9-2-6-01__2014__Metody_poluchenija_nanostrukturirovannyh_pokrytij_v_mashinostroenii

Вакуумные технологические линии

Вакуумная линия предназначена для нанесения широкого спектра покрытий (защитно-декоративных, упрочняющих, оптических) комбинированными методами в автоматическом режиме.

Состав вакуумной установки:

Модуль загрузки (подготовки) изделия к напылению. Модуль предназначен для предварительной очистки и обезгаживания изделия.

Рабочая камера. В рабочей камере происходит окончательная очистка, обработка изделия планарным ионным источником и нанесение требуемых покрытий планарными магнетронами по заданной технологии. В рабочей камере размещено устройство для перемещения изделия, магнетроны планарной конструкции, нагревательные элементы, датчики контроля давления, спектра плазмы, спектрометрической системы.

81

Вакуумная система состоит из высокопроизводительных высоковакуумных насосов и агрегатов предварительной откачки. Вакуумная система обеспечивает достижение необходимого давления в модулях загрузки (подготовки), выгрузки изделия и непосредственно в рабочей камере.

Модуль выгрузки или (выхода изделия) предназначен для стабилизации давления и температурных параметров.

Ионный источник обеспечивает очистку, активацию поверхности изделия ионами аргона.

Магнетроны планарной конструкции.

Устройство перемещения обеспечивает автоматическое движение изделия с позиции загрузки на позицию выгрузки.

Прибор анализа плазмы и управления расходом технологического газа обеспечивает стабилизацию технологических параметров и воспроизводимость процесса получения покрытий.

Спектрометрическая система контроля толщины покрытий обеспечивает контроль покрытий в автоматическом режиме с

82 выводом характеристики на монитор компьютера.

Стойка питания предназначена для питания магнетронных и ионных источников и других исполнительных механизмов.

Стойка управления обеспечивает автоматическое проведение технологического процесса нанесения покрытий. В стойку управления входят контроллеры откачки, температуры, прибора анализа плазмы, спектровизор, прибор замера остаточных давлений и т.д.

К особенностям установки следует отнести:

-наличие модуля предварительной подготовки ионного источника позволяет формировать покрытия с высокими физико-механическими свойствами;

-исключение периодической загрузки изделий в рабочую камеру существенно уменьшает наличие примесей и формирование однородных покрытий, а также существенно увеличивает производительность установки;

-возможность контроля толщины покрытий в режиме осаждения и вывод спектральной характеристики на монитор компьютера.

83

Технические характеристики вакуумных технологических линий:

1.Количество камер - 3 - 7 шт.

2.Размеры подложек: ширина - до 3000 мм длина - до 4000 мм

3.Количество магнетронов - 2 - 7 шт.

4.Количество ионных источников - 1 - 3 шт.

5.Время цикла - от 60 сек. 6. Мощность блока питания магнетрона - 10 - 70 кВт

84

Обозначения:

1. Нагреватель

2, 3, 5, 7, 9. Камера

4. Источник ионов

6,8. Магнетроны

10. Изделие 11, 12. Стойки питания

13.Стойка контроля

14.Форвакуумная система

15.Высоковакуумная система

16.Стойка управления

17.Затвор

I - V. Камеры

85

Шнур теплоизоляционный

Изобретение относится к плазменному способу и устройству получения нанопокрытий, в частности пленок из окислов, карбидов и других соединений, и может применяться в радиоэлектронной, авиационной, энергетике и других отраслях промышленности. Изобретение позволит повысить энергию наносимых частиц материала нанопокрытия и улучшить адгезию покрытия с подложкой, расширить компонентный состав покрытия. Способ состоит в плазменном распылении наносимого вещества на подложку в вакуумной камере. На подложку осаждают наночастицы, полученные при испарении мишени в плазме импульсного сильноточного разряда, пинчующейся под действием собственного магнитного поля. Мишень формируют из свободно падающего мелкодисперсного порошка, который подают в зону испарения из резервуара, расположенного вне вакуумной камеры. Устройство состоит из вакуумной камеры, анода и катода, разделенных изолятором, источника питания, держателя подложек.

86

Вакуумная камера выполнена симметричной относительно вертикальной оси, а вне вакуумной камеры по ее оси установлен резервуар с мелкодисперсным порошком, соединенный с вакуумной камерой пролетной трубой, в верхней части которой расположен электромагнитный затвор, а в нижней - вакуумный затвор.

Изобретение относится к плазменным способам и устройствам получения нанопокрытий из различных материалов, в частности пленок из окислов, карбидов и других соединений, которые могут использоваться для модификации материалов для повышения их эксплуатационных характеристик, разработки новых высокоэффективных каталитических систем и применяться в различных отраслях промышленности - радиоэлектронной, авиационной, энергетике и др.

Известны различные способы и устройства для получения нанопорошков и нанесения нанопокрытий физическими методами: газоплазменный метод, ионно-плазменное напыление, катодное напыление, электродуговой метод, метод реактивного магнетронного распыления, детонационное напыление и лазерная наплавка и другие.

87

Вплазменном методе источником высокой температуры обычно является плазменная струя, которая образуется в специальных горелках (плазмотронах). При возбуждении дуги между катодом и анодом (соплом) происходит ионизация газа и образование плазменной струи. Скорость истечения ионизированного газа из сопла плазмотрона составляет ~300 м/сек при температуре ~1 эВ. Напыляемый материал в виде порошка вводится в струю плазмы при помощи транспортирующего газа (аргона) и устройства дозированной подачи порошка-дозатора. Скорость частиц напыляемого материала в струе при подлете к напыляемой поверхности составляет ≤100 м/сек.

Внастоящее время широко ведутся работы по получению наноструктурированных покрытий с помощью магнетронного распыления (заявка US №20070209927), импульсных источников плазмы (US №2005011748). Также защищаются различные устройства для создания плазменных потоков, например, эрозионной плазмы, для получения тонких пленок

(патенты РФ №№950167, 1116967).

88

Известны патенты, в которых описаны различного вида источники плазмы, в которые с различными целями вводят порошкообразные материалы. Так известен патент РФ №2197556, в котором для упрочнения поверхности легирующие добавки в виде порошка вводят в камеру импульсного источника плазмы. В патенте США №5593740 в установку типа «плазменная дуга» вводят с определенной скоростью порошок металла. В патенте РФ №2195745 предложен плазменный генератор, в камеру которого вводят массив порошкообразных частиц, претерпевающих термохимические превращения, увеличивающие энергию светового излучения.

Ведутся также работы по изготовлению катализаторов в виде наноструктурированных тонких пленок, получаемых различными методами, например осаждением из газовой фазы, патент РФ №2233791. Из плазменных методов получения катализаторов можно отметить решение, защищенное в патенте РФ №2205787 «Способ изготовления катализатора на ленточном металлическом носителе», в котором получают наноструктурированный многослойный катализатор путем плазменного напыления с помощью плазмотрона.

89

Близким к заявляемому является также решение, защищенное патентом РФ №2180160 «Способ получения фракталоподобных структур и устройство для его осуществления», в котором предложена технология получения наноструктурированных покрытий из различных материалов с использованием импульсного плазменного разряда.

Основной недостаток описанных выше методов заключается в низкой энергии частиц, наносимых на подложку, и, соответственно, слабой адгезии. Как уже отмечалось выше, температура плазмы в используемых методах составляет от долей до единиц электронвольт, а скорость осаждаемых частиц не превышает сотни метров в секунду.

Возможность получения наноструктур в плазмофокусном разряде показана в патенте Японии №6279978, в котором использовано термическое распыление материала анода с помощью плазменного фокуса. Известен способ получения нанопокрытия из хрома при распылении материала анода (М. Chemyshova et al., Czechoslovak Journal of Physics, Vol.56 (2006), Suppl. В, 237). Отмечалось также кумулятивное образование облака из наночастиц ванадия при облучении ванадиевой мишени плазменными потоками, формируемыми в плазменном фокусе (Л.И.Иванов и др., Перспективные материалы, 2004, №3, 31).

90