SU1114706A1 - Устройство дл обработки изделий в газовой среде - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ; содержащее источник газа, камеру высокого давлени , ра бочую камеру и систему откачки, соединенные через диаграмму последовательно, с т. л и ч аю щ е е с   тем, что, с целью повышени  точности поддержани  заданного давлени , газа, камера высокого давлени  снабжена приводом перемещени , а ее стенки выполнены в ввде гибкой оболочки, кинематически св -. занной с приводом перемещени .

Description

2. Устрдаство по п. 1, о т п и ч а ю -камерой, установленной между рабочей камещ е е с   тем, что, с целью повышени рой и камерой высокого давлени  и

производительности путем уменьшени  време-соединенной с этими камерами через

ни обработки, оно снабжено дополнительнойклапаны.

II14706

Изобретение относитс  к вакуумной технике и может быть использовано в устройствах дл  создани  химически активной среды с контролируемым низким (меньше 1000 Па) давлением, например плазмо-химических.

Особенности плазмо-химической технологии заключаютс  в следующем: малое врем  рабочего цикла (меньше 10 мин); требование к поддержанию заданного давлени  технологического газа с точностью не хуже 410%; высо ка  химическа  активность технологического газа, особенно его плазмы; присущие плазмохимической технологии сорбционные процессы, привод щие к возникновению в рабочей камере дополнительных элементов поглощени  технологического газа с относительно высокой и непосто нной во времени быстротой откачки . Высока  химическа  активность технологического газа и наличие дополнительных злементов поглощени  (имеющих неконтролируемую быстроту откачки) преп тствуют получению в рабочей камере заданного уровн  давле}П1  технологического газа с требуемой точностью.

Известно устройство, предназначенное дл  точного воспроизведени  давлени .

Такое устройство состоит из. трех камер (камера высокого давлени , рабоча  камера и камера низкого давлени , св занна  с вакуумным насосом), соединенных через диафраму последовательно через входную и выходную диафрагмы заданной проводимости.

Устройство работает по принципу редукции давлени , когда давление в рабочей камере пр мо пропорционально давлению в камере высокого давлени , а коэффициентом поропс циональности  вл етс;  отношение проводимостей ВХОД1ЮЙ и выходной диафрагм 1.

Недостатком указанного устройства при использовании его в плазмо-химических технологических установках  вл етс  нарушение пропорциональности между давлени ми технологического газа в камерах высокого давлени  и рабочей из-за наличи  в последней неконтро .афусмых сорбционных процессов, а также большое (больше 1 мин) врем  выхода устройства в рабочий режим.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению  в.л етс  установка высокочастотного катодного иапьшени , содержаща  источник газа, камеру высокого давлени , .рабочу камеру и систему откачки, соединенные через диафрагму последовательно, что позвол ет стабилизировать в рабочей камере давление неагрессивных газов по показанию вакуум- метра при проведеиии длительных процессов 2

Недостатками известной установки при использовании ее дл  плазмо-химических процессов с малым (менее 10 мин) временем одного цикла  вл ютс  большое (больше 1 мии) врем  выхода в рабочий режим, а также зависимость давлени  в рабочей камере от нестабильности показаний, вакуумметра из-за действи  на вакуумметр химически активного технологического газа и его плазмы.

Цель изобретени  - повышение точности поддержани  заданного давлени  газа и повышение производительности путем уменьшени  времени обработки.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  обработки изделий в газо ой среде, содержащем источник газа камеру высокого давлени , рабочую камеру и систему откачки, соединенные через, диафрагму последовательно , камера в-ысокого давлени  снабжена приводом перемещени , а ее стенки выполнены в виде гибкой оболочки, кинематически св занной с приводом перемещени .

Кроме того, устройство снабжено дополнительной камерой, установленной между рабочей камерой и камерой высокого давлени  и соединенной с этими камерами через клапаны .

На чертеже приведена принципиальна  схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из рабсней камеры 1, камеры 2 высокого давлени  и вакуумного насоса 3. Рабоча  камера соединена с камерой высокого давлени  через входную диафрагму 4 и с вакуумным насосом - через выходную диафрагму 5.

Между рабочей камерой и камерой высокого давлени  расположена соответственно через клапаны 6 и 7 дополнительна  камера 8. Последовательно с входной и выходной диафрагмами установлены клапаны 9 и 10 соответственно . Между рабочей камерой и вакуумным насо сом в обход выходной диафрагмы с клапаном установлен кланан 11. Вакуумный насос соеди нен с устройством 12, предназначенным дл  нейтрализации химически активного технологического газа. Стенки камеры высокого давлени  выполнены (полностью или частично) в виде гибкой оболочки 13, св занной с перемещающим ее приводом 14 перемещени . К камере высо кого давлени  через клапан 15 подсоединена пини  высокого давлени  технологического газа. К рабочей камере и камере высокого давлени  подсоединены йакуумметр 16 и манометр 17 соответственно. Устройство работает следующим образом. Через загрузочное устройство (не пока .зано) в рабочую камеру 1 закладывают обрабатываемые издели , после чего камера 1 уплотн етс . При первом запуске устройства в работу (или после долгого перерыва в работе все камеры (1, 2 и 8) откачиваютс  вакуумным насосом 3 при закрытом клапане 15 и открытых 6, 7, 9, 10 и 11. По заверщению откачки клапаны 7, 9 и 11 перекрываютс  (вакуумный насос 3 при зтом не выключаетс ) и камера 2 высокого давлени  вместе с дополнительной камерой 8 наполн етс  через клапаны 15 и 6 соответственно технологическим газом до некоторого заранее расстичанного давлени  Р2(0), завис щего от характеристик всей системы. Первоначальное наполнение камеры 2 высокого давлени , а в последующем и ее пополнение .ведут при нейтральном положении привода 14 перемещени , что обеспечивает, возможность как увеличени , так и уменьшени  о&ьема рабочей камеры 2. По заполнении камер 2 и 8 клапаны 6 и 15 закрывают, после чего устройство готово к работе. С целью максимально быстрого (10с) создани  требуемого давлени  Р технологического газа в рабочей камере 1 открывгпот клапан 7. Открытие клапана 7 приводит к то му, что давление технологического газа в рабочей камере 1 за счет его перетекани  из дополнительной камеры 8 резко возрастает от нул  до величины Р (О) РЛО) - Pj(0) Vj/ (V, - Vg) .(1) где V - объем рабочей камеры 1; VQ - объем дополнительной камеры 8. Из уравнени  (1) следует, что дл  того, чтобы. Р (О) Р,, требуемому значению необходимо вьшолнение следующего услови : Pj(0) р, (у,+Vg)/Va .(2) Таким образом, уравнение (2) позвол ет рассчитать начальное давление технологического газа Pi2 (О) в камере 2 высокого давлени . Дл  того, чтобы предотвратить измене1ше давлени  и состава газа из-за возможных химических реакций и негерметичностей одновременно с открытием клапана 7 открывают клапаны 9 и 10. Открытие клапанов 9 и 10 приводит к возникновению в рабочей камере 1 потока технологического газа, идущего из камеры 2 высокого давлени  в вакуумный насос 3. Наличие этого потока приводит к . созданию в рабочей камере 1 некоторого посто нного по своей величине давлени  Р (1) технологического газа, определ емого динамическим режимом равновеси , причем P/d) .. Р(0) Cg,/C,,(3) где CBX - проводимость входной диафрагмы 4; Cg(- проводимость диафрагмы 5. При условии, что Vg4y,Wg) с,,/ с легко обеспечить, чтобы и начальное давление Р (О) и установившеес  в динамическом режиме давление Р (1) бьши равны между собой, а с учетом уравнени  (2) Р, Р, (О) Р, (1),(5) Таким образом, правильный выбор величин Р2(О), У , Vg , Cg и С( обеспечивает поддержание давлени  технологического газа в рабочей камере 1 на посто нном уровне Р, а предлагаемый метод подачи газа резко (более чем в 100 раз) сокращает врем  установле1ш  в рабочей камере зтого давлени . Из изложенного следует, что в рабочей камере 1 имеет место динамическое равновесие давлени  техиологич(гского газа с козффициентом газообмена К, причем К . Сбад/V, .(6) Таким образом, перед началом плазмохимического процесса в рабочей камере 1 создано и непрерывно поддерживаетс  на посто нном уровне с высокой степенью точности требуемое давление технологического газа, определ емое в соответствии с уравнением (3). Наличие в рабочей камере 1 стабильного во времени и и требуемого технологией по величине давлени  газа позвол;.ет перед началом плазмохимического процесса провести (в случае необходимости ) регулировку отсчета вакуумметра 16 с целью компенсации ухода его характеристики под действием химически активного технологического газа. После регулировки отсчета вакуумметра 16 начинают плазмохимическую обработку изделий, загруженных в рабочую камеру 1. Плазмохими$11 ческа  обработка заключаетс  в воздействии на поверхность загруженных изделий потока высокоэнергеп«еских ионов технологического газа, вырабатываемых специальным источником ионо Работа источника ионов приводит к возникиове нню в рабочей камере 1 дополнительного элемента поглощени  технологического газа, дейст вие Которого основано на иошго-сорбционных процессах. Быстрота откачки этого дополни тельного элемента газопоглоще1П1Я по абсолютной величине сравнима с проводимостью выход ной диафрагмы 5 и непосто нна во времени. С учетом действи  дополнительного элемента газопоглошени  зависимость от времени давлени  Р (t) в рабочей камере 1 будет определ тьс  следующим соотношением: Р, (t) Р. (0) Сох / ICftwx S(t), (7) где S(t) - быстрота откачки дополнительного элемента газопоглощени , обусловленного работой источника ионов, завис ща  от времени Как следует из уравнени  (7), после включени  источника ионов давление в рабочей камере 1 резко падает относительно требуемог технологией уровн , определ емого уравнением (1) или (3). . С целью стабилизации давлени  технологического газа в рабочей камере 1 при работе источника ионов предлагаетс  следующее. По разностному сигналу от вакуумметра 16 (разность сигналов между наперед заданным и мгновенным значени ми давлени ) привод 14 перемещени  начинает перемещать гибкую оболочку 13 камеры 2 высокого давлени , измен   как объем камеры 2, так и давление технологического газа в ней. При этом можно записать P(t) (i) Cg /lCBbix +S(t)l,(8) где P (t) - давление в камере 2 высокого давлени , измен емое во времени с помощью привода 14 перемещени . С помощью системы автоматического регу лировани , содержащей вакуумметр 16 и привод 14 перемещени , можно обеспечить P2.(t)/P2(P) S(t).(9) При этом условии уравнение (8) можно записать в виде P,(t) - Р2{0) . , Из уравнени  (10) следует, что давление технологического газа в рабочей камере 1 остаетс  на том же уровне, который был задан до включени  источника ионов в соответствии с уравнением (3). После завершени  процесса плазмохимическо отработки и выключени  источника ионов клапаны 7 и 9 закрываютс , а клапан 11 открываетс  дл  быстрого освобождени  рабочей камеры 1 от технологического газа. Одновременно привод 14 перемещени , а 31йчит и объем камеры 2 высокого давлени  перево д тс  в исходное нейтральное положение. После откачки рабочей камеры 1 клапаны 10 и 11 закрываютс  и через загрузочное устройство производитс  замена обрабатываемых изделий на новые с последующим уплотнением рабочей камеры 1. Второй цикл работы идет далее в следующей последовательности: подпитка (в необходимости) камеры 2 высокого давлени  до давлени  Р2(О); открытие клапанов 10 и 11 дл  откачки из рабочей камеры 1 воздуха; закрытие клапанов 10 и 11; кратковременное открытие клапана 6; одновременное открытие клапанов 7, 9 и 10 с последующей регулировкой (калибровкой) вакуумметра 16; включение ионного источника с одновременным запуском системы -автоматического регулировани  давлени  технологического газа в рабочей камере 1; прекращение процесса плазмохимической обработки (выключение ионного источника) и закрытие клапанов 7 и 9; открытие клапана 11 дл  быстрого освобождени  рабочей камеры 1 от технологического газа; закрытие клапанов 10 и 11 и замена обрабатываемых изделий. После смены обрабатываемых изделий цикл повтор етс . Предлагаемое устройство обеспечивает точное поддержание давлени  технологического газа в рабочей камере 1 как при выключенном, так и при включенном источнике ионов, при этом посто нна  времени установлени  стационарного давлени  в рабочей камере 1 существенно уменьшена по сравнению с известным устройством с величины V / Cg до величины V /С где С; - проводимрстъ клапана 7 в открытом состо нии (С::;/С 100). Таким образом, предлагаемое техническое решение позвол ет повысить стабильность давлени  технологического газа при проведении плазмохимических процессов, а также снизить затраты времени на вспомогательные операции и тем самым повысить производительность всего устройства при одновременном повыщении воспроизводимости его характеристик, особенно при циклическом режиме работы. Экспериментальна  проверка полностью подтвердила работоспособность предлагаемого устройства дл  создани  -технологической газовой среды с низким контролируемьпи давлением . Использование устройства наиболее целесообразно в плазмохимических установках

711147068

циклического действи , где требуетс  высока (р 1000 Па), активность которой усугубл степень точности поддержани  .посто нстваетс  необходимостью использовани  мощных

давлени  химически активной газовой средыионных источников.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ; содержащее источник газа, камеру высокого давления, рабочую камеру и систему откачки, соединенные через диаграмму последовательно, с т. л и чающее с я тем, что, с целью повышения точности поддержания заданного давления, газа, камера высокого давления снабжена приводом перемещения, а ее стенки выполнены в виде гибкой оболочки, кинематически свя-. занной с приводом перемещения.

ШЛТПТ™ns

5>

камерой, установленной между рабочей каме· рой и камерой высокого давления и соединенной с этими камерами через клапаны.

2. Устройство по π. 1, о т п и чаюui е е с я тем, что, с целью повышения производительности путем уменьшения времени обработки, оно снабжено дополнительной