Termiyonik vakum ark (TVA)'ın temel özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the basic properties of thermionic vacuum arc (TVA)
Yazar: TAMER AKAN
Danışman: PROF. DR. NACİ EKEM
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2003
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
ÖZET Termiyonik katot kullanarak anot materyalinin buharlaşmasıyla oluşan ve saf metal buharı plazması üreten, Termiyonik Vakum Ark (TVA)'ın temel özellikleri incelenildi. Yeni tip bir plazma kaynağı olan TVA sistemini, Osmangazi Üniversitesi, Fizik Bölümü'nde yaptık. TVA deşarjın ateşlenme koşullarının incelenmesi için ateşlenme voltajının, katot flamenti ısıtma akımı ve elektrotlar arası uzaklığa göre değişimi incelenildi. Bakır buharlarında üretilen TVA deşarjların akım-voltaj karakteristikleri, katot flamenti ısıtma akımına ve anot ile katot arasındaki konuma göre incelenildi. Bununla birlikte ateşlenmiş TVA'ın ark voltajı-ark akımı değişimi incelenildi. TVA deşarj akım-voltaj karakteristikleri, buharlaşan anot materyalinin cinsine göre değişmektedir. Bu değişim, anot materyali olarak altın, gümüş, çinko, kalay ve titanyum kullanılarak incelenildi. TVA deşarj oluştuktan sonra deşarj akımı, maksimum bir değerde hemen hemen sabit kalmaktadır. Maksimum deşarj akımının, katot flamenti ısıtma akımı ile değişimi incelenildi. Aynı zamanda deşarj akımı ve deşarj voltajının, ve vakum odası basıncının zamanla değişimi incelenildi. TVA sistemini kullanarak cam tabanlar üzerine bakır, altın, gümüş, çinko, kalay ve titanyum ve seramik taban üzerine bakır kaplamalar yapıldı. Ayrıca TVA kaynağı ile farklı açı ve uzaklıklarda bulunan cam tabanlar üzerine ince bakır filmleri depolanıldı ve depolanan ince bakır filmlerin kalınlığının, depolanma açısı ve uzaklığı ile değişimi incelenildi. TVA'ı kullanarak farklı kütle oranlarında bakır-gümüş alaşımları yapıldı. Bu alaşımların buharlarında üretilen TVA deşarjların akım-voltaj karakteristikleri incelenildi. Bu deşarjlar ile cam tabanlar üzerine ince bakır-gümüş alaşımı filmleri elde edildi. Bu ince bakır-gümüş alaşımı filmleri içindeki bakır ve gümüş oranı EDS mikroanalizi ile bulunuldu. Bu oran, alaşımların yapılması için kullanılan oranla aynı kaldı. TVA ile farklı kütle oranlarında bakır-kalay (bronz) alaşımları da yapıldı. Bu alaşımların buharlarında üretilen TVA deşarjların, ateşlenme voltajı ve maksimum deşarj akımlarının kullanılan bakır-kalay oranına göre değişimi incelenildi. TVA ile AI2O3 (Alumina) TVA deşarjları üretildi ve bu deşarjların karakteristikleri incelenildi TVA ile cam taban üzerine ince alumina filmleri elde edildi.

Abstract:
SUMMARY Basic properties of the Thermionic Vacuum Arc (TV A), which is produced by the evaporation of the anode materials using a thermionic cathode and generates a pure metal vapor plasma, were investigated. We built a TVA system, which is a new type of plasma source, at the Department of Physics at Osmangazi University. The dependence of the ignition voltage on the cathode filament heating current and the interelectrode distance was investigated in order to study the ignition conditions of the TVA discharge. The volt-ampere characteristics of the TVA discharges generated in the copper vapors were investigated as a function of the cathode filament heating current and the position between the anode and cathode. Furthermore, variation of the arc voltage-arc current of the ignited TVA was investigated. The volt-ampere characteristics of the TVA discharge vary with the type of evaporated anode material. This variation was investigated using Au, Ag, Zn, Sn and Ti as evaporated anode materials. Discharge current after the TVA discharge occurs was nearly constant at a maximum value. The maximum discharge current was investigated as a function of the cathode filament heating current. Furthermore, the discharge current and voltage and pressure of the vacuum vessel were studied as a function of time. Cu, Au, Ag, Zn, Sn and Ti coatings were made onto glass substrates and Cu coatings were made onto ceramic substrates using the TVA system. In addition, thin copper films were deposited onto glass substrates positioned at different angles and distances with respect to the TVA source, and the dependence of thickness of the deposited thin copper films on deposition angle and distance were investigated. Cu-Ag alloys in various mass ratios were made by using the TVA. The volt-ampere characteristics of the TVA discharges generated in the vapors of these alloys were studied. Thin Cu-Ag alloy films onto glass substrates were formed using these discharges. The ratio of copper and silver in the thin Cu-Ag alloy films were found using EDS microanalyses. This ratio agreed with the ratio used to make the alloys. Cu-Sn alloys in various mass ratios were made by using the TVA, as well. The variation of the ignition voltage and maximum discharge current of the TVA discharges generated in the vapors of these alloys was investigated as a function of the ratio of the Cu and Sn used. AI2O3 (Alumina) TVA discharges were generated using the TVA and characteristics of these discharges were investigated. Thin alumina films onto glass substrates were obtained using the TVA.