等离子体科学及技术正处于当今科技研究的前沿，其应用涉及国防、航天、能源、化工、电子等相关领域。磁控溅射旋转阴极已被广泛应用于大面积薄膜制备装备及相关工业领域，因国外对其核心技术的封锁，使得国产阴极在生产中暴露出相关低温等离子体技术的诸多问题，表明国内的自主设计水平与国外存在很大差距，阴极高端市场被国外产品长期垄断。因此，开展旋转阴极与低温等离子体相关的关键技术研究与系统优化，具有重要意义。　　本文针对国产阴极在生产中存在的主要问题，基于低温等离子体的研究及技术，分析了磁控溅射旋转阴极中等离子体的放电特性及其对阴极系统的影响，着重开展了阴极冷却换热、均匀布气等关键技术的研究，并从冷却、布气、磁场测试调节、密封、稳定电加载等方面优化阴极系统。主要工作如下:　　1)进行了阴极换热分析及冷却回路设计，建立数学模型，数值计算了其稳态换热，得到总热负载、进水流量及相关换热参数;应用流固热耦合的有限元方法，模拟仿真了其瞬态换热过程，得到温度、换热系数随时间的变化规律及稳态时流场、温场的分布，并将仿真结果与计算结果进行了比对，验证了数值计算方法在工程设计中的可参考性;采用调节进水流量、改变靶管转速、加装限流挡板等方法对阴极冷却系统进行优化，通过模拟对比探究出这些参数影响换热能力的变化规律，实现了阴极换热的性能要求。　　2)分析了阴极布气结构及均匀布气问题，选定单管喷嘴型管路为研究对象，推导出管路气体沿程流动方向上各孔等量流出的孔径变化数学表达式，并进行有限元建模和流体仿真，验证了上述孔径表达式;模拟了变孔径管路在阴极靶面的气流分布状态，分析了靶面气流分布均匀性的影响因素，通过外套同心管、外加反射板等结构的优化设计，实现了靶面的气体均布。　　3)提出了阴极冷却回路结构和布气结构的优化方法，探讨了布气调节反馈控制、阴极磁场分布测试调节、密封防泄漏报警、电加载稳定性改善等方法，完成了旋转阴极系统的优化设计。　　本研究可为磁控溅射旋转阴极系统的进一步设计与优化提供理论支撑和技术参考，具有重要的实际应用价值。