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Student project

Modification de la surface du cuivre par implantation ionique par source plasma (IISP): applications à l’érosion cathodique dans les systèmes à arcs

L’érosion cathodique est un phénomène bien connu qui limite la durée de vie de l’électrode négative dans les systèmes à arcs. Dans le présent mémoire, nous avons tenté de voir si la formation de précipités nanométriques d’oxyde de cuivre pouvait réduire l’érosion cathodique nécessaire au maintien de l’arc en mode thermo-champ (T-F). Les dits précipités ont été produits par implantation ionique par source plasma (IISP). Avec l’aide de techniques de caractérisation telle que la microscopie à force atomique (AFM) et la microscopie électronique à balayage (MEB), nous avons pu constater l’influence de la dose d’ions implantés sur la morphologie de la surface. De plus, l’évaluation des profils de concentration d’oxygène par spectroscopie des photoélectrons X (XPS) et spectroscopie par rétrodiffusion Rutherford (RBS) nous ont permis de proposer un modèle d’oxydation susceptible d’expliquer l’épaisseur et la composition chimique des nouvelles surfaces formées. Avec le traitement apporté par l’IISP, nous avons pu observer une diminution du potentiel de surface et une augmentation de la vitesse des taches cathodiques due à la présence des précipités. L’observation des cratères d’érosion après le passage d’arcs nous a permis de constater que les taches cathodiques formées correspondaient au type I normalement observable sur des électrodes contaminées et propice à la diminution des dommages de surface. Parallèlement à l’IISP, nous avons reproduit nos tests sur des électrodes oxydées thermiquement. Ceci nous a permis de constater que les propriétés d’émissivité étaient indépendantes du traitement d’oxydation en autant que les couches formées soient suffisamment épaisses.

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