CZ283407B6 - Způsob a zařízení pro vytváření povlaku na vnitřních stěnách dutých substrátů, zejména trubic - Google Patents
Způsob a zařízení pro vytváření povlaku na vnitřních stěnách dutých substrátů, zejména trubic Download PDFInfo
- Publication number
- CZ283407B6 CZ283407B6 CS903925A CS392590A CZ283407B6 CZ 283407 B6 CZ283407 B6 CZ 283407B6 CS 903925 A CS903925 A CS 903925A CS 392590 A CS392590 A CS 392590A CZ 283407 B6 CZ283407 B6 CZ 283407B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- substrate
- nozzle
- vacuum chamber
- frequency
- hollow
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims description 23
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 2
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 claims description 2
- 239000011364 vaporized material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910018509 Al—N Inorganic materials 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 150000002829 nitrogen Chemical class 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Do dutiny substrátu se zavádějí trubicovou vysokofrekvenční elektrodou, opatřenou tryskovou částí s tryskou, reaktivní plyny, jež se tryskou aktivují a ve vytvořeném plazmatu uvnitř dutiny substrátu reagují s rozprášenými a/nebo odpařenými částicemi materiálu zakončovací tryskové části elektrody. Zařízení je vytvořeno z vakuové komory (1) s čerpacím systémem (2), ze zdroje (3) vysokofrekvenčního výkonu a ze zásobníku plynné pracovní směsi (10). Dutý substrát (6) je ve vakuové komoře upevněn na držáku (7) zvenčí ovládaném při axiálním posuvném nebo rotačním pohybu souose s trubicovou vysokofrekvenční elektrodou (8), která je na jednom konci ústím spojena se zásobníkem plynné pracovní směsi (10) a zároveň připojena ke zdroji (3) vysokofrekvenční energie. Na opačném konci je opatřena zakončovací tryskovou částí (9) s tryskou (11) z materiálu, který se rozprašuje a/nebo odpařuje. Zakončovací trysková část (9) je umístěna v ose dutiny substrátu (6). V této oblasti je vněŕ
Description
Způsob a zařízení pro vytváření povlaku na vnitřních stěnách dutých substrátů, zejména trubic
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu a zařízení pro vytváření povlaku na vnitřním povrchu stěn dutých substrátů, zejména trubic, reaktivním rozprašováním a/nebo reaktivním odpařováním.
Dosavadní stav techniky
Možnosti vytvoření povlaku na vnitřních stěnách dlouhých dutých substrátů, například trubic, jsou v případě plazmoreaktivních metod omezeny materiálem těles i jejich vnitřními rozměry. Vytvoření chemicky aktivního plazmatu uvnitř dutin vyžaduje bud’ generování plazmatu z vnějšího povrchu tělesa, nebo uvnitř. V prvním případě je obvykle zapotřebí, aby stěna tělesa byla dielektrická, aby přes ni mohlo procházet generující elektromagnetické pole. Ve druhém případě je omezení dáno vnitřními rozměry předmětu vzhledem k rozměrům vlastního generujícího elementu. Aby bylo možno plazma v dutině vůbec vytvořit, musí být rovněž splněna fyzikální podmínka, aby Debyeova délka pro elektrony XDe byla alespoň cca lOx menší nežli nejmenší rozměr dutiny LmLn:
XDe = 69 (Te/Ne)l/2 « 10 Lmin kde Te je elektronová teplota aNe je jejich hustota v plazmatu. Tuto podmínku je možno pro malé rozměry Lm,n řádu 1 mm splnit zpravidla pouze pro vyšší tlaky plynu v dutině, řádu > 100 Pa. Obecně platí, že generace a udržení plazmatu v malých dutinách a úzkých trubicích, zejména kovových, je poměrně složitý problém.
Podle patentového spisu DOS 2 803 331 zr. 1978 je například chráněno zařízení, pracující se stejnosměrně generovaným výbojem v dutině elektrody, zavedené do tělesa, kde jednou elektrodou je stěna tělesa, druhou dutá elektroda a pracovní plyn se napouští dutou elektrodou přímo do dutiny tělesa. Zařízení je určeno pro iontovou nitridaci. Nevýhodou podobného uspořádá ní je, že jakýkoli nevodivý povlak na povrchu dutiny nebo elektrody, který by vznikl při plazmoreaktivním procesu, zamezí průchod stejnosměrného proudu a výboj zhasne.
Podle čs. vynálezu AO 246 982, přihláška SRN číslo DE 3620214 AI, je možno chemicky aktivní prostředí vytvořit v plazmatu pomocí trysky, přivádějící aktivovatelný reaktivní pracovní plyn nebo plynnou směs. Vytvořené chemicky aktivní prostředí v ose trysky může být použito pro různé plazmochemické reakce, například pro tvorbu povlaku. Uvedený systém v případě dostatečně úzké elektrody s tryskou umožňuje povlakovat i vnitřní plochy dlouhých substrátů a trubic, ovšem pro některé typy povlaku se může z vlastní plynné pracovní směsi tvořit povlak i na vnitřních stěnách samotné trysky. Tento jev omezuje reprodukovatelnost procesu a neumožňuje dlouhý provoz trysky vlivem jejího zanesení.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky buď zcela nebo do značné míry odstraňuje způsob a zařízení pro vytváření povlaku na vnitřních stěnách dutých substrátů, zejména trubic, reaktivním rozprašováním a/nebo reaktivním odpařováním při aktivaci reaktivních plynů pomocí trysky podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se reaktivní plyny přivádějí do dutiny substrátu axiálně zavedenou trubicovou vysokofrekvenční elektrodou se zakončovací tryskovou částí, zhotovenou z materiálu, jehož částice se rozprašují a/nebo odpařují. V trysce zakončovací tryskové části se reaktivní
- 1 CZ 283407 B6 plyny aktivují ave vytvořeném plazmatu reagují sčásticemi rozprášeného a/nebo odpařeného materiálu ze zakončovací tryskové části trubicové vysokofrekvenční elektrody. Produkt této reakce se ukládá ve formě povlaku na vnitřní stěně substrátu. Reaktivní rozprašování je možno urychlit axiálním magnetickým polem, vytvořeným v oblasti zakončovací tryskové části 5 trubicové vysokofrekvenční elektrody.
Podstata zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu, vytvořeného z vakuové komory, spojené s čerpacím systémem, a dále ze zdroje vysokofrekvenčního výkonu spolu s obvodem pro impedanční přizpůsobení a z trubicové vysokofrekvenční elektrody, spočívá vtom, že do 10 vakuové komory je zavedena trubicová vysokofrekvenční elektroda, opatřená zakončovací tryskovou částí, zhotovenou z materiálu, jehož částice se rozprašují a/nebo odpařují.
Zakončovací trysková část je opatřena alespoň jednou tryskou aje umístěna uvnitř dutiny substrátu v její ose, přičemž substrát je upevněn v držáku. Opačný konec trubicové vysoko15 frekvenční elektrody je napojen na zásobník plynné pracovní směsi a přes obvod pro impedanční přizpůsobení je připojen ke zdroji vysokofrekvenčního výkonu. Držák substrátu je uložen ve stěně vakuové komory osově posuvně v celém rozsahu délky substrátu aje otočný v obou směrech kolem osy substrátu. V oblasti zakončovací tryskové části je k vakuové komoře upevněn osově symetrický systém trvalých magnetů nebo elektromagnetů.
Způsob a zařízení podle vynálezu umožňují vytvoření povlaku i v poměrně úzkých dutinách a trubicích o malé světlosti, tj. o rozměrech menších nežli 1 cm. Navíc je možné povlak vytvářet také na vnitřním povrchu stěn vodivých trubic, protože vznik tryskového výboje není vázán na přívod energie přes dielektrické stěny trubice, ale pouze použitím vlastní trubicové vysoko25 frekvenční elektrody, umožňující zapálení tryskového výboje. Další výhodou způsobu a zařízení podle vynálezu je možnost modifikací chemického složení vytvářeného povlaku, a to jak změnou materiálu tryskové zakončovací části, která se odpařuje a/nebo odprašuje, tak také složením přiváděné plynné pracovní směsi. Je možno například vytvářet různé deponované povlaky jako například povlak na bázi Ti-Al-N, kde titan je rozprášen a/nebo odpařen z tryskové zakončovací 30 části a hliník je přiváděn ve formě par chloridu hlinitého společně s dusíkem nebo čpavkem.
Způsob a zařízení dle vynálezu umožňují dosahovat poměrně vysoké rychlosti depozice povlaku, obvykle nad 1000 nm.min'1, jelikož umožňují depozici povlaku v bezprostřední blízkosti zdroje částic a zrychlení plazmochemických reakcí v důsledku aktivace reaktivních plynů v trysce.
Přehled obrázků na výkresech
Na výkrese je schematicky znázorněn příklad konkrétního provedení zařízení podle vynálezu.
Příklady provedení vynálezu
Ve vakuové komoře JL, připojené ve spodní části na čerpací systém 2, je na držáku 7 upevněn dutý substrát 6, například trubice. V horní stěně vakuové komory 1 je upevněna trubicová 45 vysokofrekvenční elektroda 8, jejíž horní konec je napojen na zásobník plynné pracovní směsi 10 a přes obvod 4 pro impedanční přizpůsobení je připojen ke zdroji 3 vysokofrekvenčního výkonu. Spodní konec elektrody 8 je opatřen zakončovací tryskovou částí 9 s tryskou 11 aje umístěn uvnitř dutiny substrátu 6 a v její ose. V oblasti zakončovací tryskové části 9, vně substrátu, je ve vakuové komoře 1 umístěn osově symetrický systém 5 trvalých magnetů. Držák 7 je upevněn ve 50 stěně vakuové komory 1 osově posuvně v celém rozsahu délky substrátu a otočně v obou směrech kolem osy substrátu 6.
Funkce zařízení je následující: plynná pracovní směs 10 se napouští ze zásobníku do vakuové komory 1 trubicovou vysokofrekvenční elektrodou 8. V trysce 11 se vytvoří výboj 12, kterým se
-2CZ 283407 B6 aktivuje reaktivní plyn 13 z plynné pracovní směsi 10 a dochází k odpařování a/nebo rozprašování částic materiálu zakončovací tryskové části 9 trubicové vysokofrekvenční elektrody 8. Výboj 12 je zároveň vyfoukáván přiváděnou plynnou pracovní směsí 10 vně trysky 11. Aktivovaný reaktivní plyn 13 reaguje a tvoří s částicemi odpařeného a/nebo rozprášeného materiálu zakončovací tryskové části 9 reaktivní směs 15 ve styku s vnitřním povrchem 16 substrátu 6. Povlak 17, vytvořený na vnitřním povrchu 16 substrátu 6, má složení, odpovídající složení reaktivní směsi 1.5. Vytvořeným magnetickým polem je dosaženo magnetronové uspořádání pro vysokofrekvenční rozprašování materiálu.
Příklad
Zakončovací trysková část 9 trubicové vysokofrekvenční elektrody 8 byla vyrobena z titanu. Plynnou pracovní směs tvořil dusík nebo čpavek. Po zavedení vysokofrekvenčního výkonu při kmitočtu 13,56 MHz ze zdroje 3 přes obvod 4 pro impedanční přizpůsobení na trubicovou vysokofrekvenční elektrodu 8 se v trysce 11 vytvořil výboj 12, v němž došlo k aktivaci dusíku. Zároveň došlo k odpařování částic titanu z povrchu zakončovací tryskové části 9. Aktivovaný dusík reagoval s částicemi titanu a vytvořil reaktivní směs 15, která ve styku s vnitřním povrchem 16 substrátu 6 vytvořila povlak nitridu titanu. Poměr nitridu k titanu byl ovlivnitelný vysokofrekvenčním výkonem, průtokem dusíku a geometrií trubicové vysoko frekvenční elektrody 8. Vytvoření povlaku po celé délce substrátu 6 bylo zajištěno rovnoměrným posuvným i rotačním pohybem držáku 7 substrátu 6.
Dutá tělesa, zejména trubice, povlakované způsobem a zařízením podle vynálezu, jsou použitelné v řadě průmyslových oborů, například ve strojírenství, elektrotechnice, hutnictví, energetice, v chemickém průmyslu apod.
Claims (5)
1. Způsob vytváření povlaku na vnitřních stěnách dutých substrátů, zejména trubic, reaktivním rozprašováním a/nebo reaktivním odpařováním při aktivaci reaktivních plynů pomocí trysky, vyznačený tím, že reaktivní plyny se přivádějí do dutiny substrátu axiálně zavedenou trubicovou vysokofrekvenční elektrodou se zakončovací tryskovou částí, zhotovenou z materiálu, jehož částice se rozprašují a/nebo odpařují, a obsahující alespoň jednu trysku, ve které se reaktivní plyny aktivují ave vytvořeném plazmatu aktivované reaktivní plyny, vystupující z trysky, reagují s částicemi rozprášeného a/nebo odpařeného materiálu ze zakončovací tryskové části trubicové vysokofrekvenční elektrody, přičemž produkt této reakce se ukládá ve formě povlaku na vnitřní stěně dutého substrátu.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že v oblasti zakončovací tryskové části se vytvoří axiální magnetické pole.
3. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, sestávající z vakuové komory, spojené s čerpacím systémem, z trubicové vysokofrekvenční elektrody a ze zdroje vysokofrekvenčního výkonu spolu s obvodem pro impedanční přizpůsobení, vyznačené tím, že do vakuové komory (1) je zavedena trubicová vysokofrekvenční elektroda (8), opatřená zakončovací tryskovou částí (9), zhotovenou z materiálu, jehož odpařené nebo rozprášené částice reagují s reaktivním plynem, a opatřenou alespoň jednou tryskou (11), umístěnou uvnitř dutiny substrátu (6) a v její ose, přičemž substrát je upevněn v držáku (7), a opačný konec trubicové
CL 283407 B6 vysokofrekvenční elektrody (8) je napojen na zásobník plynné pracovní směsi (10) a přes obvod (4) pro impedanční přizpůsobení je připojen ke zdroji (3) vysokofrekvenčního výkonu.
4. Zařízení podle nároku 3, vyznačené tím, že držák (7) substrátu (6) je upevněn 5 ve stěně vakuové komory (1) osově posuvně v celém rozsahu délky substrátu a otočně v obou směrech kolem osy substrátu (6).
5. Zařízení podle nároků 3a 4, vyznačené tím, že v oblasti zakončovací tryskové části (9) je k vakuové komoře (1) upevněn osově symetrický systém (5) trvalých magnetů nebo ío elektromagnetů.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS903925A CZ283407B6 (cs) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | Způsob a zařízení pro vytváření povlaku na vnitřních stěnách dutých substrátů, zejména trubic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS903925A CZ283407B6 (cs) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | Způsob a zařízení pro vytváření povlaku na vnitřních stěnách dutých substrátů, zejména trubic |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS392590A3 CS392590A3 (en) | 1992-02-19 |
| CZ283407B6 true CZ283407B6 (cs) | 1998-04-15 |
Family
ID=5380730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS903925A CZ283407B6 (cs) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | Způsob a zařízení pro vytváření povlaku na vnitřních stěnách dutých substrátů, zejména trubic |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ283407B6 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019210891A1 (en) | 2018-05-02 | 2019-11-07 | Fyzikalni Ustav Av Cr, V.V.I. | Method of low-temperature plasma generation, method of an electrically conductive or ferromagnetic tube coating using pulsed plasma and corresponding devices |
-
1990
- 1990-08-09 CZ CS903925A patent/CZ283407B6/cs not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019210891A1 (en) | 2018-05-02 | 2019-11-07 | Fyzikalni Ustav Av Cr, V.V.I. | Method of low-temperature plasma generation, method of an electrically conductive or ferromagnetic tube coating using pulsed plasma and corresponding devices |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS392590A3 (en) | 1992-02-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6800336B1 (en) | Method and device for plasma coating surfaces | |
| EP1077021B1 (en) | The method of making a physically and chemically active environment by means of a plasma jet and the related plasma jet | |
| US5120567A (en) | Low frequency plasma spray method in which a stable plasma is created by operating a spray gun at less than 1 mhz in a mixture of argon and helium gas | |
| US5225656A (en) | Injection tube for powder melting apparatus | |
| US4050408A (en) | Apparatus for depositing thin layers of materials by reactive spraying in a high-frequency inductive plasma | |
| US5562841A (en) | Methods and apparatus for treating a work surface | |
| JP2003514994A (ja) | 基板上に前駆物質を析出させるための装置 | |
| EP0064288A1 (en) | Method and apparatus for the production and utilization of activated molecular beams | |
| JPH05263223A (ja) | 内側部を有する被コーティング体のコーティング方法及び装置 | |
| JP2004517729A (ja) | プラズマ装置および機能層を生成する方法 | |
| CZ283407B6 (cs) | Způsob a zařízení pro vytváření povlaku na vnitřních stěnách dutých substrátů, zejména trubic | |
| Vasiliev et al. | Beam plasmas: Materials production | |
| US4877640A (en) | Method of oxide removal from metallic powder | |
| US20250092505A1 (en) | Apparatus and method for coating the inner surface of a hollow article | |
| US5380415A (en) | Vacuum vapor deposition | |
| CN1223241C (zh) | 常压射频冷等离子体系统及其喷枪 | |
| JP4041878B2 (ja) | マイクロプラズマｃｖｄ装置 | |
| HU188635B (en) | Apparatus for reactive application of layer with plasmatrone | |
| CS246982B1 (en) | Method and apparatus for producing chemically active environment for plasma chemical reactions namely for deposition of thin layers | |
| JP2006299335A (ja) | 成膜方法及びその方法に使用する成膜装置並びに気化装置 | |
| JP3152548B2 (ja) | 高周波誘導プラズマ成膜装置 | |
| JP4774510B2 (ja) | プラズマ蒸着装置 | |
| JP4019457B2 (ja) | アーク式蒸発源 | |
| RU31382U1 (ru) | Устройство для формирования покрытия на внутренней поверхности изделия | |
| EP4401110A1 (en) | Plasma coating method and apparatus for small components |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| IF00 | In force as of 2000-06-30 in czech republic | ||
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20030809 |