真空電弧離子鍍膜機的技術原理是在冷陰極真空弧光放電理論的基礎上研究出來的。而通過分析冷陰極真空弧光放電理論可知,通過放電活動中的「正離子電流機制」與「場電子發射機制」兩者間的相互影響與制約可實現電量遷移。那麼於此放電活動中的陰極物料需要大量蒸發,活動產生的諸多蒸氣分子會生成一些正離子,這些離子能夠在陰極附近產生超強電場,從而促進影響電子觸發「場電子發射機制」,最終導致電子發射到真空環境。
此間的場電子發射電流的密度的計算方法為:
電流密度=BEexp(-C/E)
註:計算公式的E指陰極電場強度;B和C指與陰極材料相關係數;單位是A/cm。
關於設備的放電活動電流密度理論計算還存在一定的困難,因為目前來說不可能很精確地將陰極電弧輝點中電量、能量和質量間的平衡關係建立並求解。
由於涉及到了自陰極電弧的輝光點而來的離子。陰極電弧輝點是一種位於極小空間,而在高電流密度下發生高速變化的現象。目前這種機制還沒完全清楚,不過我們可以了解以下這種解釋:
金屬離子被吸到陰極表面,可生成空間電荷層。此間觸發的強電場會讓陰極表面上功函數小的微裂紋或者晶界射出電子。射出的部分高電子密度的點將生成高密度的電流,高密度的電流可以生成的焦耳熱而讓該點溫度不斷升高,發射熱電子。這種現象導致電流出現局部集中。電流局部集中所產生的焦耳熱能夠引發陰極材料出現大量離子和電子發射,釋放熔融陰極材料粒子並留下放電痕。大量射出的離子中的部分離子又將被吸回陰極材料表面,進行空間電荷層與強電場的再次生成,新產生的功函數小的點將又一次開始電子的發射。
以上這一過程是循環重複的,電弧輝點在陰極表面不停運動。 相關研究指出,陰極輝點的數量一般與電流成正比關係,所以我們可以認為每個電弧輝點的電流是恆定的常數,且隨陰極材料的變化而變化。下面我們了解一下該設備常用的陰極材料陰極輝點的平均電流密度:
上述的陰極材料輝點約為1m-100m的大小,輝點內的電流可達到約10A/cm-10A/cm的密度。可以把這些輝點看作一些很小的發射站,每個發射站只有短短幾至幾十微秒的持續時間。持續時間到了,電流就再一次流動至其它輝點上,再次建立發射條件而大量蒸發輝點附近的陰極材料,最終達到廣東振華真空電弧離子鍍膜機的成膜效果。