论文题目: 电弧离子镀的等离子体负载特性与脉冲偏压电源研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 戚栋
导师: 郭东明,王宁会
关键词: 电弧离子镀,等离子体负载,脉冲偏压电源,匹配,电磁兼容
文献来源: 大连理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 脉冲偏压电弧离子镀是近年来离子镀技术的一个重要发展方向,但目前制约脉冲偏压电弧离子镀技术发展的一些问题亟待解决。本论文就其中电弧离子镀的等离子体负载特性、脉冲偏压电源及脉冲偏压电源与电弧离子镀等离子体负载间的匹配、脉冲偏压电源的绿色化设计等问题进行了深入研究。这些问题的研究和解决对提高电弧离子镀工艺水平是至关重要的。 在电弧离子镀等离子体负载特性研究方面: 结合实验研究,并运用等离子体鞘层理论、电工学理论和数值模拟技术,建立了电弧离子镀等离子体负载的宏观电路模型,得出电弧离子镀等离子体负载本质上是由等离子体鞘层引起的容性负载,它在电路中可等效为一只电容和电阻相并联的单元。 通过对脉冲偏压下电弧离子镀等离子体鞘层随时间演化过程的研究,得到了电弧离子镀等离子体鞘层随时间演化的解析式,由此得出电弧离子镀等离子体形成稳态鞘层的时间、鞘层的厚度及其变化范围均远小于束线离子注入等离子体等鞘层对应的值,电弧离子镀等离子体鞘层的扩展几乎是实时跟随脉冲偏压的变化。 根据电弧离子镀等离子体鞘层随时间演化的特点,对时变量——电弧离子镀等离子体鞘层厚度s(t),通过取其时间平均厚度(?),将时变量——电弧离子镀等离子体鞘层电容C(t),等效为与时间无关而只与脉冲偏压幅度和等离子体的电子温度等微观参数有关的量,进而建立了电弧离子镀等离子体负载的宏观电路模型与等离子体微观参数间的关系,据此并利用Langmuir探针对电弧离子镀等离子体参数的诊断结果,得到了电弧离子镀等离子体鞘层等效电容的数值范围。 通过实验、仿真模拟和理论计算,验证了建立的电弧离子镀等离子体负载的宏观电路模型及其与等离子体微观参数间的关系是有效的。 以上研究为解决电弧离子镀脉冲偏压电源及其与负载间匹配的问题、电弧离子镀工艺中的相关问题,提供了理论上和技术上的支持。 在电弧离子镀脉冲偏压电源研究方面: 结合电弧离子镀等离子体负载特性,研制了幅值在50～1500V范围、频率在5～40kHz范围、占空比在5%～40%范围连续可调,额定功率为15kW的固体开关式脉冲偏压电源。其中:设计了一种级联型结构的高压脉冲形成电路,使脉冲偏压电源的扩展性和延伸性好,有利于实现模块化;研制了一种集接地保护和开关功能于一体的半导体功率开关模块,填补了现有半导体功率开关无接地保护功能的空白,有利于提高电源的安全性;基于差动电压放大器,设计了一种新的占空比测量电路,它能简单地以数字形式给出脉冲偏压的占空比,解决了现有占空比测量方法存在的缺陷。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1．1 引言
1．2 电弧离子镀技术综述
1．2．1 电弧离子镀的基本原理和特点
1．2．2 电弧离子镀技术的发展和现状
1．3 脉冲偏压电弧离子镀技术的发展现状
1．3．1 脉冲偏压电弧离子镀的技术优势及应用情况
1．3．2 脉冲偏压电弧离子镀涉及的主要问题和关键技术
1．3．3 电弧离子镀等离子体负载特性和脉冲偏压电源的研究现状
1．3．4 电弧离子镀脉冲偏压电源的发展趋势
1．4 本论文的选题和主要研究内容
1．4．1 论文的选题及其意义
1．4．2 论文的主要研究内容
第2章 电弧离子镀等离子体负载特性的研究
2．1 引言
2．2 等离子体的基本特性
2．3 电弧离子镀中的等离子体
2．4 电弧离子镀等离子体负载特性及其宏观电路模型
2．4．1 实验装置及电气测试系统
2．4．2 直流偏压下的电弧离子镀等离子体负载特性及其宏观电路模型
2．4．3 脉冲偏压下的电弧离子镀等离子体负载特性及其宏观电路模型
2．5 电弧离子镀等离子体负载的宏观电路模型与微观参数间的关系
2．5．1 脉冲偏压下电弧离子镀等离子体鞘层随时间的演化
2．5．2 电弧离子镀等离子体鞘层的等效电路及其定量描述
2．5．3 电弧离子镀等离子体负载宏观电路模型的定量描述
2．5．4 电弧离子镀的等离子体参数
2．5．5 脉冲偏压下电弧离子镀等离子体负载的等效电容
2．6 本章小节
第3章 电弧离子镀脉冲偏压电源的研制
3．1 引言
3．2 电弧离子镀脉冲偏压电源的总体技术方案
3．2．1 脉冲电源的主要类型及其特点
3．2．2 电弧离子镀脉冲偏压电源的设计原则
3．2．3 电弧离子镀脉冲偏压电源的设计指标、总体结构及基本要素
3．3 电弧离子镀脉冲偏压电源主电路的设计与分析
3．3．1 主电路与脉冲偏压电源的负载适应性
3．3．2 主电路开关器件的选择
3．3．3 逆变升压单元的设计
3．3．4 高压脉冲形成单元的设计
3．3．5 整流滤波单元和斩波调压单元的设计
3．4 电弧离子镀脉冲偏压电源控制电路的设计与分析
3．4．1 PWM脉宽调制电路和IGBT的同步驱动技术
3．4．2 IGBT驱动电路的设计及优化
3．4．3 综合控制与保护电路的设计
3．4．4 用于接地保护的电力电子集成模块的研制
3．5 电弧离子镀脉冲偏压电源测量电路的设计与分析
3．5．1 主要测量参数及测量要求
3．5．2 基于差动电压放大器的占空比测量电路设计
3．6 电弧离子镀脉冲偏压电源的实验及运行结果
3．6．1 电弧离子镀脉冲偏压电源的主要电气性能指标
3．6．2 电弧离子镀脉冲偏压电源的温升实验
3．6．3 电弧离子镀脉冲偏压电源输出的电压和电流波形
3．7 本章小节
第4章 脉冲偏压电源与电弧离子镀负载间的匹配技术研究
4．1 引言
4．2 电弧离子镀负载回路对脉冲信号的响应特性及分析
4．2．1 关于传播PWM脉冲波电缆的分析及处理
4．2．2 电弧离子镀负载回路对阶跃上升信号的响应特性及分析
4．2．3 电弧离子镀负载回路对阶跃下降信号的响应特性及分析
4．3 脉冲偏压电源与电弧离子镀负载间匹配电路的设计及应用
4．3．1 改善容性负载上脉冲电压波形的一般方法
4．3．2 脉冲偏压电源与电弧离子镀负载间匹配电路的设计及应用
4．4 本章小节
第5章 电弧离子镀脉冲偏压电源的绿色化设计
5．1 引言
5．2 电弧离子镀脉冲偏压电源的电磁兼容性设计
5．2．1 电磁兼容的基本问题
5．2．2 电弧离子镀脉冲偏压电源的EMI产生机理、传播通道及其模型的建立
5．2．3 电弧离子镀脉冲偏压电源的EMI抑制及抗干扰措施
5．3 电弧离子镀脉冲偏压电源的功率因数提高与谐波抑制技术
5．3．1 电弧离子镀脉冲偏压电源谐波的产生及其危害
5．3．2 电弧离子镀脉冲偏压电源输入整流滤波电路的优化设计
5．3．3 电弧离子镀脉冲偏压电源输入整流滤波电路的优化效果
5．4 本章小节
第6章 脉冲偏压电源在电弧离子镀工艺中的应用效果
6．1 引言
6．2 实验设备与实验方法
6．2．1 实验设备及镀层样品的制备
6．2．2 测试方法
6．3 实验结果
6．3．1 脉冲偏压对基体沉积温度的影响
6．3．2 脉冲偏压对Ti薄膜表面形貌的影响
6．3．3 脉冲偏压对Ti薄膜膜/基结合力的影响
6．4 本章小节
第7章 总结与展望
7．1 主要研究成果及结论
7．2 展望
参考文献
创新点摘要
攻读博士学位期间发表的学术论文和获得的专利
致谢
大连理工大学学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-09-07
参考文献
- [1].脉冲偏压电弧离子镀的工艺基础研究[D]. 林国强.大连理工大学2008
- [2].含钛镍基合金及电弧离子镀涂层的高温氧化和热腐蚀行为[D]. 杨君宝.沈阳工业大学2013
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- [4].射频及脉冲偏压等离子体鞘层流体动力学模拟[D]. 戴忠玲.大连理工大学2004
- [5].等离子体源离子注入及辉光放电过程中脉冲鞘层动力学研究[D]. 刘成森.大连理工大学2005
- [6].脉冲偏压电弧离子镀沉积超硬多层薄膜[D]. 赵彦辉.大连理工大学2006
- [7].材料表面处理高频高压低温等离子体放电电源技术的研究[D]. 刘勇.浙江大学2006
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