利用射頻空心陰極作為放電結構，測試了放電結構在低氣壓下的發(fā)射光譜，并計算了電子溫度，分析了不同放電條件對光譜強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。光譜強度隨著射頻功率的增加而升高。氣體流量低于20mL/min(標準狀態(tài))時，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;當氣體流量高于30mL/min時，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，內部通入工作氣體實現(xiàn)具有空心陰極效應的放電結構，由于具有放電穩(wěn)定、等離子體密度高的特點，被廣泛地應用于太空飛行器、材料表面改性、電子源及光譜分析等領域。而射頻驅動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，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行材料表面改性及材料加工時，對工件表面損傷較小，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對AlSi304不銹鋼進行了表面改性處理。

　　射頻空心陰極進行材料表面改性時，要求工作于低氣壓環(huán)境下，并且氣壓對于放電及工藝參數(shù)有顯著的影響。Yambe發(fā)現(xiàn)氣壓對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，較低氣壓的研究報道不多。本文以射頻空心陰極放電等離子體為研究對象，重點研究低于10Pa氣壓的放電工藝參數(shù)對于發(fā)射光譜的影響規(guī)律，通過分析發(fā)射光譜強度，并采用非平衡狀

　　態(tài)計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)對電子溫度及其分布的影響規(guī)律。

1、實驗部分

　　1.1、實驗裝置

　　圖1是實驗的裝置示意圖，整個系統(tǒng)由空心陰極1、工件2、氣體質量流量計3、聚焦透鏡4、射頻激勵電源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，其內徑3mm，外徑5mm，長度7mm，空心陰極與工件之間的放電間距可以自由調整。射頻激勵電源的頻率為13.56MHz，其陰極與空心陰極連接，陽極接地。實驗時，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部，通過氣體質量流量計控制高純氬氣流量，借助于真空計檢測真空室內的氣壓。空心陰極放電的輝光通過聚焦透鏡聚焦后，利用光譜儀(AVANTES公司的光譜儀)的光纖探頭接收，通過改變氣壓、氣體流量及射頻功率的大小，獲得不同強度的發(fā)射光譜圖。

圖1 實驗系統(tǒng)結構圖

結論

　　本文利用發(fā)射光譜法對低氣壓射頻空心陰極放電特性進行了研究，對等離子體表面處理具有指導意義。主要研究結果表明:隨著氣體流量的增加，發(fā)射光譜強度呈現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢。隨著射頻功率的增加，發(fā)射光譜強度逐漸增加。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。