管筒形工件内表面改性一直是等离子体表面改性领域的难题，尤其是细管和长径比较大的管件，等离子体难以进入管件内部，因而处理难度更大。本文针对这个问题，提出了一种新的有效的细长管内表面等离子体改性方法，细长管内腔多级辉光放电方法，对其放电特性、等离子体特性和TiN膜层沉积进行了深入的研究。　　基于增强辉光放电的机理，本文研制了细长管内腔多级辉光放电系统，该系统可以在Φ15×300、Φ6×90等规格的细长管件内部产生稳定均匀的高密度等离子体，并可进行多种金属靶材的溅射。具有工作压强低（0.2Pa-1.0Pa），阳极电流密度大（最大可达106mA/mm2），可独立调节靶溅射电流、靶电压和管偏压。　　对多级辉光放电系统在细长管内等离子体的激发产生进行了系统的研究。研究发现：采用热阴极辉光放电形式在较高气压下，加管限制的放电击穿电压高于无管筒空间限制条件下的放电击穿电压值；而在较低气压下，加管限制的放电击穿电压值低于无管筒空间限制条件下的放电击穿电压值。较大的阳极面积和较高的气压均有利于激发等离子体。当管件较细或较长时，使得击穿放电难以产生，为此提出了栅极中继放大方法。栅极的设置可以明显改善细长管内放电条件，能够处理更细更长的管件。较高的阳极电流和管偏压电流提高了靶电流。　　对管内多级辉光放电等离子体特性进行了系统的研究。研究表明圆环形栅极可以对热阴极产生的电子进行有效的聚焦和加速。栅极单独对热阴极放电，其电压的提高可以使得其放电和聚焦的电流增大。栅极单独与热阴极放电，能够在管下部形成等离子体，并随着向管中心的深入，等离子体密度逐渐降低。多级辉光放电系统处理细长管时，靶电压的增加，降低了管内等离子体密度；而较高的管偏压，基于空心阴极效应，促进了等离子体密度的提高。管内等离子体密度沿径向呈现中心高，两端低的分布特点。靠近管中心轴线1mm处，离子密度达到1.8×1012/cm3，而在管壁边缘离子密度约为3.5×1011/cm3。　　采用二维泊松方程，对管内电势分布进行了描述。研究结果表明在没有空间限制下，阳极和热阴极之间等势线梯度分布较为均匀，有利于击穿放电；当放电空间受细管限制后，电位等势线分布明显不均匀，集中于阳极和热阴极两端，不利于管内击穿放电。对于细长管内的静电场，管壁和靶材上的电位等势线平行于管轴线方向，轴向电场对管内影响小。只有当管径加粗或长径比较小的情况下，轴线电场才会对管内电场形成比较明显的影响。同时利用Patical-in-cell模型，对管内等离子体鞘层行为进行了描述，结果表明：靶体和管壁鞘层的扩展导致了交叉重叠现象，管内等离子体无法自持。在较高的靶体电位和管壁电位、较低的等离子体密度和较大靶半径下，鞘层的交叠容易出现。　　采用多级辉光放电方法制备了TiN薄膜，最大沉积速率可达3.5μm/h。研究表明通过管内上低下高的等离子体分布可以实现轴向均匀的TiN薄膜。阳极电流、栅极电流和灯丝电流的增大，提高了膜层沉积率；而压强和管直径的增加，使得沉积速率下降；管长对沉积速率影响不明显。TiN薄膜分别表现为以（111）、（200）或二者混杂的择优取向；管径较细时，管中上部以（111）、（200）和（220）混合结构或（111）晶面为主；管的下部以（200）晶面为主；管径较粗时，均呈现出以（200）为主的择优取向衍射峰。细管中制备的TiN为细小致密的柱状晶，粗管中晶粒较为粗大，呈四棱形。采用细长管内腔多级辉光放电方法可以得到硬度高、耐腐蚀性好的TiN薄膜。