RU1834912C - Установка дл нанесени покрытий - Google Patents

Abstract

Использование: дл  вакуумно-плазмен- ной обработки инструмента, деталей машин и прочих изделий из различных материалов. Сущность изобретени : заключаетс  в том, что в установке, содержащей вакуумную камеру 1, интегрально-холодный катод (К) 2, анод (А) 6. установленные между А 6 и К 2 распыл емую мишень (М) 4 и держатель дл  обрабатываемых изделий, а также оптически непрозрачную перегородку 3, М 4 и А б выполнены в виде соосно установленных расположенных по замкнутому контуру элементов с подобными контурами поперечных сечений. При этом площадь поперечного сечени  полости, ограниченной А б,не менее площади поперечного сечени  полости, ограниченной М 4. Данное конструктивное выполнение установки позвол ет обеспечить равномерную плотность разр дного тока в зоне внутренней {распыл емой) поверхности мишени по всей ее длине и, как следствие, позвол ет получить однородные по толщине покрыти  на прот женных поверхност х , имеющих, преимущественно, цилиндрическую форму. 5 з.п. ф-лы, 1 ил. Ё со ы -N О -А N5 СО

Description

Изобретение относитс  к области ваку- умно-плазменного напылени  и может быть использовано дл  нанесени  упрочн ющих покрытий на инструмент, детали машин и иные издели , преимущественно длинномерные .

Цель изобретени  - получение однородных по толщине покрытий на прот жен- ных поверхност х, имеющих, преимущественно, цилиндрическую форму.

В установке рассто ние между взаимообращенными боковыми поверхност ми мишени и камеры преимущественно должно быть на пор док меньше размера щели между взаимообращенными поверхност ми мишени и перегородки.

В установке положительный столб ваку- умно-дугового разр да благодар  щели между оптически непрозрачной перегородкой и мишенью и расположению анода у свободного противоположного катоду торца мишени проходит вдоль поверхности цилиндрической полой мишени. При этом площадь сечени  разр да на всем пути вдоль мишени примерно посто нна, что обеспечивает посто нство плотности ионного тока на мишени по всей ее длине, и как следствие, обеспечивает однородность покрытий по длине прот женных изделий, установленных внутри цилиндрической полой мишени.

Наиболее простое и часто встречающеес  конструктивное решение установки, когда вакуумна  камера имеет цилиндрическую форму. При этом наиболее целесообразно , чтобы мишень была выполнена в виде цилиндра, анод-кольцевой формы, а перегородка выполнена в биде диска. Дл  получени  однородных по толщине покрытий при цилиндрической форме мишени це- лесообразно, чтобы зазор между перегородкой и мишенью был одинаков по всему периметру. Поэтому перегородку необходимо установить коаксиально внутренней поверхности мишени. Наибольшей однородностью покрыти  будут обладать, если оси симметрии катода, анода, перегородки , мишени и держател  расположены по оси симметрии камеры.

С целью снижени  веро тности возникновени  дуговых разр дов на поверхности мишени, мишень выполнена в виде набора изолированных друг от друга секций с индивидуальными токоподводами дл  каждой секции.

На чертеже изображена принципиальна  схема установки.

Установка состоит из вакуумной камеры 1, на одном из торцов которой установлен интегрально холодный катод вакуумно-дугового разр да 2. Напротив катода 2 установлена перегородка 3 в виде диска. Вдоль цилиндрических стенок вакуумной камеры 1 t установлена мишень 4 в виде полого цилин5 дра из распыл емого металла. Кра  мишени 4 и диска 3 образуют равномерную щель 5 по всему периметру перегородки 3 и мишени 4. У противоположного торца мишени 4 установлен анод б в виде коаксиального

кольца. Напыл емые издели  7 установлены внутри полой цилиндрической мишени 4 на держателе (на чертеже не показан).

На чертеже также показаны части объема вакуумной камеры, заполненные в про5 цессе работы металлогазовой плазмой - объем 8 и чисто газовой плазмой - объем 9, примыкающий к мишени А.

Электропитание вакуумно-дугового разр да производитс  от источника 10 по0 сто нного тока. Электропитание распыл емой мишени осуществл етс  от высоковольтного источника 11 посто нного тока. Дл  обеспечени  поджига дугового разр да в установке в цепи источника 11

5 установлен управл емый ключ. Работает установка дл  нанесени  покрытий следующим образом. Производитс  откачка вакуумной камеры установки с помощью высоковакуумной системы откачки (на фиг. 1

0 не показана) до давлени  Па, а затем в вакуумную камеру 1 установки с помощью натекател  (на фиг. 1 не показан) производитс  напуск рабочего газа (аргон, смесь аргона с каким-либо реакционным газом) до

5 давлени  101 - 10 Па. С помощью системы возбуждени  разр да (на фиг. 1 не показана) между катодом 2 и анодом б возбуждаетс  двухступенчатый вакуумно-дуговой разр д (ДВДР). ДВДР состоит из двух разнородных

0 в физическом отношении частей. Эти части разр да сформированы перегородкой 3. Область 8 ДВДР, лежаща  между катодом 2 и перегородкой 3, заполнена металлогазовой плазмой. Ионы металла генерируютс  ка5 тодным п тном вакуумно-дугового разр да, ионы газа образуютс  в результате переза- р  дки ионов металла на газовой мишени. Область 9 между щелью 5 и анодом б заполнена чисто газовой плазмой, поскольку в эту

0 область ионы металла, распростран ющиес  от поверхности катода по пр молинейным траектори м, не попадают. Положительный столб в газовой ступени ДВДР образуетс  в результате ионизации

5 рабочего газа электронами, извлекаемыми из металлогазовой плазмы через щель 5. . Благодар  равномерному зазору в щели 5 (между экраном 3 и мишенью 4) формируетс  однородный столб газовой плазмы, омы- вающий внутреннюю цилиндрическую

поверхность распыл емой мишени 4. При подаче высоковольтного отрицательного потенциала на мишень 4 от источника посто нного тока 11 положительные ионы газа ускор ютс  в двойном слое, между мишенью и невозмущенной плазмой, и бомбардируют поверхность мишени, распыл   ее. Распыленный с поверхности мишени металл (или его соединение с реакционным газом) осаждаетс  на поверхности вращающихс  изделий.

Проверка работоспособности за вл емой установки производилась в экспериментальной модели установки, собранной в вакуумной камере с габаритами: диаметр - 650 мм, высота - 1000 мм. Ось вакуумной камеры расположена вертикально. На нижнем торце вакуумной камеры устанавливал- с  катодный узел электродугового испарител . Рабоча  поверхность катода и нижний торец вакуумной камеры находились на одном уровне. На рассто нии 50 мм от рабочей поверхности катода устанавливалс  экран в виде диска диаметром 550 мм. Внутри вакуумной камеры устанавливалась распыл ема  мишень из титанового листа толщиной 2 мм. Лист свертывалс  в цилиндр диаметром 610 мм. Высота цилиндра составл ла 750 мм, цилиндр устанавливалс  внутри камеры на трех керамических изол торах . На рассто нии 50 мм от верхнего торца цилиндра устанавливалс  кольцевой медный анод диаметром 610 мм и высотой 40 мм. При работе предлагаемой установки получены следующие параметры:

давление аргона внутри камеры 5-10 токДВДР-ЮОА напр жение ДВДР между катодом и анодом - 45 В, напр жение на распыл емой мишени - 1000 В, ток в цепи распыл емой мишени 14 А, скорость нанесени  титанового покрыти  на неподвижную подложку, установленную на рассто нии 50 мм от мишени, 3,2 мкм/ч - подложка установлена в нижней части мишени , 3,7 мкм/ч - подложка установлена в центральной части мишени, 3,0 - подложка установлена в верхней части мишени. Максимальна  неоднородность покрыти  по высоте составл ет 19%.

Claims (6)

1.Установка дл  нанесени  покрытий, содержаща  вакуумную камеру, интегрально-холодный катод, расположенный противоположно катоду анод и установленные между анодом и катодом распыл емую мишень и держатель дл  обрабатываемого

издели , отличающа с  тем, что мишень и анод выполнены в виде соосноустановленных полых и расположенных по замкнутому контуру элементов с подобными контурами поперечных сечений, при этом площадь поперечного сечени  полости, ограниченной анодом, не меньше площади поперечного сечени  полости, ограниченной мишенью, держатель дл  обрабатываемого издели  расположен в зоне полости мишени, а между концевым участком мишени, расположенным со стороны катода, и катодом установлена оптическа  непрозрачна , проницаема  дл  электронов перегородка дл  создани  между анодом и катодом двухступенчатого вакуумно-дугового разр да.

2.Установка по п. 1,отличаю ща - с   тем, что мишень выполнена цилиндрической , анод - кольцевой формы, а перегородка выполнена в виде диска.

3. Установка по пп. 1 и2,отличаю- щ а с   тем, что перегородка установлена коаксиально внутренней поверхности мишени .

4.Установка по пп. 1-3, о т л и ч а.ю щ а-   с   тем, что оси симметрии анода, катода,

перегородки, мишени и держател  расположены по оси симметрии камеры.

5.Установка по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ а-   с   тем, что мишень выполнена в виде

набора изолированных одна от другой секций с индивидуальными токоподводами дл  каждой секции.

6.Установка по пп. 1-5, отличающа с  тем, что рассто ние между взэимообращенными боковыми поверхност ми мишени и камеры на пор док меньше размера щели между взаимообращенными поверхност ми мишени и перегородки.

Редактор М.Васильева Техред М.Моргентал

зказ2705ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35. Раушска  наб.. 4/5

Корректор П.Гереши