RU1828142C - Method and apparatus for applying complex-composition vacuum coatings - Google Patents
Method and apparatus for applying complex-composition vacuum coatings Download PDFInfo
- Publication number
- RU1828142C RU1828142C SU4916093A RU1828142C RU 1828142 C RU1828142 C RU 1828142C SU 4916093 A SU4916093 A SU 4916093A RU 1828142 C RU1828142 C RU 1828142C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- control unit
- coating
- substrate
- power source
- pulses
- Prior art date
Links
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вакуумно-плазменной технологии, а именно к способам нанесения покрытий сложного состава с помощью ионно-плазменных устройств, например, магнетронных распылителей. The invention relates to vacuum-plasma technology, and in particular to methods for coating complex compositions using ion-plasma devices, for example, magnetron sprays.
Целью изобретения является повышение качества покрытия и расширение технологических возможностей. The aim of the invention is to improve the quality of the coating and the expansion of technological capabilities.
Это достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что поочередно распыляют мономатериал из различных катодов-мишеней, причем его количество регулируют длительностью импульсов, которые подают на катод-мишень, после каждого нанесения мономатериала периодически проводят его ионную очистку путем формирования отрицательных импульсов, амплитуду которых регулируют, и подают их на подложку для повышения адгезионной способности покрытия. This is achieved by the fact that in the known method, which consists in alternately spraying the monomaterial from different target cathodes, and its number being controlled by the duration of the pulses that are fed to the target cathode, after each deposition of the monomaterial it is periodically ionized by generating negative pulses , the amplitude of which is regulated, and fed to the substrate to increase the adhesion ability of the coating.
Предлагаемый способ реализован в устройстве для нанесения вакуумных покрытий сложного состава, содержащем не менее двух распылителей, аноды которых подключены к положительному полюсу источника питания, а катоды-мишени через соответствующие ключевые элементы, соединенные с блоком управления, к отрицательному полюсу источника, и подложку, в котором дополнительно введен источник питания, отрицательный полюс которого через дополнительные ключевые элементы, подключенные к блоку управления, соединен с подложкой, а положительный полюс источника питания подключен к анодам распылителей; при этом блок управления содержит задатчик, последовательно соединенный с соответствующим числу распылителей каналов управления, каждый из которых состоит из двух пар формирователей пауз и импульсов, соединенных последовательно между собой, причем выход предыдущего канала соединен с входом последующего, а выход последнего подключен к входу задатчика. The proposed method is implemented in a device for applying vacuum coatings of complex composition containing at least two sprays, the anodes of which are connected to the positive pole of the power source, and the target cathodes through the corresponding key elements connected to the control unit, to the negative pole of the source, and the substrate, in which additionally introduces a power source, the negative pole of which is connected to the substrate through additional key elements connected to the control unit, and the positive pole is chnika supply is connected to the anodes of sprays; wherein the control unit comprises a master, connected in series with the corresponding number of control channel sprays, each of which consists of two pairs of pause formers and pulses, connected in series with each other, the output of the previous channel being connected to the input of the subsequent one, and the output of the latter connected to the input of the master.
Сущность способа заключается в следующем. В процессе формирования покрытия после каждого импульса нанесения мономатериала проводят его ионную очистку путем подачи на подложку отрицательного импульса от дополнительного источника питания. Таким образом производится "снятие" с поверхности атомов с низкой адгезией (как нанесенного мономатериала, так и посторонних загрязняющих), что обеспечивает более высокую чистоту покрытия по составу и лучшие характеристики по сцеплению с подложкой. Последнее достигается за счет регулирования как амплитуды импульсов ионной очистки (энергии ионного пучка), так и за счет их длительности (регулирование по массе снимаемого материала). Весь процесс представляется как непрерывная цепочка чередования импульсов нанесения и ионной очистки. The essence of the method is as follows. In the process of coating formation, after each impulse of applying the monomaterial, it is ionically cleaned by applying a negative pulse from an additional power source to the substrate. Thus, atoms with low adhesion (both deposited monomaterial and extraneous contaminants) are “removed” from the surface, which ensures a higher coating purity in composition and better adhesion to the substrate. The latter is achieved by regulating both the amplitude of the ion cleaning pulses (ion beam energy) and their duration (controlling the mass of the material being removed). The whole process is presented as a continuous chain of alternating pulses of deposition and ion cleaning.
Сущность устройства для реализации предлагаемого способа состоит в том, что производят поочередное распыление мономатериала из катода-мишени и последующую его ионную очистку с помощью переключения ключевыми элементами распылителя и подложки к дополнительному источнику питания и в противоположной полярности. По завершении указанного цикла для первого распылителя происходит аналогичный для всех последующих распылителей. The essence of the device for implementing the proposed method lies in the fact that alternately sputtering the monomaterial from the target cathode and its subsequent ion cleaning by switching key elements of the atomizer and substrate to an additional power source and in the opposite polarity. At the end of the cycle for the first sprayer, the same for all subsequent sprayers occurs.
Количество нанесенного мономатериала пропорционально току магнетронного распылителя Ip и длительности импульса tp времени распыления: Gн К * Ip * tp, где К постоянная, зависящая от физико-механических характеристик распыляемого материала, геометрии катода-мишени. Регулируя величины тока Ip и времени нанесения tp, можно достаточно тонко изменять массу наносимого мономатериала по толщине покрытия.The amount of deposited monomaterial is proportional to the current of the magnetron atomizer I p and the pulse duration t p of the atomization time: G n K * I p * t p , where K is a constant depending on the physicomechanical characteristics of the sprayed material and the geometry of the target cathode. By adjusting the magnitude of the current I p and the application time t p , it is possible to subtly change the mass of the applied monomaterial over the thickness of the coating.
Вместе с тем количество снимаемого материала в процессе ионной очистки поверхности также может быть определено зависимостью Gs K1 * Us* ts, где К1 константа, Us напряжение импульса ионной очистки (пропорциональное энергии ионного пучка), ts длительность импульса ионной очистки. Регулируя параметры Us и ts, можно добиться тонкой очистки поверхности и высокой адгезионной способности наносимого мономатериала и всего покрытия. Точность дозировки ингредиентов в покрытии увеличивается при уменьшении мгновенных времен импульсов нанесения и ионной очистки.At the same time, the amount of material removed during the ion surface cleaning can also be determined by the dependence G s K 1 * U s * t s , where K 1 is constant, U s is the voltage of the ion cleaning pulse (proportional to the energy of the ion beam), t s is the ion pulse duration cleaning up. By adjusting the parameters U s and t s , it is possible to achieve fine surface cleaning and high adhesive ability of the applied monomaterial and the entire coating. The accuracy of the dosage of ingredients in the coating increases with decreasing instantaneous pulses of deposition and ion cleaning.
На фиг.1 приведена схема, поясняющая суть устройства для нанесения покрытия сложного состава. Figure 1 shows a diagram explaining the essence of the device for coating a complex composition.
Несколько распылителей, например, два, которые включают катод-мишень 1 и анод 2, причем КМ выполнены из разных материалов и предназначены для распыления на подложку 3 сложного покрытия, изменяющегося состава по толщине, что требует регулирование потока мономатериала из каждого КМ в процессе нанесения. Источник питания 4 через ключевые элементы 5 питает импульсно-периодическим напряжением распылители. Все ключевые элементы запускаются блоком управления 6. Вместе с тем, за счет дополнительного источникам питания 7, соединенного через дополнительные ключевые элементы 8 с подложкой 3 (также управляемых блоком 6), обеспечивается ионная очистка каждого нанесенного мономатериала (монослоя). Импульсы тока нанесения мономатериала на подложку из КМ чередуются с импульсами его ионной очистки, электрическая развязка достигается использованием двух однополярных источников питания и формированием пауз между импульсами нанесения и ионной очистки. Последовательность режимов и количественные характеристики задаются блоком управления 6. В каждом канале управления происходит поочередное отпирание КЭ "нанесение" и "ионная очистка". Several sprays, for example, two, which include the target cathode 1 and the anode 2, the CMs are made of different materials and are intended for spraying onto the substrate 3 a complex coating of varying composition in thickness, which requires regulation of the flow of monomaterial from each CM during application. The power source 4 through the key elements 5 supplies pulse-periodic voltage to the nebulizers. All key elements are triggered by the control unit 6. At the same time, due to additional power sources 7, connected through additional key elements 8 to the substrate 3 (also controlled by block 6), ion cleaning of each deposited monomaterial (monolayer) is provided. The current pulses of applying the monomaterial to the CM substrate alternate with pulses of its ion cleaning, the electrical isolation is achieved using two unipolar power sources and the formation of pauses between the application and ion cleaning pulses. The sequence of modes and quantitative characteristics are set by the control unit 6. In each control channel, the “deposition” and “ion cleaning” FEs are sequentially unlocked.
На фиг. 2 приведен блок управления, который содержит задатчик 3, выход которого соединен с входом первого формирователя пауз первого канала управления (1ФП1). Его выход соединен с входом первого формирователя импульсов (1ФИ1) этого канала. Первый выход (1ФИ1) соединен с ключевым элементом "нанесение" первого канала, который запитывает КМ распылителя, а второй с входом второго формирователя пауз этого канала (1ФП2). Выход (1ФП2) соединен с вторым формирователем импульса первого канала (1ФИ2), первый выход которого соединен с ключевым элементом "ионная очистка" (КЭ1 "С"), а второй с входом первого формирователя пауз второго канала (2ФП1). Связи элементов во втором канале управления абсолютно аналогичны, чертеж 2, при этом второй выход второго формирователя импульса (2ФИ2) соединен с входом задатчика 3 (в общем случае выход второго 2ФИ связан с входом 1ФП последующего канала). In FIG. 2 shows a control unit that contains a master 3, the output of which is connected to the input of the first driver of pauses of the first control channel (1FP1). Its output is connected to the input of the first pulse shaper (1FI1) of this channel. The first output (1FI1) is connected to the key element "applying" the first channel, which feeds the KM of the sprayer, and the second with the input of the second shaper of pauses of this channel (1FP2). The output (1FP2) is connected to the second pulse shaper of the first channel (1FI2), the first output of which is connected to the key element "ion cleaning" (KE1 "C"), and the second to the input of the first pause former of the second channel (2FP1). The connections of the elements in the second control channel are exactly the same, drawing 2, while the second output of the second pulse shaper (2FI2) is connected to the input of the master 3 (in the general case, the output of the second 2FI is connected to the input 1FP of the subsequent channel).
Длительность импульсов тока нанесения и ионной очистки может быть выставлена программой с использованием процессора. Длительность пауз выбирается из условия предотвращения пробоев через остаточную плазму в вакуумном объеме. The duration of the pulses of the application current and ion cleaning can be set by the program using the processor. The duration of the pauses is selected from the condition of preventing breakdowns through the residual plasma in the vacuum volume.
На фиг.3 приведена схема, поясняющая суть способа формирования покрытия сложного состава. С помощью источника питания 4 через ключевые элементы 5 в течение времени t1p происходит нанесение 1-го мономатериала, затем переключением от блока управления 6 через источника питания 7 и ключевые элементы 8 производится ионная очистка монослоя в течение времени t1s. Таким образом каждый монослой формируется за сумму времени t1p и t1s. Затем происходит формирование следующего монослоя, а весь процесс представляется как непрерывная цепочка сумм (t1p и t1s).Figure 3 shows a diagram explaining the essence of the method of forming a coating of complex composition. Using the power supply 4 through the key elements 5 during the time t 1p , the 1st monomaterial is deposited, then switching from the control unit 6 through the power supply 7 and the key elements 8 performs ionic cleaning of the monolayer during the time t 1s . Thus, each monolayer is formed for the sum of the time t 1p and t 1s . Then the next monolayer is formed, and the whole process is presented as a continuous chain of sums (t 1p and t 1s ).
Получение покрытий сложного состава указанным способом и устройством позволяет реализовать покрытия переменного состава по толщине, что обеспечит задание свойств в процессе его формирования (распыление мономатериалов с разными электро- и теплофизическими характеристиками и механическими свойствами). Obtaining coatings of complex composition in the specified way and device allows you to implement coatings of variable composition in thickness, which will provide the setting of properties in the process of its formation (spraying monomaterials with different electrical and thermophysical characteristics and mechanical properties).
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4916093 RU1828142C (en) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | Method and apparatus for applying complex-composition vacuum coatings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4916093 RU1828142C (en) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | Method and apparatus for applying complex-composition vacuum coatings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU1828142C true RU1828142C (en) | 1995-06-27 |
Family
ID=30442066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4916093 RU1828142C (en) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | Method and apparatus for applying complex-composition vacuum coatings |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU1828142C (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2550444C2 (en) * | 2009-11-20 | 2015-05-10 | Фраунхофер Гезельшафт Цур Фёрдерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.В. | Plant and method to apply coating onto substrate |
| RU2602571C2 (en) * | 2011-04-20 | 2016-11-20 | Эрликон Серфиз Солюшнз Аг, Пфеффикон | High-power sputtering source |
-
1991
- 1991-01-31 RU SU4916093 patent/RU1828142C/en active
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 1595011, кл. C 23C 14/54, 1990. * |
| Авторское свидетельство СССР N 620513, кл. C 23C 15/00, 1976. * |
| Авторское свидетельство СССР N 620513, кп С 23С 15/00. 1976. Ласка В.К. и др. Расчет составных мишеней дл получени пленок сложного состава методом катодного распылени - Физика и хими обработки материалов, 1985, N 1. с.94-98. Авторское свидетельство СССР N 1595011, кп. С 23С 14/54, 1990. * |
| Ласка В.К. и др. Расчет составных мишеней для получения пленок сложного состава методом катодного распыления. - Физика и химия обработки материалов, 1985, N 1, с.94-98. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2550444C2 (en) * | 2009-11-20 | 2015-05-10 | Фраунхофер Гезельшафт Цур Фёрдерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.В. | Plant and method to apply coating onto substrate |
| RU2602571C2 (en) * | 2011-04-20 | 2016-11-20 | Эрликон Серфиз Солюшнз Аг, Пфеффикон | High-power sputtering source |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5015493A (en) | Process and apparatus for coating conducting pieces using a pulsed glow discharge | |
| US6165376A (en) | Work surface treatment method and work surface treatment apparatus | |
| RU2082283C1 (en) | Method for ignition of cvd plasma | |
| DE19740793C2 (en) | Process for coating surfaces by means of a system with sputter electrodes and use of the process | |
| US20060278518A1 (en) | Work piece processing by pulsed electric discharges in solid-gas plasma | |
| TR201816617T4 (en) | A method for coating substrates and a high performance powder spray source for this. | |
| MX9701062A (en) | Jet plasma deposition process and apparatus. | |
| CH689767A5 (en) | Process for Werkstueckbehandlung in a Vakuumatmosphaere and vacuum treatment system. | |
| GB2156578A (en) | Ion beam deposition apparatus | |
| WO1982002154A1 (en) | Electrodynamic painting system and method | |
| JP2010065240A (en) | Sputtering apparatus | |
| DE102006021994B4 (en) | coating process | |
| RU1828142C (en) | Method and apparatus for applying complex-composition vacuum coatings | |
| EP2439763B1 (en) | Magnetron device and method for pulsed operation of a magnetron device | |
| DE19951017A1 (en) | Method and device for plasma treatment of surfaces | |
| EP3575437B1 (en) | Reactive sputtering device and method for forming mixture film or film of composite metal compound using same | |
| JP2003129234A (en) | Apparatus and method for sputtering | |
| EP2286643B1 (en) | Device and method for high-performance pulsed gas flow sputtering | |
| RU2238999C1 (en) | Method of pulse-periodic implantation of ions and plasma precipitation of coatings | |
| RU2633516C2 (en) | Method of homogeneous applying hipims coatings | |
| EP1445026B1 (en) | Powder coating device and method | |
| CN108352286B (en) | Sputtering device and method for optimized distribution of energy flow | |
| Kuzmichev et al. | Investigation of a pulsed magnetron sputtering discharge with a vacuum pentode modulator power supply | |
| TWI822758B (en) | Method of vacuum-treating a substrate or of manufacturing a vacuum-treated substrate and vacuum deposition apparatus | |
| RU2141004C1 (en) | Method and device for pulsed periodic application of vacuum coatings |