Труды КНЦ. Технические науки. – 2026. - № 2

• расчета их реальных криволинейных траекторий в условиях наложенного внешнего магнитного поля; • учета многокомпонентного состава ионного потока, включая вторичные ионы, формирующиеся за счет испарения материала анодно-катодной системы; • моделирования резонансного вклада при передаче энергии на обрабатываемую поверхность. Совокупность этих компонентов формирует основу предлагаемого обобщенного уравнения для расчета характерной скорости ионов и обеспечивает возможность численного анализа и прогноза пространственной неравномерности ионно-плазменного воздействия на поверхность заготовок сложной формы. Для описания кинетики ионов и их энергетических характеристик необходимо формализовать структуру межэлектродного пространства тлеющего разряда с выделением характерных зон, отличающихся по механизму формирования электрического поля и свойствам плазменной среды. В соответствии с классической моделью, подтвержденной рядом экспериментальных и численных исследований [1-8], межэлектродный зазор разделяется на три основные области. 1. К атодный слой — приэлектродная область, примыкающая к поверхности катода, где сосредоточено до 90-95 % падения потенциала. Электрическое поле в этой зоне имеет максимальную напряженность (до 103-1 0 4 В/см), направлено от катода к плазме и обеспечивает основное ускорение положительно заряженных ионов. В этой зоне ионы приобретают основную часть своей кинетической энергии, в дальнейшем сохраняемой при транспортировке к обрабатываемой поверхности. Математически потенциал в катодном слое аппроксимируется линейной функцией ф (х) = Uc - Е г х , 0 < х < 5 к , где Е к — напряженность электрического поля в катодном слое, В/м; 5 к — его толщина, м. 2. К ва зинейт ральная область — центральная часть разрядного промежутка, в которой электронная и ионная плотности приблизительно равны, а градиент потенциала стремится к 0. Потенциал в этой зоне практически постоянен: ф (х) = фии. Электрическое поле ослабевает примерно до 0, обеспечивая баллистическое движение ионов к обрабатываемой поверхности. Толщина квазинейтральной зоны может составлять до 90 % длины межэлектродного промежутка при пониженном давлении. Эта область играет роль транспортного канала и, несмотря на отсутствие ускорения, определяет направление и угловое распределение ионного потока. 3. А нод ны й слой — тонкая прианодная область, где наблюдается остаточное падение потенциала (до 5 % от полного напряжения). Напряженность электрического поля здесь существенно ниже, чем в катодной зоне. Потенциал описывается приближенно: ф (х) = фПП- Еа (х - ( d - 5а)), d - 5а < х < d, где Еа — напряженность электрического поля в анодном слое, В/м; 5а — его толщина, м; d — межэлектродное расстояние, м. Каждая из описанных зон вносит свой вклад в распределение энергии, плотности и направленности ионного потока. Основная энергия ионов формируется в катодной области; геометрия их траекторий определяется в квазинейтральной зоне; в анодной области происходит формирование комплексной плазмы за счет эмиссии и ионизации парогазовой среды. Суммарный профиль потенциала вдоль межэлектродного зазора в приближенной модели может быть представлен в виде кусочно-линейной функции, что обеспечивает удобство для аналитических и численных расчетов в рамках расчета траекторий ионов, флюенса и угловой зависимости скорости: Ф ( * ) = 0 < х < 5 К S K < х < d - S * Ф п п - E A ( х - ( d - S A ) ) d - S a U K - E Kx , ' ■' ~ K Фпп > > ~ K < * < d ~ A d - S . < x < d