UA93471C2 - Іонно-плазмова установка - Google Patents

Abstract

Іонно-плазмова установка належить до технологічного обладнання для нанесення біметалевих покриттів з шаруватою наноструктурою різноманітного складу і призначення. Суттєвою ознакою установки є використання двох співвісних магнетронних розпилювачів радіального типу з конічними катодами. Магнетронні розпилювачі змонтовано на осі вакуумної камери з можливістю регулювання відстані між ними. Деталі, на які наноситься покриття, кріпляться на карусельному тримачі. Величина діаметра монтажної поверхні карусельного тримача може регулюватися. Тримач з деталями має можливість планетарного і зворотно-поступального переміщення відносно осі обертання. Існує можливість регулювання співвідношення відстані між магнетронними розпилювачами і діаметром монтажної поверхні тримача деталей. Установка дозволяє проводити гуртову обробку деталей або нанесення покриттів на внутрішню поверхню трубчастих виробів, підвищити якість шаруватих покриттів.

Description

безпечує подальше підвищення продуктивності різні по складу катоди. Магнетронні розпилювачі процесу при зниженні термічного навантаження на змонтовано відносно карусельного тримача виро- поверхню, що оброблюється. бів так, що нормалі до поверхонь їх катодів напра-

Магнетронна технологія нанесення покриттів влено по радіусам карусельного тримача в бік від дозволяє формувати двофазні покриття з періоди- вісі його обертання. Джерела електричного жив- чною наноструктурою, що відрізняються значною лення магнетронних розпилювачів і джерело на- твердістю і високими декоративними якостями. На пруги зміщення виконано імпульсними і вони ма- цей час розроблено зносостійкі і декоративні бага- ють властивість перешкоджати розвиненню тошарові біметалеві покриття з періодичною нано- дугових розрядів. Джерело зміщення ввімкнено в структурою (4), які мають необхідні фізико- схему через синхронізуючий пристрій. Характери- механічні і декоративні характеристики і можуть стиками цієї установки є висока якість покриттів, бути використані для покращання показників приз- розширенні функціональні властивості і підвищена начення ряду технічних і побутових виробів. Пока- продуктивність установки. Установка призначена зники якості цих покриттів перевищують аналогічні для групової обробки виробів, що розміщуються показники гальванічних покриттів з хрому і нікелю, на карусельному тримачі і послідовно перетина- а також одношарових покриттів з нітридів і карбідів ють потік матеріалу покриття від одного і іншого перехідних металів. Такі покриття уявляють собою магнетронного розпилювача. До недоліків цієї ус- періодичну структуру шарів рівної товщини («10 тановки слід віднести неможливість забезпечення нм). Сумарна товщина покриття з періодичною в повній мірі умов, за яких формуються чіткі грани- наноструктурою не перебільшує 3-5 мкм. Встанов- ці між шарами покриття різного складу. Установка лено, що фізико-механічні властивості таких пок- також не забезпечує можливість нанесення пок- риттів перевершують властивості кожного індиві- риттів на внутрішню поверхню трубчастих виробів. дуального шару і значно покращуються при В основу винаходу, що передбачається, пок- зменшенні періоду структури від десятків до оди- ладено вирішення наступних технічних задач: ниць нанометрів. Для досягнення високої якості 1) підвищення якості шаруватих біметалевих таких покриттів важливою умовою є забезпечення покриттів за рахунок зменшення періоду шарува- чіткого характеру міжшарових границь. Отримання тої структури і покращання чіткості міжшарових широкого діапазону властивостей шаруватих на- границь; норозмірних покриттів може бути забезпечено ва- 2) підвищення продуктивності обробки дета- ріацією товщини і матеріалу шарів. Шаруваті пок- лей з термочутливих матеріалів; риття з періодичною наноструктурою отримують за 3) розширення можливостей по обробці різно- допомогою незбалансованих магнетронних розпи- манітних виробів, включаючи трубчасті вироби із люючих пристроїв, з іонним бомбардуванням кон- внутрішньою робочою поверхнею. денсату, що формується на робочій поверхні ви- У винаході, що заявляється, поставленні за- робу |ІЗ)Ї. Така технологія формування покриття - дачі вирішуються тим, що в іонно-плазмовій уста- іонне асистування - характеризується також більш новці використовуються два магнетронні розпилю- низькою температурою поверхні виробу, що обро- вачі радіального типу, які монтуються в вакуумній блюється. камері співвісно з можливістю регулювання відс-

При визначені рівня техніки аналізувалася ін- тані між ними, причому катоди магнетронних роз- формація щодо плазмових пристроїв для нане- пилювачів виготовлені з різних металів і мають сення покриття магнетронними розпилювачами конічну форму з зустрічною орієнтацією конусних (С23С 14/35), інформація щодо іонно-плазмових вершин, внутрішні магнітні полюси магнетронних пристроїв для нанесення шаруватих покриттів ти- розпилювачів мають протилежну полярність, а пу зирепанісе і інформація стосовно плазмових аноди магнетронних розпилювачів монтуються з пристроїв для реалізації технології покриття з іон- боку менших основ конічних катодів, струмопідво- ним асистуванням. Переважаюча більшість відо- ди до анодів виконано через трубки для подачі мих плазмових пристроїв і промислових вакуумних газу, які змонтовані на осі магнетронних розпилю- плазмових установок призначена для групової вачів, система електричного живлення містить обробки виробів незначних габаритних розмірів. одне джерело живлення магнетронного розряду,

Прикладом можуть бути установки, що описані в що підключене до магнетронних розпилювачів

ІБЇ. В устаткуванні подібного типу групова обробка через комутатор, а карусельний тримач виробів деталей реалізована на обертачах карусельного додатково має змінний діаметр монтажної поверх- типу. Особливостями такої організації процесу ні Її можливість зворотно-поступального перемі- нанесення покриттів є те, що товщина кожного щення відносно вісі обертання. металевого шару покриття пропорційна періоду Суть винаходу, що передбачається, поясню- (або половині періоду) повного обертання оберта- ється кресленнями, де на Фіг.1 приведено конс- ча навколо магнетронних розпилювачів. При цьо- труктивну схему установки для нанесення бімета- му виникають складності забезпечення чіткого левих функціональних і декоративних покриттів з характеру міжшарових границь. періодичною наноструктурою на робочі поверхні

Найближчим за технічною суттю рішенням є різноманітних виробів, включаючи вироби із тер- установка Іб|Ї. Установка включає вакуумну камеру мочутливих матеріалів і внутрішні робочі поверхні із системами вакуумної відкачки, щонайменше два трубчастих виробів. Основою конструкції є робоча прямокутні незбалансовані магнетронні розпилю- циліндрична вакуумна камера (1) з патрубком ва- вачі, що розміщені симетрично і паралельно вісі куумної відкачки (2) і з відповідною вакуумною за- обертання карусельного тримача виробів і мають пірно-регулюючою арматурою. Вакуумна камера містить дві протилежно розташованих кришки, (3) ристання джерел електричного живлення не імпу- на яких монтуються однакові магнетронні розпи- льсного типу. При подачі від джерела зміщення на лювачі радіального типу з конічними катодами (4). оброблювані вироби від'ємного відносно анодів

На одній з торцевих кришок вакуумної камери магнетронних розпилювачів електричного потенці- встановлено карусельний тримач (5) виробів (б), алу (приблизно - 1000 В) в вакуумній камері запа- якій підключено до негативного полюсу джерела люється тліючий розряд. Внаслідок бомбардуван- напруги зміщення (7). Система електричного жив- ня поверхні оброблюваних виробів енергетичними лення магнетронних розпилювачів містить тільки газовими іонами відбувається іонна очистка і по- одне джерело живлення магнетронного розряду передній нагрів виробів перед нанесенням покрит- (8). Джерела живлення магнетронного розряду і тя. При нанесені покриття напругу на тримачі ви- зміщення може бути виконано по стаціонарній або робів знижують до рівня приблизно 100 В. При імпульсній схемі. В разі використання імпульсних виконанні плазмово-хімічного процесу нанесення джерел, передбачається синхронізація імпульсів. покриття в робочу область подають реактивний

До складу джерел обов'язково включається елект- газ. На катоди циліндричних магнетронних розпи- ронна система, що перешкоджає виникненню ду- лювачів почергово подають розрядну напругу. гових розрядів. Джерело живлення розряду підк- Відповідно до тривалості періодів розрядного лючаються до магнетронних розпилювачів через струму формуються дози частинок матеріалу од- комутатор (9), який забезпечує послідовність ро- ного або іншого катодів. Внаслідок цього форму- боти магнетронних розпилювачів з регульованою ються відповідні шари покриття. Формування ша- тривалістю робочих періодів і скважністю. Комута- рів покриття відбувається одночасно на всіх тор забезпечує регулювання часу і режиму роботи виробах, що змонтовано на тримачі. Шари мають джерела напруги зміщення. Відстань між магнет- регульовану товщину і чіткий характер міжшаро- ронними розпилювачами по вісі вакуумної камері і вих границь. Із плазми, що утворюється в області, діаметр циліндричної поверхні карусельного три- де існує замкнене магнітне поле, на поверхню ви- мача виробів можуть регулюватися. робів, витягуються іони аргону з енергіями порядку

Конструкцію магнетронних розпилювачів зро- 100 ев і густиною струму не більше 10 мА/см-, що зуміло з креслення фіг.2. На кресленні магнетроні сприяє формуванню щільної структури покриття з розпилювачі показані в позиції максимального відмінною адгезією до основи при відносно низькій зближення, що відповідає режиму обробки трубча- температурі поверхні, що обробляється. При мак- стого виробу. Катоди магнетронних розпилювачів симальному зближенні магнетронних розпилюва- (1) виготовлено з різних металів (Мо, МБ, 2тг, Ті, Сг, чів виникає можливість нанесення покриття на

Си, АЇ та ін.). Магнітні системи магнетронних роз- внутрішню поверхню трубчастих виробів. Довжина пилювачів містять постійні магніти (2) з матеріалу області нанесення покриття на внутрішню поверх-

Ма-Ре-Ві і магнітні полюси (3, 4) з магнітно м'якої ню визначається можливістю зворотно- сталі. Магнітні полюси, що повернуті один до одно- поступального переміщення трубчастого виробу го, мають протилежну полярність. Завдяки цьому в відносно робочої області формування покриття. області між магнетронними розпилювачами і об- Таким чином, іонно-плазмова установка, що роблюваними виробами утворюється область ма- заявляється в якості передбачуваного винаходу, гнітного поля з замкненими магнітними силовими забезпечує досягнення наступної технічної мети: лініями. Аноди магнетронних розпилювачів (5) 1) підвищення якості шаруватих біметалевих монтуються на торцях магнетронних розпилюва- покриттів за рахунок зменшення періоду шарува- чів. Струмопідводи до анодів виконано через труб- тої структури і покращання чіткості міжшарових ку(и) (7) для підводу газу (або газів) в область де границь; зосереджена плазма. Катоди магнетронів охоло- 2) підвищення продуктивності обробки дета- джуються проточною водою, що підводиться через лей з термочутливих матеріалів; трубопроводи (6). 3) розширення можливостей по обробці різно-

Установка працює наступним чином. На кару- манітних виробів, включаючи трубчасті вироби із сельний тримач (5) (Фіг.1) монтуються оброблю- внутрішньою робочою поверхнею. вані вироби (б) або трубчастий виріб (8) (див. Список використаних джерел:

Фіг.2). Співвідношення діаметра циліндричної по- 1. Вакуумно-дуговье устройства и покрьтия / верхні карусельного тримача виробів - а і відстані А.А. Андреєв, Л.П. Саблев, В.М. Шулаев, С.Н. Гри- між магнетронними розпилювачами - п вибирають горьев. - Харьков.: Изд. ННЦ ХФТИ, 2005. - 238 б. таким чином, щоб максимуми діаграми спрямова- 2. Данилин Б.С. Магнетроннье распьілитель- ності потоків розпиленої магнетронними розпилю- нье системь! / Б.С. Данилин, В.К. Сьрчин. - М.: вачами речовини збігалися (або максимально збі- Радио и связь, 1982. - 83 с. галися) на циліндричній поверхні тримача виробів. З. Кузьмичев А.И. Магнетроннье распьлите-

Вакуумна камера герметизується і відкачується до льнье системь». Кн. 1. Введение в физику и тиску приблизно 103 Па. В вакуумну камеру пода- технику магнетронного распьіления / А.И. Кузьми- ється плазмоутворюючий газ - аргон до тиску 0,1-1 чев. - Киев: Аверс, 2008. - 244 с.

Па. Застосування імпульсних джерела живлення 4. Береснев В.М. Нанокристаллические и на- магнетронних розпилювачів і зміщення для попе- нокомпозитнье покрьїтия, структура, свойства / редньої іонної обробки поверхні і для формування В.М. Береснев, А.Д. Погребняк, Н.А. Азаренков, покриття дозволяє підвищити продуктивність про- В.И. Фареник, Г.В. Кирик // ФИЛ. - 2007. - Т. 5, Мо1- цесу при обробці виробів з термочутливих матері- 2.- 6. 4-27. алів. Подальші операції стосуються випадку вико-

5. Свадковский И.В. Направление развития нНьЬІх покрьїтий с периодической структурой мето- магнетронньїх распьлительньїх систем / И.В. дом магнетронного распьіления / Агабеков Ю.В.,

Свадковский // Белорусский государственньй уни- Сутьірин А.М., Федотов А.В.; заявитель и патенто- верситет информатики и радиозлектроники: До- владелец (е/0)6) НПФ "Злан-Практик". - кладьі! БГУЙР. - 2007. - Ме2 (18). - б. 112-121. 2006121379/02; заявл. 19.06.2006; опубл. 6. Патент на изобретение 2308538 РФ, МПК 20.10.2007, Бюл. Мо29.

С23С 14/35. Установка для нанесения многослой-

ЩО | Що нії 3 1 ній (Пишу;

Й

М, У у Й ше с- У - А

І Фіг. 1

І, Я З й Аргон Ї | Вода ;

Ж СА

Ген Й Метт Й й КОМ В НЯ Н вомео й

ДИ ян жи! Ще дя я

Треее | вони 7 й КМ ше ТЗ Х

ИДИ | ДИНЯ. 8 Енн й

Ен ше й ех ННІ вооанн й й Вода | ; їй Арго ї й 7

Фіг. 2

СО Комп'ютернаверсткаА. Рябко 00000000 Підписне (00000000 ТиражаЗприм, //000С0Сс

Міністерство освіти і науки України

Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601