RU2022055C1

RU2022055C1 - Method of application of coating in vacuum by electric-arc spraying

Info

Publication number: RU2022055C1
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Бережко; Игорь Станиславович Комянко; Сергей Викторович Воскобойников; Игорь Дмитриевич Тамилин; Евгений Владимирович Щукин
Original assignee: Александр Николаевич Бережко; Игорь Станиславович Комянко; Сергей Викторович Воскобойников; Игорь Дмитриевич Тамилин; Евгений Владимирович Щукин
Priority date: 1991-05-23
Filing date: 1991-05-23
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: vacuum technique. SUBSTANCE: method involves placement of backings with their flat surfaces in parallel with flow of settling material for simultaneous charging of up to six backings into chamber. After actuation of forevacuum pump 750 voltage current is fed to auxiliary electrode. The method involves simultaneous heating of backings and cleaning in glowing discharge for preparation of surface for coating. Preliminary evacuation lasts 5 min. Achievement of initial vacuum of 5 Pa is followed by burning vacuum arc discharge. After 2 min pressure in chamber reaches 1,33×10^-1 Pa and after that tension on auxiliary electrode is increased up to 850 volts, after additional 5 min process of coating is finished. EFFECT: enhanced operating reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к способам нанесения покрытия на основе металлов в вакууме. The invention relates to vacuum technology, and in particular to methods of coating on the basis of metals in vacuum.

Известен способ нанесения покрытия в вакуумной камере, согласно которому вакуумную камеру соединяют с вакуумным насосом, создают в ней рабочее разрежение 10^-3-10^-4 мм рт.ст. и затем включают электродуговой испаритель. При этом подложку размещают перпендикулярно потоку испаряемого материала катод [1].A known method of coating in a vacuum chamber, according to which the vacuum chamber is connected to a vacuum pump, create in it a working vacuum of 10 ^-3 -10 ^-4 mm RT.article and then include an electric arc evaporator. In this case, the cathode is placed perpendicular to the flow of evaporated material [1].

Недостатком этого способа нанесения покрытия является малая производительность, обусловленная тем, что значительная часть времени всего процесса затрачивается на создание необходимого вакуума. Кроме того, при размещении подложки перпендикулярно потоку металла можно разместить небольшое количество подложек в вакуумкамере (1-2). При большем количестве подложек резко возрастает объем вакуумкамеры, что ведет к увеличению времени подготовки процесса нанесения покрытия и, следовательно, снижению производительности. The disadvantage of this method of coating is the low productivity due to the fact that a significant part of the entire process is spent on creating the necessary vacuum. In addition, when placing the substrate perpendicular to the metal flow, a small number of substrates can be placed in the vacuum chamber (1-2). With a larger number of substrates, the volume of the vacuum chamber increases sharply, which leads to an increase in the preparation time of the coating process and, consequently, a decrease in productivity.

Наиболее близким к предлагаемому способу нанесения покрытия на основе металлов в вакууме электродуговым испарением является способ, реализованный в устройстве [2]. Closest to the proposed method of coating on the basis of metals in vacuum by electric arc evaporation is the method implemented in the device [2].

Согласно этому способу в вакуумкамере размещают подложку и производят откачку до давления 1,33˙10^-1-6,65˙10^-3 Па. При указанном давлении зажигают разряд в электродуговом испарителе и производят покрытие подложки слоем геттерного металла, испаряемого с катода электродугового испарителя, который может быть использован как для нанесения тонких пленок, так и для получения и поддержания вакуума, как например, по а.с. N 1342048, кл, С 23 С 14/32, 1985.According to this method, a substrate is placed in a vacuum chamber and pumped out to a pressure of 1.33 × 10 ⁻¹ −6.65 × 10 ⁻³ Pa. At the indicated pressure, a discharge is ignited in an electric arc evaporator and the substrate is coated with a getter metal layer evaporated from the cathode of the electric arc evaporator, which can be used both for depositing thin films and for obtaining and maintaining a vacuum, such as for a.s. N 1342048, cells, C 23 C 14/32, 1985.

Недостатком указанного способа является невысокая производительность, вызванная необходимостью размещения плоскости подложки перпендикулярно потоку испаряемого металла. При обработке плоских подложек, имеющих значительную площадь покрываемой поверхности, это ведет к снижению производительности процесса, а, кроме того, значительное содержание капельной фазы снижает качество покрытия. The disadvantage of this method is the low productivity caused by the need to place the plane of the substrate perpendicular to the flow of the evaporated metal. When processing flat substrates having a significant area of the surface to be coated, this leads to a decrease in the productivity of the process, and, in addition, a significant content of the droplet phase reduces the quality of the coating.

Цель изобретения - повышение производительности и качества нанесения покрытия на диэлектрические плоские поверхности. The purpose of the invention is to increase the productivity and quality of coating on dielectric flat surfaces.

Цель достигается тем, что в способе нанесения покрытия на основе металлов в вакууме электродуговым испарением, при котором в вакуумкамере размещают несколько подложек и производят предварительную откачку, а затем поджог электродугового испарителя, подложки размещают параллельно потоку металла, исходящего с электродугового испарителя, а за подложками по ходу потока испаряемого металла размещают дополнительный электрод, на который подают отрицательный потенциал относительно корпуса вакуумной камеры, причем потенциал подают с момента начала предварительной откачки и до окончания нанесения покрытия, а электродуговой испаритель включают при давлении в вакуумкамере 13,3-1,33 Па. The goal is achieved by the fact that in the method of applying a coating based on metals in a vacuum by electric arc evaporation, in which several substrates are placed in a vacuum chamber and preliminary evacuated, and then arson of the electric arc evaporator, the substrates are placed parallel to the metal flow coming from the electric arc evaporator, and behind the substrates by during the flow of the evaporated metal, an additional electrode is placed, to which a negative potential is applied relative to the housing of the vacuum chamber, and the potential is supplied from the moment the beginning of preliminary pumping and before the end of the coating, and the electric arc evaporator is turned on at a pressure in the vacuum chamber of 13.3-1.33 Pa.

Сравнение предлагаемого способа с прототипом показывает, что он отличается от известного способа тем, что подложки размещают параллельно потоку металла, исходящего с электродугового испарителя, а давление включения электродугового испарителя лежит в пределах 13,3-1,33 Па. Кроме того, за подложками по ходу потока испаряемого металла размещают дополнительный электрод, на который подают отрицательный относительно корпуса вакуумной камеры потенциал и этот потенциал подают с момента начала предварительной откачки и до окончания нанесения покрытия. Comparison of the proposed method with the prototype shows that it differs from the known method in that the substrates are placed parallel to the flow of metal emanating from the electric arc evaporator, and the switching pressure of the electric arc evaporator is in the range 13.3-1.33 Pa. In addition, an additional electrode is placed behind the substrates along the flow of the evaporated metal, to which a potential negative with respect to the housing of the vacuum chamber is supplied, and this potential is supplied from the moment of preliminary pumping to the end of the coating.

Таким образом, предлагаемое техническое решение отвечает критерию "новизна". Thus, the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."

Все признаки, отличающие предложенный способ от прототипа, направлены на достижение цели и в своей совокупности проявляют новые, не известные ранее свойства. All the signs that distinguish the proposed method from the prototype are aimed at achieving the goal and, in their totality, exhibit new, previously unknown properties.

Так, включение электродугового испарителя при давлении 13,3-1,33 Па позволяет отказаться от применения высоковакуумных систем откачки, что существенно сокращает время подготовки откачных систем к работе, а также сокращает время на откачку камеры до пускового давления. Размещение подложек параллельно потоку металла, исходящего с электродугового испарителя, позволяет увеличить количество обрабатываемых подложек в камере без увеличения объема последней, что ведет к повышению производительности способа. Одновременно параллельное потоку размещение плоскостей подложек ведет к повышению качества покрытия, так как сводится к минимуму появление капельной фазы на плоскости подложки. So, the inclusion of an electric arc evaporator at a pressure of 13.3-1.33 Pa allows you to abandon the use of high-vacuum pumping systems, which significantly reduces the time for preparing pumping systems for work, and also reduces the time for pumping the chamber to starting pressure. Placing the substrates parallel to the flow of metal emanating from the electric arc evaporator allows to increase the number of processed substrates in the chamber without increasing the volume of the latter, which leads to an increase in the productivity of the method. Simultaneously parallel to the flow, the arrangement of the planes of the substrates leads to an increase in the quality of the coating, since the appearance of the droplet phase on the plane of the substrate is minimized.

Однако параллельное потоку расположение плоскостей подложек, в свою очередь, ведет к неравномерности осаждения металла на подложках вследствие затрудненного прохода потока металла (плазмы) между подложками. However, the arrangement of the planes of the substrates parallel to the flow, in turn, leads to uneven deposition of metal on the substrates due to the difficult passage of the metal (plasma) flow between the substrates.

Для устранения этого явления за подложками по ходу потока испаряемого металла размещают дополнительный электрод, на который с момента начала предварительной откачки и до окончания нанесения покрытия подают отрицательный относительно корпуса вакуумной камеры потенциал. To eliminate this phenomenon, an additional electrode is placed behind the substrates along the flow of the evaporated metal, to which a potential negative with respect to the body of the vacuum chamber is supplied from the moment of preliminary pumping to the end of the coating.

Первоначально при предварительной откачке форвакуумным насосом между дополнительным электродом и корпусом вакуумкамеры возникает тлеющий разряд, который служит для очистки подложки и подготовки ее к покрытию. Одновременная откачка вакуумкамеры и подготовка подложки к нанесению покрытия способствуют сокращению времени проведения всего процесса в целом, т.е. повышению производительности. После включения электродугового испарителя осуществляется дальнейшая откачка вакуумкамеры за счет геттерных процессов. При достижении рабочего давления дополнительный электрод начинает вытягивать на себя поток ионизованного металла, что способствует прохождению последнего в промежутках между подложками. При этом происходит ускорение процесса осаждения металла на подложки, что ведет к повышению производительности процесса, и повышение равномерности потока, что ведет к улучшению качества покрытия. Initially, during preliminary pumping by the forevacuum pump, a glow discharge arises between the additional electrode and the vacuum chamber body, which serves to clean the substrate and prepare it for coating. Simultaneous evacuation of the vacuum chamber and preparation of the substrate for coating contribute to a reduction in the time of the whole process, i.e. increase productivity. After turning on the electric arc evaporator, the vacuum chamber is further evacuated due to getter processes. When the working pressure is reached, the additional electrode begins to draw on itself a stream of ionized metal, which facilitates the passage of the latter in the gaps between the substrates. This accelerates the process of deposition of metal on substrates, which leads to an increase in the productivity of the process, and an increase in the uniformity of flow, which leads to an improvement in the quality of the coating.

Изучение материалов не позволило выявить технических решений, в которых были бы сходные признаки с обеспечением сходных свойств. The study of materials did not allow us to identify technical solutions in which there would be similar features with the provision of similar properties.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию изобретения "существенные отличия". The above allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of the invention "significant differences".

Предложенный способ поясняется схемой устройства, с помощью которого он может быть реализован. The proposed method is illustrated by a diagram of a device with which it can be implemented.

В вакуумной камере 1 размещены электродуговой испаритель 2 и подложки 3. За подложками расположен дополнительный электрод 4. An electric arc evaporator 2 and substrates 3 are placed in the vacuum chamber 1. An additional electrode 4 is located behind the substrates.

После загрузки подложек 3 в вакуумную камеру 1 производится включение форвакуумного насоса 5 и открытие клапана 6 откачки. Одновременно на дополнительный электрод 4 подают отрицательный относительно корпуса вакуумной камеры потенциал (700-900 В). Между корпусом 1 и дополнительным электродом 4 возникает тлеющий разряд. За счет этого разряда производится нагрев подложек 3 и их очистка в тлеющем разряде перед нанесением покрытия. После достижения пускового вакуума порядка 13,3-1,33 Па зажигают дуговой разряд на электродуговом испарителе. Поджог дугового разряда может быть произведен любым известным способом (например, инициирующим электродом). After loading the substrates 3 into the vacuum chamber 1, the fore-vacuum pump 5 is turned on and the pumping valve 6 is opened. At the same time, an additional potential (700-900 V) with respect to the housing of the vacuum chamber is supplied to the additional electrode 4. Between the housing 1 and the additional electrode 4, a glow discharge occurs. Due to this discharge, the substrates 3 are heated and cleaned in a glow discharge before coating. After reaching the starting vacuum of the order of 13.3-1.33 Pa, an arc discharge is ignited on an electric arc evaporator. The arcing of an arc discharge can be carried out by any known method (for example, an initiating electrode).

За счет испарения геттерного металла в электродуговом испарителе происходит дальнейшая откачка в вакуумной камере до рабочего давления порядка 1,33˙10^-1-1,33˙10^-2 Па. По мере достижения рабочего давления дополнительный электрод 4 начинает интенсивно вытягивать на себя поток ионизованного металла от электродугового испарителя. Этот поток проходит между плоскостями подложек 3, на которых и происходит осаждение металла испарителя. Благодаpя тому, что поток плазмы следует параллельно плоскости подложки, присутствие капельной фазы в покрытии снижается, что ведет к получению покрытия более высокого качества.Due to evaporation of the getter metal in an electric arc evaporator, further pumping occurs in a vacuum chamber to a working pressure of the order of 1.33˙10 ^-1 -1.33˙10 ^-2 Pa. As the working pressure is reached, the additional electrode 4 begins to intensively draw onto itself a stream of ionized metal from the electric arc evaporator. This flow passes between the planes of the substrates 3, on which the deposition of the evaporator metal occurs. Due to the fact that the plasma flow follows parallel to the plane of the substrate, the presence of the droplet phase in the coating is reduced, which leads to a higher quality coating.

Предлагаемый способ позволяет при небольших габаритах установки обеспечивать высокопроизводительный процесс покрытия металлической пленкой плоских диэлектрических подложек, например стеклянных, керамических и т.д. The proposed method allows for the small dimensions of the installation to provide a high-performance process of coating a metal film of flat dielectric substrates, such as glass, ceramic, etc.

Claims

METHOD FOR APPLICATION OF COATINGS IN VACUUM BY ELECTRIC ARC SPRAYING, including placing substrates in a vacuum chamber, pumping out the volume and turning on an electric arc evaporator, characterized in that, in order to increase the productivity and quality of the coating on planar dielectric surfaces, the substrates are placed parallel to each other along the direction of the plasma flow moreover, between the wall of the vacuum chamber and the end surfaces of the substrates, an additional electrode is introduced, in the process of pumping the volume and until the application of The coatings on the additional electrode supply a potential negative with respect to the body of the vacuum chamber, and the electric arc evaporator is turned on when the pressure in the vacuum chamber reaches 13.3-1.33 Pa.