Разработка системы ионной очистки поверхности изделия - Нанесение антидеструкционных покрытий на топливные и кислородные баки космических аппаратов
Существенное влияние на качество формируемых покрытий, их адгезию к основе оказывает состояние поверхности образцов. Как правило, на поверхности образцов существует слой загрязнений, который ухудшает адгезию покрытия. Технологический цикл нанесения покрытий включает в себя этап чистки поверхности образцов.
Существует несколько методов очистки поверхности - метод термической десорбции, ионная очистка различных разновидностей, метод очистки с использованием каталитических реакций, метод скола в вакууме.
Каждый из этих методов имеет свои достоинства, недостатки и области применения. В установках для магнетронного нанесения покрытий наибольшее распространение получил метод ионной очистки поверхности.
Физическая сущность процесса ионной очистки заключается в бомбардировке поверхности подложки низкоэнергетичными ионами рабочего газа (чаще всего аргона).
Основными параметрами, определяющими характер процесса взаимодействия ионного пучка с поверхностью, являются параметры пучка (плазменной системы) - плотность ионного тока и энергия ионов, а также время процесса.
Процесс взаимодействия ионов с поверхностью сводится к протеканию взаимосвязанных физических процессов: конденсации, внедрения и распыления. Преобладание того или иного физического процесса зависит, в первую очередь, от энергии падающих ионов.
При низких энергиях ионов преобладает конденсация падающих ионов на поверхности, образование и рост пленки ионов используемого газа на бомбардируемой поверхности. При высоких энергиях преобладает интенсивное распыление атомов с поверхности, в результате чего толщина пленки уменьшается. При некотором значении энергии граница поверхности остается неподвижной и преобладающим является процесс внедрения ионов в приповерхностный слой.
Воздействие ионной бомбардировки на поверхность подложки вызывает возникновение дефектов в структуре материала. В процессах ионной очистки важно избежать возникновения дефектов, поэтому время ионной очистки должно быть ограничено, чтобы не вызвать значительной аморфизации структуры материала подложки.
Одним из способов сократить время ионного воздействия на поверхность, является применение реактивной ионной очистки, в ходе которой совместно с процессом ионной бомбардировки, на поверхности подложки происходит химическая реакция с образованием летучих соединений.
Удаление обрабатываемого материала происходит в результате его распыления ускоренными ионами и образования легколетучих соединений при взаимодействии с химически активными частицами плазмы.
При этом физическое распыление интенсифицирует химические реакции, а химические реакции, ослабляя межатомные связи на обрабатываемой поверхности, увеличивают скорость распыления.
Выбор реактивного газа определяется материалом подложки, на которую в дальнейшем будет наноситься покрытие.
Как уже было сказано, в установке вакуумной металлизации после модернизации предполагается нанесение покрытий на внешнюю силовую оболочку кислородных баков для космических аппаратов. Внешняя оболочка такого бака выполнена из углепластика.
Рис. 20. Фрагмент изделия из углепластика
Углепластик - это полимерный композиционный материал, состоящий из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (например, эпоксидных) смол.
В качестве реактивного газа для травления углерода обычно применяется кислород.
В плазме химически активные частицы образуются в результате взаимодействия молекул газа с ускоренными электронами, которые, в отличие от тяжелых частиц, обладают существенно большими энергиями.
При взаимодействии атомов кислорода с электронами образуются ионы кислорода и атомарный кислород.
О2 + e > О + О-
Присутствие в плазме кислорода вызывает повышенную скорость травления углерода за счет его оксидирования до СО или СО2 В соответствии со следующими химическими реакциями.
3С + О2 = 2СО
С + О2 = СО2
Атомарный кислород также очищает поверхность от органических загрязнений.
Для уменьшения радиационных дефектов обрабатываемых образцов процессы травления проводят в режимах, обеспечивающих превышение скорости удаления слоев за счет химических реакций над скоростями распространения дефектов, образующихся вследствие ионной бомбардировки.
Ионная очистка позволяет получить чистую поверхность и значительно повысить адгезию наносимой пленки к подложке.
В установке УВМ-1200 установлен источник ионов типа "Обнинск" (изготовитель - ООО "Ионима-Рус").
Ионный источник генерирует и испускает пучок ионов в форме цилиндра овального сечения со слабым расхождением к конической форме.
Рис.21. Устройство ионного источника типа "Обнинск".
1 - анод; 2, 3 - катодные пластины; 4 - магнитный блок; 5 - водоохлаждаемые стенки; 6 - магнитопровод; 7 - охранный экран; 8 - изолятор; 9 - платформа; 10 - платформа; 11 - штуцер; 12 - винт.
Устройство ионного источника состоит из анода 1, расположенного напротив выпускной щели, образуемой катодными пластинами 2, 3, закрепленными на магнитном блоке 4 и водоохлаждаемых стенках 5 с помощью магнитопроводов 6. Роль катода выполняет корпус ионного источника. Анод окружен охранным экраном 7, закрепленным через изоляторы 8 на платформе 9.
Рабочий газ подается внутрь корпуса ионного источника через штуцер 11 в газораспределительную систему, находящуюся снизу платформы 10. Юстировка ускоряющего промежутка (расстояния от анода до катодных пластин) может осуществляться с помощью винтов 12.
Анод изолирован от корпуса (катода) с помощью изоляторов. Сопротивление изоляции между анодом и корпусом должно быть не менее 1МОм.
Ориентация намагниченности постоянных магнитов, расположенных внутри магнитного блока, одинакова.
Принцип действия ионного источника заключается в отборе ионов из разряда, возбуждаемого между анодом и катодными пластинами в скрещенных электрическом и магнитном полях. Ионы ускоряются в промежутке между анодом и катодными пластинами и испускаются в направлении обрабатываемого изделия.
Подвод газа осуществляется через гибкие полимерные шланги Dy = 4 мм, присоединенные к штуцерам ионного источника.
Подача воды в анод осуществляется через медные трубки Dy = 10 мм, которые одновременно являются токоподводами высокого напряжения.
Для питания источника ионов используется блок питания "ИВЭ-345-02" (изготовитель - ЗАО "Плазматех").
Похожие статьи
-
Термин "физическое газофазное осаждение" описывает два основных способа нанесения покрытий: испарение и распыление. Первоначально метод ФГО применялся...
-
Вакуумные ионно-плазменные методы нанесения покрытий В настоящее время существует множество различных способов нанесения покрытий. Наиболее...
-
Для получения тонких пленок и покрытий сложного состава с использованием простых исходных веществ применяются технологии распыления в среде реакционных...
-
Нанесение покрытий с повышенной твердостью и износоустойчивостью на плоские подложки, а также на другие изделия (сверла, хирургический инструмент и т....
-
Дальнейшее развитие МРС связано с переходом к системам с плоскими и коническими катодами. Первые попытки получить МРС с плоским катодом были предприняты...
-
Цель работы - разработка оборудования для нанесения равномерных антидеструкционных покрытий на подложки большой площади (топливные и кислородные баки...
-
Одним из основных параметров получаемой пленки является равномерность ее толщины по площади подложки. Поэтому для повышения равномерности пленки...
-
Имевшаяся в установке откачная система, состоящая из двух частей - высоковакуумной и форвакуумной - обеспечивала в рабочей камере остаточное давление...
-
Как уже было сказано выше, дуальная магнетронная система представляет собой совокупность двух планарных магнетронов и системы питания магнетронов....
-
Общие сведения об установке вакуумной металлизации типа УВМ-1200 Установка вакуумной металлизации УВМ-1200 разработана в 1970 г. в Научно -...
-
Цилиндрические коаксиальные магнетронные системы Первоначально для распыления различных материалов в основном использовались цилиндрические коаксиальные...
-
Проведение технологического процесса нанесения антидеструкционного покрытия предполагает поступление в вакуумную камеру рабочего и реактивного газов....
-
Часто для получения пленок высокой чистоты, без примеси газа, равномерного запыления глубоких канавок и отверстий с субмикронными размерами, необходимо...
-
Описанные выше МРС с несбалансированными магнетронами имеют одну мишень, что приводит к пространственной неоднородности потока распыленного материала....
-
Согласно международной классификации поврежденные трубопроводы подвергаются восстановлению путем нанесения на внутреннюю поверхность стенки трубопровода:...
-
Взаимодействие струи окислителя с расплавами представляет собой первичное и определяющее звено в сложном комплексе взаимосвязанных явлений, протекающих в...
-
Основными признаками загрязнения топливной системы являются: - Затрудненный запуск двигателя; - Неустойчивая работа двигателя на холостом ходу и...
-
Исходя из всего выше сказанного можно заявить о необходимости разработки методики расчета рациональной конструкции наконечника многосопловой кислородной...
-
Установки плазменного нанесения покрытий - Электротехнологические плазменные установки
Нанесение коррозионно-стойких, жаропрочных и других защитных покрытий осуществляется методами напыления и наплавки. При напылении плазмой частицы...
-
Введение. - Разработка маршрута обработки поверхности деталей
Точность деталей машин характеризуется отклонением действительных размеров элементов детали от заданных (погрешности размеров), отклонениями формы...
-
СВОЙСТВА И НЕДОСТАТКИ ДЫМА - Разработка аппарата холодного копчения
Дым - типичный аэрозоль, образующийся в результате частичной конденсации газообразных продуктов термического разложения различного древесного материала....
-
Краткие сведения об источниках и системах водоснабжения, очистке воды - Инженерные сети
Системы питьевого водоснабжения должны обеспечивать водопотребление на: -- питьевые и хозяйственные нужды населения (в жилых зданиях, на общественных...
-
Рис. 2. Последовательность стадий роста пленки Образование покрытия начинается с возникновения зародышей. На первом этапе происходит столкновение атомов...
-
Электролитическое хромирование. - Гальванические покрытия
Хромирование подразделяют на коррозионностойкое, износоустойчивое, пористое и декоративное. Различают три группы деталей, наращиваемых хромом,...
-
Введение - Применение ионного микроскопа
Ионный микроскоп - микроскоп, в котором для получения изображения применяется создаваемый источником пучок ионов. По принципу действия ионный микроскоп...
-
В триботехнике используют следующие основные определения: Изнашивание -- процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или)...
-
При выполнении курсового проекта была подобрана группа деталей, а также выполнен технологический чертеж комплексной детали. Дана характеристика материала...
-
Термином "золь-гель технология" обозначают технологию получения технически ценных неорганических и органо-неорганических материалов (катализаторы,...
-
Классификация и виды радиопоглощающих материалов Радиопоглощающий материал - материал, обеспечивающий снижение уровня отражения электромагнитной волны...
-
НИТРИФИКАЦИЯ, ДЕНИТРИФИКАЦИЯ - Технологии очистки сточных вод
Процесс нитрификации состоит из двух стадий: Для реализации процесса нитрификации в ходе очистки сточных вод необходимо обеспечить требуемые: - время...
-
После заливки формы отливка охлаждается и затвердевает. Полностью затвердевшая отливка должна определенное время охлаждаться с формой, так как прочность...
-
Припуск - слой материала, удаляемый с поверхности заготовки в целях достижения заданных свойств обрабатываемой поверхности детали. Припуск на обработку...
-
В дополнение к количественным параметрам в некоторых случаях целесообразно нормировать направление неровностей, например в связи с направлением...
-
Нанесение металлических покрытий, Никелирование - Технологические советы
Химическое покрытие одних металлов другими подкупает простотой технологического процесса. Действительно, если, например, необходимо химически...
-
Одна из основных тенденций современной микроэлектроники - увеличение степени интеграции, объединение на одном кристалле или в одном корпусе максимального...
-
Термоэлектрические пластины (рис.1.6) используют эффект Пельтье (обратный эффект термопары, заключающийся в том, что при протекании тока через два...
-
Теплопроводящая трубка представляет собой полую медную трубку, которая в вакуумной среде заполняется жидкостью и запаивается с обеих сторон. Эта жидкость...
-
Керамико-полимерные материалы на стеклотканевой или полиимидной основах применяются для изолирования посадочных поверхностей полупроводниковых приборов...
-
ВВЕДЕНИЕ - Разработка аппарата холодного копчения
Копчение -- процесс обработки пищевых продуктов дымовоздушной смесью с целью достижения бактериального и антиокислительного эффектов. При этом их...
-
Сорбент трубопровод нефтепродукт задвижка Проведенный анализ видов и способов очистки водной поверхности, который включает термический, химический,...
Разработка системы ионной очистки поверхности изделия - Нанесение антидеструкционных покрытий на топливные и кислородные баки космических аппаратов