中国超硬材料合成装备技术发展路径综述

2024-03-19刘建设汪曙光王良文谢贵重鲁新如钟顺伟冯虎成

超硬材料工程 2024年1期

刘建设, 汪曙光, 王良文, 谢贵重, 鲁新如, 钟顺伟, 冯虎成

(1.百色学院,广西百色 533000; 2.河南黄河旋风股份有限公司,河南长葛 461500;3.郑州轻工业大学,河南郑州 450000; 4.许昌学院,河南许昌 461000)

0 引言

超硬材料一般指的是金刚石和立方氮化硼。目前,国内超硬材料的生产合成装备主要有两种,一是利用高压高温静态(HTHP)法,能生产金刚石和立方氮化硼的铰链式六面顶压机,二是利用低压高温化学气相沉淀(CVD)法,能生产金刚石的CVD沉积炉。两者技术原理与路径相异,在生产应用中各具优势并不构成替代关系。现以金刚石生产装备为例,简要说明当前超硬材料合成装备技术的发展概况。

1 高温高压(HPHT)合成装备

HPHT法合成金刚石是指模拟天然金刚石的生长环境,以石墨为碳源,在高温高压、金属触媒等生长环境中形成的等轴晶系晶质体。国内的高温高压合成设备一般指的是铰链式六面顶超高压高温金刚石合成压机(以下简称六面顶压机),它是国内合成金刚石和立方氮化硼(cBN)等超硬材料的主力合成装备,支撑着中国占比金刚石80%以上市场。六面顶压机在人造金刚石单晶、磨料金刚石、立方氮化硼及复合片的合成中显示出独特的优势,对适用HPHT法的功能材料也有着良好的应用前景[1]。

为了获取更高品级、更高产量金刚石,60多年来也一直在对压机装备的大型化、精密化及智能化方面进行相关研究,取得了很大的进展。从第一台缸径Φ230mm压机到现在的缸径Φ800～Φ1 000 mm及以上缸径的大型化压机,从接触器控制到现在的智能化控制,压机装备的自动化技术、液压技术、设计制造工艺水平等日渐成熟[1,2]。

到目前为止,新投产的六面顶压机缸径大都在Φ850 mm左右,合成腔体直径达到了Φ67 mm左右,按铰链梁的成型方式主要分为铸造和锻造压机两种结构,数量基本相当,小缸径压机逐渐被淘汰(除在特异化产品用到小缸径压机外)。锻造压机除了锻造件优于铸造件的材料力学性能优势外,锻造压机的结构更加紧促、简化。由于铸造技术及热处理技术的局限性,今后大缸径压机,特别是缸径在Φ1 000 mm及以上的压机,将会以锻造为主[3]。黄河旋风集团田中科美公司经过近20年对锻造压机的研究,在六面顶压机的铰链梁制造工艺、高精度高可靠性设计技术、智能自动控制技术等方面取得了系列创新性成果,将六面顶装备技术提升到更高水平。同样有些技术也能用于铸造压机当中。

1.1 六面顶智能压机铰链梁整体锻造结构与制造新工艺

1.1.1 缸梁一体的铰链梁整体锻造结构

由于传统六面顶压机梁+油缸+活塞结构中,油缸与梁、油缸与活塞的配合间隙会影响六面顶压机的对中性能,提出了新型链梁整体锻造结构(梁+活塞),由梁+油缸+活塞的配合优化成梁+活塞的配合,提高了六面顶压机的对中性能。基于有限元法进行结构优化设计[4],提高了结构刚性,减少材料消耗20%以上(图1)。

图1 缸梁一体的链梁整体锻造结构

1.1.2 模块化锻造模具与工艺设计技术

由于国内铸造水平及热处理工艺水平普遍不高,铸件不可避免的存在气孔、夹渣等铸造缺陷,导致结构强度、疲劳强度低,设备使用寿命短,安全隐患大,严重制约六面顶压机大型化发展。研发模块化整体锻造模具,铰链梁结构整体一次锻压成型。建立锻造成型过程的数值仿真模型,开发模块化锻造模具与工艺设计技术(图2)。通过优化锻造工艺参数与模拟锻造过程,实现结构完整的金属流线,优化了微观组织结构,铰链梁结构材料性能明显提高。较同材料的铸件结构,在110 MPa油压压力下,关键部件形变量比传统铸造结构减少近20%,抗拉强度提高30%～40%,使用寿命大大延长。

图2 模块化锻造模具与工艺设计技术

1.2 六面顶智能压机高精度高可靠性设计技术

1.2.1 基于零件公差的锻造六面顶智能压机加工精度定量预测方法

由于金刚石六面顶压机装备加工及装配精度的影响因素众多,装备精度易波动,影响产品稳定性的难题,提出了一种基于零件公差的六面顶压机加工精度定量预测方法。基于线性递增函数与截断的傅里叶级数叠加模型,构建了装备零部件公差与几何误差源参数间的关系模型。基于多体系统运动学理论,建立了几何误差源参数与装备加工与装配精度的映射模型,形成了基于零件公差设计的装备加工精度定量预测模型(图3)。该方法简化了精度预测过程,提高了预测效率,可以在压机初始设计阶段就能直观地评价和预测压机的对中精度,对中精度的预测值能占其设计要求值的89.67%,这是金刚石压机精度设计理论的突破。

图3 基于零件公差的六面顶压机加工精度定量预测方法

1.2.2 数字驱动的六面顶压机有限元分析模型

为了提高金刚石六面顶压机的建模仿真精度,基于六面顶压机装备结构特性分析,开发了六面顶压机装备的参数化设计方法,建立参数化设计框架。融合多层次信息的数字建模方法,建立起装备设计参数、运行参数、物理信息、关键零部件与整体结构关联关系的模型。装备的运行过程中涉及多物理场耦合,分析多物理场的数学、几何模型构建与求解,实现装备多物理场耦合的高精度建模。针对六面顶压机装备多物理场耦合建模要求,研究了影响温度分布的关键因素;分析系统运行过程中关键结构部件或部位运动、受力特点,揭示了关键结构部件应力分布规律;分析系统合成腔模型组装结构和物料属性,揭示了合成腔体的温度与压力分布规律。建立了数字驱动的六面顶压机有限元分析模型(图4),对结构进行了优化创新,铰链梁结构的质量减少了9.55%。

图4 数字驱动的六面顶压机有限元分析模型

1.2.3 基于边界元法的压机结构疲劳破坏分析方法

针对金刚石六面顶压机铰链梁结构在高温高压状态下,受交变载荷作用易出现疲劳破坏现象,提出了一种基于边界元法的疲劳破坏分析方法。针对疲劳破坏过程中的裂纹扩展问题,构造了新型边界积分方程形式,开发了奇异积分自适应分割处理技术;构建了通用的三角形和四边形裂尖单元;应力强度因子两点插值方法,可实现铰链梁结构应力的准确评估,其应力强度因子的计算误差小于1.5%。进行压机结构寿命预测的相关技术流程如图5,该方法可以评估与预测设备疲劳破坏进程,指导设备正确使用,保持设备较长时段的高稳定性工作状态。

图5 基于边界元法的结构疲劳破坏分析方法

1.3 六面顶智能压机自动控制系统与技术

(1) 基于不同的腔体工艺,搭建数学模型对合成进行自动、模糊控制。在金刚石合成时,测控系统对环境温度、顶锤位移、顶锤冷却水温、合成缸压力、加热参数等压机参数实现在线检测,并对数据实时收集分析处理,收集成数据湖,形成对合成腔体内的体积、压力及温度的实时模型的构建(图6)。系统自动将工艺要求带入控制系统预设的数学模型,同一台压机不同合成次数间现场环境的参数进行类比、不同压机合成参数进行环比,汇算比较,优化出最佳控制参数,并实时自动调控液压、加热及冷却水供给等装置,达到利于金刚石、钻石等超硬材料合成稳定、平衡腔体内的合成环境,最佳合成状态。

图6 金刚石压机的智能自动控制系统

(2) 网络信息化集成系统设计,实现操作、工艺设计及生产管理的高度集成及精益管控。利用串口、以太网等网络化控制,将六面顶压机的控制系统与操作终端、数据库、服务器、生产管理、市场订单等企业经营通过多级密钥、口令等方式网络“问询式”通讯形式进行对接,实现多重网络链接,优化控制系统的硬件架构,增强企业核心数据的保护。为企业管理及操作方便,开发了操作终端的多样模式,实现通过手机、平板电脑、电脑等终端来操作和监控六面顶压机控制系统的运行状态。网络信息化的实现,达到1人开多台和多人监控1台的效果,根据合成工艺需求编排来实现1人操作的台数;网络信息化的实现,对六面顶压机快速优化工艺奠定了基础,对六面顶压机控制的关键参数进行实时检测,收集、处理,并对过往工艺执行效果进行再现,进行比较分析,同时利用数学模型自动优化工艺设计;网络信息化的实现,通过网络实时显现整个车间、企业的各项生产指标;网络信息化的实现,系统自动对六面顶压机各个部件工作状态进行检测及实时判定,并将异常状态发送至生产管理人员等,提升压机的维修率和开机率。

(3)金刚石压机智能控制技术的执行部件架构优化。采用新型冷却水控制装置、液压伺服控制装置和新型加热装置,可对系统发出工艺指令进行实时接收并精准加以输出,提升关键参数的精度,顶锤温度控制精度控制在±0.5 ℃,压力精度控制在0.05 MPa,压机合成功率的控制精度达到0.01 kW。同时采用新型的卸压控制装置,实现卸压可控,系统卸压精度可达到0.01 MPa,为六面顶智能压机合成大单晶金刚石的奠定了基础。

1.4 金刚石压机液压技术

随着液压技术的不断发展,六面顶压机装备的液压控制方面也在不断的发展。六面顶压机的动力形式是通过液压油推动活塞,在硬质合金顶锤的锤面形成超高压。传统的增压方式是通过普通电机+柱塞泵+增压器或者是通过普通电机+超高压泵,这种增压模式对压力和流量的控制精度低,很难满足有特殊要求的合成工艺。为了实现压力及流量的精细化控制,伺服技术逐渐应用到液压系统中。比如采用伺服电机+齿轮泵的方式补压。压力控制精度可控制到0.05 MPa。

六面顶压机泄压控制在一定程度上会影响设备运行的稳定性及合成产品的成品率。传统的泄压方式是球阀或者液控阀多级泄压,但很难控制泄压的速度,导致产品良率低。新的泄压方式采用步进或伺服电机+专用的泄压阀件,通过电机控制阀芯,可实现高精度线性泄压,泄压精度可达到0.01 MPa,大大提高了设备运行的稳定性和产品良率。

比例阀的应用,提高了液压系统的控制精度。比如采用比例溢流阀可实现系统压力的精确控制,比例节流阀可实现流量的精确控制等。

2 化学气相沉积(CVD)装置

CVD法主要是通过含有碳元素的挥发性化合物与其他气相物质的化学反应,产生非挥发性的固相物质,并使之以原子态沉积在置于适当位置的衬底上,从而形成所要求的材料。

20世纪50年代末,前苏联科学院物理化学研究所和美国联合碳化物公司用简单热分解化学气相沉积法(CVD)合成金刚石分别获得成功。20世纪80年代初,日本国立无机材料研究所完善了前人的研究方法,发展了热丝化学气相沉积、微波等离子体化学气相沉积等多种低压化学气相法,并在多种非金刚石基底表面上生长出了品质优良的多晶金刚石涂层,从而使低压气相生长金刚石技术取得了突破性的进展,在全世界掀起了CVD方法合成金刚石薄膜的研究热潮[5]。CVD法目前已成功地发展了许多种,其中最常用的如热丝CVD法、直流电弧等离子体CVD法、微波等离子体CVD法等。各种CVD法沉积金刚石膜的基本原理是相同的,都是利用高度激发的包含有活性氢原子和含碳基团的反应气体在衬底表面的不断置换来实现金刚石相的沉积,同时抑制非金刚石相(如石墨)的生成。各种方法的不同之处在于它们采用的气体激活方式有所不同[6]。

2.1 热丝法(HFCVD)

HFCVD法是目前沉积金刚石涂层应用较为成熟的一种方法。在HFCVD方法中,安装在沉积室中基片上方的热丝被用来热解由CH4、H2组成的反应气体。热丝材料常采用钽、钨、钼等高熔点金属制作,用直流或交流电源来加热,热丝的温度在2 000～2 400 ℃之间。热丝除了使反应气体热解之外,还起着加热基片的作用。HFCVD法的沉积装置原理如图7所示[7]。

图7 HFCVD法金刚石膜沉积装置示意图

HFCVD法沉积金刚石涂层的设备低廉、操作相对简单,能够制备大面积金刚石涂层。但是HFCVD法的缺点主要有：在沉积金刚石涂层时,热丝对气体的激发程度不高,而且热丝本身还会对金刚石膜形成污染;通过控制灯丝的长度和根数制备面积较大的金刚石膜时,灯丝在加热工作时容易变形,进而导致沉积的薄膜均匀性变差;热丝寿命较短,不适合长时间的运行沉积厚膜样品。

HFCVD法一直受到广泛的重视,目前主要在商业化金刚石薄膜涂层工具和BDD电极生产制备的主要方法。如Condias GmbH公司、CSEM公司、元素6公司等生产的涂层工具及BDD电极产品均是利用HFCVD法制备[8]。

在我国,热丝CVD法金刚石膜生长技术已经获得了应用,其最具代表性的就是吉林大学和北京人工晶体研究院的热丝CVD法金刚石膜沉积技术。吉林大学邹广田教授于1986年自行设计研制了国内第一台热灯丝CVD金刚石薄膜制备装置,并在1987年4月合成了我国第一片CVD金刚石薄膜,填补了国内空白,在863计划持续资助下,后期研制出电子增强热丝CVD设备并用该法制备出了大尺寸高导热金刚石厚膜。北京人工晶体研究院在“七五-九五”计划期间一直是国家"863"计划重点资助单位,主要承担热丝CVD金刚石工具应用的产业化关键技术研究。多年以来已研制了实用化高速度、大面积热丝法CVD金刚石厚膜生长技术和设备并具备产业化的能力。由人工晶体研究院控股的北京天地超硬材料股份有限公司,多年来完成了多种金刚石膜工具产品研究和市场开发。研发了五个门类金刚石膜工具的产品技术,它包括金刚石膜刀具、金刚石膜拉丝模工具、金刚石膜砂轮修整工具、金刚石膜耐磨部件以及金刚石膜光学加工工具等[9]。

2.2 直流电弧等离子体喷射法

直流电弧等离子体喷射法(DC Arc-jet Plasma CVD)是通过高功率直流电弧放电,将以CH4-H2-Ar为主要成分的反应气体激发形成等离子体,并将其高速喷射到衬底表面后沉积形成金刚石膜。装置的示意图如图8所示。在高功率的直流电弧放电过程中,反应气体被充分电离,使得等离子体密度和各种活性基团密度很高,这极大地提升了金刚石膜的沉积速率,通常可以达到数十微米每小时。但是,直流电弧等离子体喷射法存在着因电弧的点火及熄灭而对衬底和金刚石膜的热冲击较大、易造成金刚石膜从基片上脱落的缺点。另外,这种方法还具有需要消耗大量反应气体的缺点。

图8 直流电弧等离子体喷射法金刚石膜沉积装置的示意图

DC Arc Plasma Jet法的难点在于其需要消耗大量的气体。为解决这一难题,可采取一种将大部分气体循环再利用的技术,降低气体的使用量。但这样做的结果会使金刚石膜中含有的杂质增加,使金刚石膜的质量难于提高。反之,若不循环利用大部分的气体,则一方面金刚石膜的制备成本太高,另外一方面气体的消耗量太大,造成金刚石膜的沉积过程难于控制。

DC Arc Plasma jet CVD法沉积金刚石的技术目前发展也比较完善,主要特点是沉积速度快,该法制备的金刚石膜的品质接近MPCVD法,最大沉积面积可达直径150 mm。国外的Westinghouse Electric, SP3等机构拥有此项技术。1999年,美国的Norton公司利用高功率直流电弧等离子体喷射技术实现了大面积(直径可达175 mm)、高品质金刚石膜的沉积。但是,由于Norton公司使用高功率直流电弧等离子体喷射技术来制备金刚石膜,其气体耗费量极大,因而金刚石膜的制造成本很高。该原因导致Norton公司在2004年停止了其金刚石膜制备部门的运营。在国内,北京科技大学和河北科学院联合开发并完善了该项技术,目前已经实现产业化,并在国际上占有了一席之地[10]。北京科技大学从1988年开始研究起步,从1991年开始和河北省科学院紧密合作进行DC Arc Plasma Jet设备和工艺研究。在863计划“八五”重大关键技术项目支持下,于1995年底建成了100千瓦级DC Arc Plasma Jet CVD系统,于1996年初通过国家科委组织的专家鉴定。在863计划“95”重大项目支持下,于1997年底国内首次制备出光学级(透明)金刚石膜[11]。北科大采用高功率DC Arc Plasma Jet CVD系统制备大面积光学级金刚石自支撑膜迄今为止仍是国内外唯一成功案例。研究组已在国内外学术刊物发表相关研究论文300余篇,获得专利20多项。曾获北京市科技进步二等奖和全国发明展览会金奖。近年来,已经有上百台套DC Arc Plasma Jet CVD系统在大专院校,研究院所和企业运行,已经成为CVD金刚石膜研究和工业生产的主要技术之一。由此也确立了高功率直流电弧等离子喷射法作为制备金刚石膜材料重要的方法之一的地位。目前,我国利用直流电弧等离子体喷射技术制备的金刚石膜无论从质量上还是在面积上,与国外同方法制备的金刚石膜相比,已处于先进水平,而相关的金刚石膜产品也已作为超硬工具材料批量进入了国际市场[12]。

2.3 MPCVD法金刚石膜沉积技术

在各种产生等离子体的方法之中,微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法依靠微波产生的极高频率的电磁振荡,使工作气体分子发生相互碰撞,进而激发与维持其等离子体的。这种方法具有产生的等离子体密度高、可控制性好、无放电电极污染等优点,而这三点对制备高品质的金刚石膜都是极端重要的。

图9为微波等离子体法金刚石膜沉积装置的示意图。由微波源产生的微波经波导管传输至模式转换器转换或者直接耦合进谐振腔后,在基片上方中心处聚焦形成强电磁场。谐振腔和介质窗口组成的真空反应室中的反应气体在强电磁场的作用下激发产生等离子体,进而实现金刚石膜的沉积。

图9 MPCVD法金刚石膜沉积装置示意图

与热丝法相比较,微波等离子体法避免了因热金属丝蒸发而对金刚石薄膜的污染;与直流电弧等离子体喷射法相比,微波等离子体法中的微波输入功率可以连续平稳调节,使得沉积温度可连续稳定变化,克服了直流电弧法中因电弧的点火及熄灭而对衬底和金刚石膜的巨大热冲击所造成的金刚石膜很容易从基片上脱落的缺点;另外微波等离子体法可以在沉积腔中产生既大面积而又稳定的等离子体球, 有利于大面积、均匀地沉积金刚石膜。由此可以看出,微波等离子体法在所有金刚石薄膜制备方法中具有十分突出的优越性, 微波等离子体法被认为是高速率、高质量、大面积沉积金刚石膜的首选方法。

在MPCVD技术中,主要用到的是2.45 GHz和915 MHz两种频率的微波能。频率由2.45 GHz降低到915 MHz,微波波长增加,可以使驻波腔截面积增大,等离子球体积增大,从而使得金刚石在基片台上的沉积区域大大增加。一般2.45 GHz频率的MPCVD微波功率相对较小,一般不超过10 kW (现在正向15 kW微波功率发展),而使用915 MHz频率的MPCVD装置,可以大大提高馈入腔体的微波功率,达75 kW甚至100 kW,20世纪末期,Fraunhofer IAF公司的Füner M等设计出功率为60 kW、915 MHz频率的椭球形MPCVD装置,Astex公司的Sevillano E等也于同一年将915 MHz频率的MPCVD装置的微波功率提升到了75 kW。目前,世界各先进工业国家都掌握了高功率MPCVD装备技术。其2.45 GHz的MPCVD设备的功率水平一般处于6～8 kW水平。915 MHz的MPCVD设备的功率主要为30～75 kW的水平[13-17]。

在我国,早期高功率微波等离子体CVD金刚石膜沉积技术的发展却相对缓慢。1993年,我国研制了800 W的石英钟罩式MPCVD装置。1997年,我国又研制了5 kW级的圆柱形谐振腔式的MPCVD装置,但后者允许耦合进装置的最大微波功率一直不超过3 kW,这造成使用该装置时金刚石膜的生长速率较低,一般低于1 μm/h。早期,国内科研机构实验室配备的MPCVD金刚石膜沉积装置功率一般都在800～5 000 W (名义功率),存在着使用功率低、沉积面积小、生长速率慢、金刚石膜品质低的问题。

近10年,我国高功率MPCVD装置的发展才有所起色,2012年武汉工程大学研制了一台与Seki Technotron公司的非圆柱金属多膜谐振腔式装置类似的2.45 GHz 的MPCVD装置,配备了10 kW的微波功率源,但是其报道的实际使用功率在5 000 W左右。2013年西南科技大学也报道了一台类似的2.45 GHz 的MPCVD装置,装机功率也是10 kW。北京科技大学于2011年研制了国内第一台2.45 GHz 可调谐式椭球形金属谐振腔式MPCVD金刚石膜沉积装置,该装置可在7 kW功率下沉积3英寸光学级高品质金刚石膜。同期研制了一台2.45 GHz 圆柱形TM021式的可调谐式MPCVD装置,该装置可在6 kW功率下稳定沉积3英寸光学级高品质金刚石膜。于2013年研制了一台新型穹顶式MPCVD装置。该实验装置配备有15 kW的微波电源,可以在接近10 kW微波功率下沉积3英寸光学级高品质金刚石膜[6]。

近年来,国内915 MHz MPCVD系统的研发工作取得了较大的进展,北京科技大学、武汉工程大学、太原理工大学等国内科研机构均设计研发成功了腔体结构不同的75 kW级的915 MHz MPCVD系统,并有高质量金刚石产品报导[14-17]。

值得指出的是,近年来随着培育钻石市场的兴起,MPCVD装置的产业化得到了快速发展,国内有十几家可提供生长培育钻石设备的MPCVD设备供应商,培育钻石的商业化生产MPCVD设备主要为2.45 GHz 的MPCVD装置,最大名义功率为5～6 kW,其中主要以深圳尤普来、上海铂世光、成都稳正等为代表。

3 HPHT装备和CVD装备应用特点

HPHT合成金刚石已经实现工业化生产,在规模和质量上都取得了快速的发展,目前是工业金刚石主要合成方法,在培育钻石市场也占有半壁江山。目前工具金刚石材料市场成熟发展,培育钻石市场逐步扩大,金刚石的热沉级和电化学应用市场初具规模,随着金刚石功能应用开发,金刚石材料未来电子学、光学、量子学、生物学等方面具有巨大的潜在市场,这些应用中大面积、高质量纯度的金刚石制备是关键,但是HPHT金刚石难于形成较大面积薄膜或片状,物理化学性质也难于调节,从而限制了其应用范围。而CVD法制备金刚石在大尺寸上有天然优势,是未来金刚石功能化应用发展的主要制备方法。

在几种方法中热丝CVD由于灯丝污染和较低的生长速率限制了其应用范围,目前主要应用于薄膜涂层工具及薄膜涂层电极等对金刚石质量要求不高的金刚石材料产品的制备。因此HFCVD设备未来在提高生长速率、提高金刚石涂层生长质量、扩大生长面积是研发主要方向。DC Arc Plasma jet CVD法目前主要包括工具级、热沉级和光学级等不同的金刚石膜制备,由于其生长速率较高,可达每小时数十微米至数百微米,在生长金刚石厚膜产品具有独特优势。缺点和面临问题主要是由于气体的高速喷射,工艺控制难度大,此外沉积面积较小,金刚石膜厚均匀性较差等。未来改进方向主要是如何扩大生长面积,提高制备工艺稳定性、控制沉积金刚石膜的均匀性。从原理上来说,MPCVD法制备的金刚石纯度最高,质量是最好的。近年来,70 kW以上915 MHz的MPCVD 技术的发展虽然取得了很大的突破,但高功率的微波设备是限制进入中国市场的,这主要是因为高质量的大面积金刚石厚膜制作成为窗口材料能够应用于军事、航空领域,作为导弹头罩、光学红外窗口等。因此未来高功率915 MHz的MPCVD设备技术研发仍是关键。尽管2.45 GHz的MPCVD设备技术相对成熟,但由于功率输出限制,等离子密度不高,仍存在沉积速率低等缺陷,因此研究如何提高MPCVD设备的等离子密度是未来设备研发重点。而提高等离子体密度最简单的方法就是提高生长时的气压和功率,气压和功率的提高对装置的气密性和冷却能力以及等离子的稳定性都会提出更高要求,这需要研究设计特殊结构的谐振舱体满足功率耦合要求。