矩形管由于自身形狀的原因會造成等離子體注入的不均勻性，給內表面改性帶來困難。本文基于particle-in-cell(PIC)模型采用Matlab軟件對矩形管內壁等離子體離子注入進行數值仿真，主要考察了內電極形狀(圓電極、三角電極、矩形電極)對管筒內壁注入劑量分布的影響。結果表明，中心圓電極、三角電極誘導的離子注入劑量呈現/M0型分布，象形矩形電極會導致長短邊離子注入劑量密度產生較大差異，小尺寸矩形電極和半圓矩形組合電極會誘導離子注入劑量分布產生三個峰值和兩個谷值。對不同電極注入劑量進行統計，長短邊整體注入劑量均勻性最高的是小尺寸矩形電極，局部注入劑量均勻性最高的是矩形半圓組合電極。通過比較不同形狀內電極離子注入過程和結果得到適用于一般形狀電極的結論。

　　管狀零部件在精密機械、航天等領域有較多的應用，對其工作壽命和精度提出了較高的要求，因此通常要對管內壁進行精密表面處理。等離子體注入是一種優質有效的高精表面改性手段，對工件尺寸和表面粗糙度沒有影響，不存在膜基結合力的問題，并在一定程度上突破了傳統束線式離子注入的視線性限制，非常適合細長管的內壁表面處理。

　　在細管內表面的離子注入過程中，等離子體鞘層會發生重疊，使得離子注入的能量效率降低，有時注入離子的最大能量還不到施加電壓能量的37%。為提高能量利用率可采用內電極鉗制管內電勢，從而改變管內電場，影響等離子鞘層的分布，最終使得注入能量得到提高。有研究表明內電極的引入可使最高離子注入能量提高到沒有內電極時的2.5倍。對半圓形容器球心放入圓球狀電極也會使離子注入能量得到提高。對于非圓形內腔，內電極的引入不僅影響注入能量，也會影響注入劑量。

　　矩形管在精密機械中也經常使用，由于相鄰兩邊邊長的差異影響電勢分布以及等離子體鞘層擴展，注入離子劑量分布較圓管、方管會更為復雜。因此本文利用Matlab軟件采用particle-in-cell(PIC)模型對矩形管等離子注入過程的動力學行為進行了研究。PIC模型折中了解析法的精確和流體模型的低運算量，在保證對等離子模擬精度要求的同時，降低了較大離子數目模擬的計算要求，適用于內管等離子體注入的模擬仿真。針對矩形管形狀的特殊性，本文PIC模擬仿真主要考察了內電極形狀對等離子體鞘層擴展和注入劑量分布的影響。

　　3、結論

　　應用MATLAB軟件PIC模型對矩形管內壁等離子體注入進行數值仿真，研究了不同形狀輔助電極對離子注入劑量分布的影響。結果表明，圓電極、三角電極會誘導離子注入劑量呈現/M0形分布，使用I號矩形象形電極會導致長短邊離子注入劑量相差較大，II號小尺寸矩形電極、III號矩形半圓組合電極會誘導離子在長邊離子注入劑量分布出現3個峰值和2個谷值。對注入劑量進行統計，整體注入劑量均勻性最高的是II號矩形電極，局部注入劑量均勻性最高的是III號矩形電極。通過比較不同形狀內電極離子注入結果還可以發現:¹注入離子來源為內壁和電極之間空間內的離子，離子注入劑量高低主要取決于該空間的大小;º陽極鞘層有逐漸擴展為圓形的趨勢，當內電極尺寸較小時，最終注入結果與圓電極類似，電極形狀對離子注入劑量分布影響較小;»內電極的尖角周圍會形成較強的電場，導致該處離子比其他位置的離子消耗更快，尖角過大會降低注入劑量的均勻性;¼內壁最先與離子鞘層接觸的位置離子注入劑量偏小。這些結論適用于一般形狀電極，對于實際應用具有重要的指導意義。