﹝一﹞真空
真空是相對大氣而言。所謂真空，是指在給定的空間內(nèi)，氣體分子密度大大低于周圍大氣壓下的氣體分子密度的狀態(tài)。
通常用真空度來衡量氣體分子密度大小的程度，真空度常用壓強單位來表示，真空度越高，則氣體分子密度越小，也就是壓強低，反之，真空度越低，則氣體分子密度越大，也就是壓強高。所以，真空度高和壓強低是同義的。
真空計量中，采用了Torr﹝托﹞和Pa﹝帕﹞等單位：
1Torr＝1/760atm﹝標(biāo)準(zhǔn)大氣壓﹞ 1Torr＝133.3Pa
1Pa＝1N﹝牛頓﹞/m2 1Pa＝7.5006×10-3 Torr
﹝二﹞ 稀薄氣體放電
1．等離子體
等離子體是由離子、電子及中性粒子所構(gòu)成的一種電離氣體,整體顯電中性。等離子體中由于有大量的帶電粒子,所以具有良好的導(dǎo)電性。等離子體中的帶電粒子在外電場的作用下，向與自己電極性相反的電極做帶有方向性的運動，使氣體通導(dǎo)電流。等離子體化學(xué)反應(yīng)比熱化學(xué)反應(yīng)更容易進行。
2．稀薄氣體放電伏安特性
為獲得等離子體必須使中性粒子電離，離子滲氮的是利用稀薄氣體放電而獲得等離子體的。
在稀薄氣體的真空容器內(nèi)的兩個電極施加電源電壓到c點時，陰陽極間電流突然增大，陰極部分表面開始產(chǎn)生光，陰陽極間電壓下降。隨后電源電壓增大，陰極表面產(chǎn)生的輝光面積增大，但陰陽極間電壓不變，至d點，陰極表面完全被輝光覆蓋。此后，電流增加，陰陽極間電壓隨之增加。超過e點，電流劇烈增大，陰陽極間電壓突降，輝光熄滅，陰極表面出現(xiàn)弧光放電。c點對應(yīng)的電壓稱為輝光點燃電壓。從c點至d點，稱為正常輝光區(qū)，從d點至e點，稱為異常輝光區(qū)。離子滲氮工作在異常輝光區(qū)，在此區(qū)輝光均勻覆蓋工件表面，且可通過改變陰陽極間電壓及陰極表面電流密度，實現(xiàn)工藝參數(shù)調(diào)節(jié)。
氣體性質(zhì)、電極材料及溫度一定時，輝光點燃電壓與氣體壓強和陰陽極距離的乘積有關(guān)，離子滲氮的點燃電壓為400-500V。
3．輝光放電
輝光放電氣壓一般為數(shù)十帕至數(shù)千帕，電流密度為數(shù)毫安/平方厘米, 電壓數(shù)百伏，是高電壓小電流密度的放電。
﹝1﹞輝光放電的發(fā)光分布
輝光是原子由激發(fā)狀態(tài)回到基態(tài)，或由電離態(tài)變成復(fù)合態(tài)時放出的電磁波。不同氣體的電磁波的波長不一樣，輝光顏色也就不同。
輝光從陰極到陽極的分布是不均勻的，從陰極到陽極分為阿斯頓暗區(qū)、陰極輝區(qū)、陰極暗區(qū)、負(fù)輝區(qū)、法拉第暗區(qū)、正柱區(qū)、陽極暗區(qū)、陽極輝區(qū)等幾個區(qū)域，各區(qū)域的輝光亮度和電壓位降都不一樣。
阿斯頓暗區(qū)、陰極輝區(qū)、陰極暗區(qū)三區(qū)寬度之和總稱為陰極位降區(qū)dk, 陰陽極間電壓主要降落在陰極位降區(qū)之內(nèi)。陰極位降區(qū)dk與電壓、氣壓、氣體成分有關(guān)。
陰極位降區(qū)dk與氣壓呈反比﹝p×dk＝常數(shù)﹞，它是維持輝光放電不可缺少的區(qū)域，若陰陽極距離d＜dk，輝光就熄滅。利用此原理，可以對陰極進行間隙保護。
﹝3﹞空心陰極輝光放電
陰極位降區(qū)dk加上負(fù)輝區(qū)的長度稱為陰極放電長度d輝。兩個陰極都產(chǎn)生輝光放電的情況下，當(dāng)兩個陰極距離d1，2＜2 dk時，輝光熄滅；兩個陰極距離d1，2＞2d輝時，兩個陰極位降區(qū)互相獨立，互不發(fā)生影響，輝光放電正常進行；當(dāng)兩個陰極距離d1，2＜2d輝時，兩個負(fù)輝區(qū)合并，電流密度增加，輝光強度增強，這種現(xiàn)象稱作空心陰極效應(yīng)。在離子滲氮工藝操作時，常常通過調(diào)整氣壓p等工藝參數(shù)，來調(diào)整d輝，控制空心陰極效應(yīng)產(chǎn)生。
4．弧光放電
弧光放電一般電壓為數(shù)十伏，電流密度為數(shù)百安/平方厘米，是低電壓大電流密度的放電。放電發(fā)生在陰極局部。
弧光放電形成的原因主要有熱電子發(fā)射和場致電子發(fā)射。
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