• Университет
  • Образование
  • Наука и инновации
  • Сотрудничество
  • Жизнь в ТПУ

Приоритетные научные направления деятельности лаборатории связаны с разработкой сильноточных ускорителей ионов, генераторов металлической плазмы и источников ионов на основе вакуумно-дугового разряда, созданием научных основ ионно-лучевого и ионно-плазменного воздействия на поверхность и поверхностные слои
с наноструктурными фазами, с целью направленного изменения их физико-химических и эксплуатационных свойств.


Одно из первых научных направлений лаборатории связано с разработкой сильноточных ионных ускорителей и исследованием воздействия мощных ионных пучков на поверхностные слои различных материалов. В данном направлении решались задачи улучшения адгезии покрытий, полученных из абляционной плазмы и увеличения глубины проникновения имплантируемых элементов в поверхностный слой материалов в условиях периодического воздействия на поверхность мощного ионного пучка. При этом была показана возможность формирования алмазоподобных и кальций-фосфатных покрытий.


В течении всего существования лаборатории коллективом разрабатывались источники пучков ионов и плазмы на основе импульсного и непрерывного вакуумно-дугового разряда, которые в настоящее время эволюционировали
в источник импульсно-периодических пучков ионов металлов и плазменных потоков на основе непрерывного вакуумно-дугового разряда «Радуга-5». Он позволяет генерировать в непрерывном режиме поток очищенной от микрокапельной фракции металлической плазмы с концентрацией ионов до (109 –1011) ион/см3 и формировать с частотой до 200 имп/с пучки ионов проводящих материалов, в том числе и композиционных, с энергией ионов до 150 кэВ, с током до 2 А, при длительности импульса ускоряющего напряжения до 400 мкс.


Развитие и модификации источников пучков ионов сопровождались комплексом исследований по модификации микроструктуры, элементного состава и свойств различных металлических материалов и покрытий при высокодозовой имплантации ионов металлов. В течение многих лет в лаборатории ведутся исследования процессов формирования структуры поверхностных слоев и модификации свойств конструкционных материалов в зависимости от условий ионной имплантации. Были исследованы процессы воздействия ионных пучков на чистые металлы (Fe, Ni, Mo, Cu), сплавы на основе никеля, титана и алюминия, конструкционные и инструментальные стали. В этих исследованиях использовался широкий спектр ионов (от ионов газов до ионов тяжелых элементов).


Особое место занимает комплекс исследований по созданию модифицированных приповерхностных слоев
с интерметаллидными фазами, характеризующихся высокой жаропрочностью и жаростойкостью. Выполнен широкий круг исследований структурно-фазовых состояний поверхностных ионно-легированных слоев металлов (Al, Ni, Ti, Fe) при имплантации ионов алюминия, титана на источнике пучков ионов металлов и плазменных потоков «Радуга-5». Показано, что режим высокоинтенсивной ионной имплантации позволяет внедрять легирующие примеси на глубины, многократно превосходящие величину пробега ионов. В результате исследований был предложен высокопроизводительный метод ионной имплантации с достижением высоких концентраций имплантированной примеси в условиях компенсации ионного распыления поверхности материалов осаждением металлической плазмы.


Предложены и разработаны высокоэффективные, электромагнитные плазменные фильтры жалюзийного типа для очистки плазмы вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции, основанные на сепарации заряженного и нейтрального компонента плазменного потока. Устройства обеспечивают свыше 50% прохождение заряженного компонента плазменного потока при снижении в потоке плазмы микрокапельной фракции в 102 –103 раз.


Развитие методов фильтраций плазменного потока от микрокапельной фракции позволило реализовать метод высокочастотной короткоимпульсной плазменно-иммерсионной имплантации ионов металлов и метод нанесения адгезионно-прочных покрытий на диэлектрические и проводящие материалы в режиме ассистирования импульсно-пародическим ионным пучком.


На основе разработанных ионных источников, фильтров для очистки плазмы непрерывного вакуумно-дугового разряда от микрокапельной фракции и метода короткоимпульсной плазменно-иммерсионной ионной имплантации и (или) осаждения покрытий создана серия технологических комплексных установок для реализации комбинированных технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов. С использованием разработанного оборудования и методов обработки материалов отработаны технологии улучшения физико-механических свойств однослойных TiN, TiAlN и формирование многослойных функционально-градиентных наноструктурных покрытий системы TiAlN / TiN толщиной до10 мкм.


В лаборатории разработан и активно используется плазменно-иммерсионный времяпролетный масс-спектрометр для исследования состава одно- и многокомпонентной плазмы.


Впервые экспериментально была показана возможность осаждения покрытий различного функционального назначения с использованием плазмы вакуумно-дугового разряда в условиях удаления макрочастиц с поверхности формируемого покрытия, благодаря применению короткоимпульсных высокочастотных потенциалов смещения. Показана возможность реализации плазменно-иммерсионной имплантации ионов титана и алюминия в различные материалы при высокочастотных короткоимпульсных отрицательных потенциалах смещения на мишени, погруженной в предварительно нефильтрованную от макрочастиц плазму непрерывного вакуумно-дугового разряда.


В настоящее время в лаборатории активно ведутся исследования в области экстремально высокодозовой имплантации ионов высокоинтенсивными пучками ионов металлов, газов и полупроводников. Показана возможность плазменно-иммерсионного формирования высокоинтенсивных импульсно-периодических пучков ионов металлов и газов низкой энергии с плотностью тока в диапазоне от 10-2 до 1 А/см2.
?
Направления деятельности лаборатории:

  • Разработка экспериментального электрофизического оборудования для генерации ионных пучков высокой импульсной и средней мощности.
  • Разработка и изготовление технологического оборудования для реализации методов ионно-лучевой
    и ионно-плазменной обработки материалов.
  • Исследование физических процессов формирования и транспортировки потоков ускоренных ионов и плазмы.
  • Исследование процессов взаимодействия пучков заряженных частиц и плазмы с поверхностью твердого тела.
  • Разработка и создание методов и технологий ионно-лучевой и ионно-плазменной модификации свойств материалов.


Оцените была ли информация на этой странице полезной?