, А
|
60 – 220
|
| Количество ионных источников
|
1
|
| Ток разряда ионного источника, А
|
0,1 – 2,8
|
| Напряжение разряда ионного источника, В
|
300 – 3000
|
| Потенциал смещения подложки, В
|
100 — 1350
|
| Ток смещения подложек, А
|
0,5 — 7
|
| Число каналов газонапуска, шт |
до 4 |
Экспериментальная установка для исследования процессов объемной ионной имплантации и процессов плазменно-стимулированной термодиффузии
Установка предназначена для исследования процессов модификации поверхности твёрдого тела потоками плазмы с энергиями от 0,5 до 40 кэВ. Установка позволяет совместить в одном технологическом цикле и в одном объёме три технологии: плазменно-стимулированная термодиффузия, плазмохимическая модификация поверхности в ВЧ разряде и трехмерная иммерсионная ионная имплантация. Технологический процесс может включать азотирование, карбидизацию, нитроцементирование. Для модификации поверхности деталей в вакуумной камере формируется особый вид импульсного высоковольтного разряда. При этом высокоэнергетичные ионы бомбардируют поверхность детали. Энергии ионов достаточно для внедрения, диффузии вглубь материала и формирования фаз внедрения, тугоплавких соединений с азотом или углеродом и так же для образования огромного количества дефектов кристаллической решетки, что приводит к существенному изменению механических свойств.
Установка обеспечивает возможность проведения следующих исследований:
- физика диффузионного взаимодействия и процессов имплантации высокоэнергетических ионов в кристаллическую решетку твёрдого тела;
- отработка технологических процессов с новыми источниками плазмы; получение материалов с новыми свойствами, получение сверхтвердых материалов;
- упрочнение и модификация поверхности деталей особого назначения, обработка прецизионных узлов трения и деталей сложной формы;
Технические характеристики:
| Размеры вакуумной камеры, мм
|
D500х600
|
| Предельное остаточное давление в вакуумной камере, торр/Па
|
1·10-6/ 1,33·10-4
|
| Время достижения давления 10 Па, мин
|
2
|
| Время достижения давления 1·10-2 Па, мин
|
7
|
| Рабочее давление, Па
|
0,1 — 10
|
| Амплитудное напряжение импульса катодного смещения, кВ
|
5 — 40
|
| Длительность импульса, мс
|
0,05 — 3
|
| Ток разряда, А
|
3
|
| Частота следования импульсов, Гц
|
25
|
| Число каналов газонапуска, шт |
до 4 |
Экспериментальная установка для синтеза многослойных наноструктурированных покрытий методом магнетронного распыления с ионным ассистированием
В состав установки входят 4 модуля магнетронных распылительных систем, которые позволяют одновременно получать слои из 4 различных материалов, в том числе в среде реактивных газов, на подложках размером 100 мм х 100 мм. Совмещенные с ними 4 ионных источника позволяют производить ионное ассистирование во время нанесения покрытия, обеспечивая высокое совершенство структуры и гладкие границы слоев. Газовый состав атмосферы внутри камеры в процессе работы непрерывно контролируется с помощью масс- спектрометра.
Установка позволяет исследовать и наносить следующие покрытия:
- износостойкие покрытия сложного состава (TiAlN/Ti, TiN/Ti/TiC, TiCN и др.);
- тонкие фольги из многослойных наноструктур для проведения сварки сверхтонких материалов без специальных приспособлений (например Ti/Al);
- многослойные селективные оптические покрытия на основе оксидов и нитридов металлов;
- покрытия, работающие в различных диапазонах радиочастотного спектра электромагнитного излучения (отражающие и поглощающие покрытия);
- многослойные теплоизоляционные покрытия с пониженной излучательной способностью для элементов ЭВТИ
Технические характеристики:
| Размеры вакуумной камеры, мм
|
D500х600
|
| Предельное остаточное давление в вакуумной камере, торр/Па
|
1·10-6/ 1,33·10-4
|
| Время достижения давления 10 Па, мин
|
4
|
| Время достижения давления 1·10-2 Па, мин
|
7
|
| Количество магнетронных распылительных систем
|
2
|
| Напряжение магнетронного разряда, В
|
300 – 800
|
| Ток магнетронного разряда, А
|
2 – 10
|
| Количество ионных источников с анодным слоем
|
1
|
| Ток разряда ионного источника, А
|
0,1 – 2,8
|
| Напряжение разряда ионного источника, В
|
300 – 3000
|
| Потенциал подложки, В
|
100 — 1350
|
| Ток смещения подложек, А
|
0,5 — 7
|
| Число каналов газонапуска |
до 4 |
