Во многих случаях характеристики современных машин, аппаратов, приборов определяются не объемными свойствами материала узлов и деталей, а свойствами его поверхности. Срок службы, надежность, эффективность работы изделия зачастую даже целиком зависят от свойств поверхностного слоя.
И этим, как известно, широко пользуется современная технология. Изменяя свойства поверхностного слоя, удается резко повысить срок службы подшипников, валов двигателей, поршней, пресс-форм, штампов, резцов, сверл, фрез и многих других машиностроительных изделий и деталей, страдающих от трения и износа. Различные методы обработки поверхности продлевают жизнь лопаткам турбин, соплам реактивных двигателей, конструкционным элементам ядерных реакторов. Улучшение свойств поверхности металлических материалов — один из основных путей борьбы с коррозией, от которой народное хозяйство ежегодно терпит многомиллионные убытки. Наконец, именно свойства поверхностных слоев материала определяют эффективность полупроводниковых приборов, интегральных схем, элементов памяти счетно-решающих устройств, лазеров, электродов МГД-генераторов и многих других технических устройств.
Уметь эффективно управлять свойствами поверхности необходимо и с точки зрения экономии материалов. Это особенно важно, когда речь идет о таких дорогих и дефицитных металлах, как, например, вольфрам, молибден, кобальт. В традиционной металлургии для получения высоких свойств ими легируют весь объем материала, хотя, как уже говорилось, во многих случаях достаточно было бы ввести добавки лишь в тонкие поверхностные слои.
Создание композиционных материалов, в частности материалов с недорогой основой и тонким высококачественным поверхностным слоем — один из генеральных путей развития технологии.
Сегодня мы располагаем многими методами, позволяющими изменять качество поверхности материала, придавать ей нужные свойства. Здесь и термические способы (скажем, поверхностная закалка токами высокой частоты), и термохимические (например, цементирование, азотирование), и всевозможные электрохимические способы нанесения покрытий.
Не вдаваясь в детальное рассмотрение способов нанесения частиц на поверхность или внедрения в поверхностный слой, отметим лишь одну общую их особенность.
Она заключается в том, что любой из этих способов основан на явлениях, для которых характерна низкая температура (или энергия) частиц, участвующих в формировании поверхностного слоя.
Даже в наиболее современном методе вакуумного электронно-лучевого испарения поток электронов может нагреть испаряемое вещество лишь до температуры, не превышающей 3000—4000 К, что в пересчете на энергию частиц составляет примерно 0,25 — 0,35 электрон-вольта (эВ); такую же невысокую энергию имеют испаренные атомы вещества, осаждающиеся на покрываемом изделии. И в низкотемпературных плазменных процессах, широко применяемых в химии и металлургии, энергия.
Заманчиво, естественно, создать процессы, в которых частицы взаимодействовали бы с поверхностью при значительно больших энергиях. В этом случае появляется возможность гибко управлять структурой, а значит, и свойствами поверхностного слоя, интенсифицировать сам процесс обработки поверхности, наконец, реализовать технологии, недоступные по энергетическим параметрам для традиционных методов.
Эту задачу позволила решить вакуумная ионно-плазменная технология, или, как ее еще называют, плазменная технология высоких энергий — новое перспективное направление, родившееся совсем недавно на стыке вакуумной техники, плазменной техники и физики твердого тела.
