|
Реферат: Вакуумное напыление (Технология)
ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное развитие метода испарения и конденсации в вакууме за последние годы обусловлено универсальностью технологии, высокой производительностью процесса нанесения покрытий, малой энергоёмкостью и рядом других преимуществ по сравнению с традиционными методами получения покрытий различного функционального назначения (гальваническим осаждением, плакированием, плазменным напылением, катодным распылением). Одно из основных преимуществ метода испарения и конденсации в вакууме – экологически чистая технология. Постоянно возрастающие потребности народного хозяйства и разнообразие номенклатуры металлизируемой продукции обусловили появление широкого класса специальных вакуумных установок, предназначенных для решения конкретных производственных задач – металлизации рулонных и полосовых материалов, нанесение защитных, износостойких, декоративных покрытий на металлические и неметаллические материалы, изготовление различных плёночных элементов электронной техники. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИСПАРЕНИЯ И КОНДЕТСАЦИИ МЕТАЛЛОВ В ВАКУУМЕ.
Процесс получения плёнок и покрытий методом испарения и конденсации в вакууме состоит из двух этапов: испарения вещества в вакууме и последующей конденсации паров на подложке. Испарение различных материалов в вакууме, в том числе и металлов, происходит при нагревании до температуры плавления и испарения (сублимации) либо при распылении (методы катодного и магнетронного распыления). Металлы можно нагревать резистивным методом (испарители прямонакального и косвенного нагрева), электронным лучом, электрической дугой, токами высокой частоты. Способы нагрева, определяющие конструкции соответствующих внутрикамерных устройств промышленных вакуумных установок, детально описаны в инструкции по эксплуатации установок. Большая часть металлов при нагреве переходит в паровую фазу через жидкое состояние, т.е. сначала они плавятся, а затем испаряются. Некоторые металлы (Cd, Zn, Mn и в отдельных случаях чистый Cr) переходят из твёрдого состояния, в паровую фазу минуя жидкую (сублимируют). Скорость испарения Vи, кг/(м2с), всех веществ определяется давлением паров p, Па, при температуре Tи, K, испарения и молекулярной массой M вещества:
Vи = 0.438(10 –2 p (M/Tи = A1 p (1.1)
Зависимость давления паров от температуры в общем, виде описываются уравнением
lg p =AT –1 + B lg T + CT + DT 2 + E (1.2)
где А, В, С, D и Е – константы, характерные для данного вещества. При проведении экспериментов обычно ограничиваются коэффициентами А, В, и Е. Значение коэффициента В следует учитывать только для Na, K, Rb, Cs, Zn, Cd и Hg.
Характер распределения испаряемого вещества в пространстве над испарителем определяется двумя основными параметрами: рабочим давлением в вакуумной камере: высокий вакуум (( (( d), средний вакуум (( ( d) и низкий вакуум (( (( d), где ( - длина свободного пути молекул; d – линейный размер вакуумной камеры. Если давление паров испаряемого вещества (металла) при температуре Tи не превышает 1.33 Па, то при рабочем давлении в вакуумной камере порядка 10 –2 Па и менее молекулы и атомы испаряемого вещества достигают поверхности подложки без столкновений между собой и с молекулами остаточных газов. В этом случае говорят, что реализуется молекулярный режим испарения и конденсации, для которого справедливы законы Ламберта – Кнудсена: распределение в пространстве потока вещества, испарённого с плоской поверхности, пропорционально cos( (( - угол между направлением распространением паров и нормалью к поверхности); число частиц, попадающих на поверхность подложки, обратно пропорционально квадрату расстояния между испарителем и подложкой. Эти законы являются базовыми при анализе закономерностей формирования плёнок на поверхностях различной конфигурации. При анализе процесса формирования покрытий на положках следует выделить два аспекта – физический и технологический. Физический аспект отражает закономерности формирования начальных слоёв покрытия, характер продольной и поперечной структур, рельефа поверхности и др. Не рассматривая детально теорию зародышеобразования и основные закономерности начального роста кристаллов, отметим, что процесс конденсации и структура сформированной плёнки существенно зависят от кинетических параметров конденсации, температуры и потенциального рельефа подложки, плотности падающего молекулярного пучка, характера взаимодействия осаждаемых атомов с подложкой. Из указанных параметров существенным является температура подложки. Многочисленными исследованиями установлено, что на нейтральной (неориентированной) подложке молекулярный пучок конденсируется только в том случае, если температура ниже некоторой критической Tкр. Принципиально возможны и реализуются на практике два механизма конденсации молекулярных пучков испарённых веществ на различных подложках – ПК(пар – кристалл) и ПЖК(пар – жидкость – кристалл). Если реализуется механизм ПК, то частицы, конденсирующиеся на начальных стадиях испарения навески, имеют кристаллическое строение, и в дальнейшем формируется только кристаллическая плёнка. Механизм ПЖК проявляется в том, что образование конденсированной фазы на подложке начинается с появления на подложке жидкой фазы в виде капель, которые длительное время существуют на подложке, после чего начинается процесс кристаллизации. Рассмотренные механизмы кристаллизации определяют различные характеры формирования и роста плёнки из паровой фазы, что в конечном счёте определяет свойства плёнок. Схематически механизмы конденсации ПК и ПЖК показаны на рис. 1. Если конденсируемые атомы связаны с собой сильнее, чем с поверхностью нейтральной подложки, они свободно и достаточно интенсивно мигрируют с её поверхности. При достаточно высокой плотности потока испаряемого вещества на поверхности подложки образуются зародыши кристаллической фазы или жидкой конденсированной фазы, которые сначала разрастаются сначала в двух (Рис.1, б, стадия 3), я затем и в трёх направлениях. Если же силы взаимной связи атомов или молекул конденсирующегося вещества меньше сил их связи с подложкой, резко возрастает влияние кинетических параметров подложки на процесс формирования плёнки по механизму ПК. В таблице 1 даны примеры механизмов конденсации различных металлов на аморфных подложках. Следует отметить, что механизм конденсации зависит (в первом приближении) от соотношения температур подложки Tп и температур плавления Tпл конденсирующихся веществ. При изменении Tп может измениться механизм конденсации. При конденсации молекулярных пучков сложного состава (например, при нанесении покрытий из сплавов) механизм конденсации зависит и от состава паровой фазы. Приведённые в таблице 1 данные установлены для случая формирования плёнок «докритической» толщины, т.е. до момента образования сплошного слоя. После завершения формирования сплошного слоя закономерности дальнейшего роста плёнки определяются не непосредственно механизмом конденсации материала, а в основном структурой первично сформированных слоёв. Технологический аспект процесса конденсации отражает характер распределения толщины плёнки вдоль поверхности подложки и рассматривает влияние геометрических параметров испарения (размеров и формы испарителей и подложки, их взаимного расположения) и режима металлизации на равномерность толщины покрытия.
Таблица 1
|Испаряемое вещество |Температура подложки|Характерный механизм | | | |конденсации | | | |ПК | |Bi, Sn, Pb, Au, Cu, Ag,|TnУправление | | | | |приводом | | | | |Цепи управления|Выкатное испонение|ВБКЭ-10-630-1000-20 |58 740,00р. | |на постоянном |для К-59, К-104 | | | |токе | | | | | | |ВБКЭ-10-1600-20 |59 620,00р. | |Цепи управления| |ВБКЭ-10-630-1000-20 |62 040,00р. | |на переменном | | | | |токе с расцеп. | | | | | | |ВБКЭ-10-1600-20 |62 920,00р. | |Цепи управления|Выкатное испонение|ВБКЭ-10-630-1000-20 |70 070,00р. | |на постоянном |для К-12, К-26, | | | |токе |КРУ-2-10, | | | | |К-13 | | | | | |ВБКЭ-10-1600-20 |71 720,00р. | |Цепи управления| |ВБКЭ-10-630-1000-20 |73 370,00р. | |на переменном | | | | |токе с расцеп. | | | | | | |ВБКЭ-10-1600-20 |75 020,00р. | |Цепи управления|Выкатное испонение|ВБКЭ-10-630-1000-20 |75 680,00р. | |на переменном |для К-37 | | | |токе с расцеп. | | | | | | |ВБКЭ-10-1600-20 |79 530,00р. | |Цепи управления|Выкатное испонение|ВБКЭ-10-630-1000-31,5 |95 150,00р. | |на постоянном |для К-59, К-104 | | | |токе | | | | | | |ВБКЭ-10-1600-31,5 |97 790,00р. | |Цепи управления| |ВБКЭ-10-630-1000-31,5 |98 450,00р. | |на переменном | | | | |токе с расцеп. | | | | | | |ВБКЭ-10-1600-31,5 |101 200,00р. | | |Выкатное испонение|ВБКЭ-10-630-1000/20 |69 300,00р. | | |для HL | | | | | |ВБКЭ-10-630-1000/20 |112 200,00р. | |Цепи управления| Стаци| | | | |онарное исполнение| | | | |для | | | | |КРН-III(IV), | | | | |КРУН-6(10)Л| | | | |и КСО | | | | | |ВБЭС-10-31,5/630-1600 |82 830,00р. | | | |ВБЭМ-10-12,5/800 |48 180,00р. | | | |ВБЭМ-10-20/1000 |54 230,00р. | |Цепи управления|Выкатное испонение|ВБЭК-10-20/630-1600 |67 760,00р. | |на переменном и|для К-59,К-104, | | | |постоянном токе|К-161, КМВ, КМ-1Ф | | | | | |ВБЭК-10-31,5/630-1600 |90 090,00р. | | | |ВБЭМ-10-12,5/800 |60 379,00р. | | | |ВБЭМ-10-20/1000 |65 703,00р. | | |Выкатное испонение|ВБЭК-10-20/630-1600 |74 558,00р. | | |для К-IIIУ(VIУ), | | | | |4КВС, | | | | |КРУ2-6(10),КВП-6(1| | | | |0),КВЭ-6(10),К-XII| | | | |,К-XIII, | | | | |К-XXVI, | | | | |К-37; Польская | | | | |ST-7,S9; | | | | |Болгарская | | | | | |ВБЭК-10-31,5/630-1600 |105 270,00р. | | | |ВБЭМ-10-20/1000 |63 910,00р. | | | |ВБЭМ-10-12,5/800 |70 730,00р. | |Цепи упр. на |стационарное |ВБСК-10-12,5/630;1000* |48 158,00р. | |переменном токе|исполнение, для | | | | |замены | | | | |маломаслянных | | | | |выключателей | | | | | |ВБСК-10-20/630;1000* |50 468,00р. | |Цепи упр. на |стационарное |ВВТЭ-М-10-12,5/630* |48 787,00р. | |переменном и |исполнение, для | | | |постоянном токе|ячеек КРУЭ-6П, | | | | |2КВЭ, для замены | | | | |маломаслянных | | | | |выключателей в | | | | |любых типах | | | | |распределительных | | | | |устройствах | | | | | |ВВТЭ-М-10-20/630;1250;1|53 270,00р. | | | |000* | | | | |ВВТЭ-М-10-20/1600* |54 370,00р. | | | |ВВТЭ-М-10-31,5/630;1000|80 963,00р. | | | |* | | | | |ВВТЭ-М-10-31,5/1600* |82 063,00р. | | | |ВБПС-10-20/630;1000* |65 095,00р. | | | |ВБПС-10-20/1600* |66 195,00р. | | | |ВБПС-10-31,5/630;1000* |94 245,00р. | | | |ВБПС-10-31,5/1600* |95 345,00р. | |Цепи упр. на |выкатное |ВБПВ-10-20/630;1000* |71 025,00р. | |переменном и |исполнение, для | | | |постоянном токе|ячеек К-104, К-59,| | | | |КМ -1Ф, замена | | | | |выключателей | | | | |ВК-10, ВКЭ-10 | | | | | |ВБПВ-10-20/630;1000;125|76 520,00р. | | | |0 с БТЗ* | | | | |ВБПВ-10-20/1600* |72 120,00р. | | | |ВБПВ-10-31,5/630;1000* |105 530,00р. | | | |ВБПВ-10-31,5/1600* |106 630,00р. | |Цепи упр. на |выкатное |ВБЧС-Э(П)-10-20/630;100|63 150,00р. | |переменном токе|исполнение, для |0;1250* | | | |ячеек КРУЭ-10, | | | | |КРУЭП-10, | | | | |ПП-10-6-630 | | | | | |ВБЧС-Э(П)-10-20/1600* |64 250,00р. | | | |ВБЧС-Э(П)-10-31,5/630;1|81 640,00р. | | | |000* | | | | |ВБЧС-Э(П)-10-31,5/1600*|82 740,00р. | |Цепи упр. на |выкатное |ВВЭ-М-10-20/630;1000* |69 000,00р. | |постоянном токе|исполнение, для | | | | |ячеек К-104, К-59,| | | | |КМ -1Ф, замена | | | | |выключателей | | | | |ВК-10, ВКЭ-10 | | | | | |ВВЭ-М-10-20/630;1000;12|74 500,00р. | | | |50 с БТЗ | | | | |ВВЭ-М-10-20/1600* |70 100,00р. | | | |ВВЭ-М-10-31,5/630;1000*|103 400,00р. | | | |ВВЭ-М-10-31,5/1600* |104 500,00р. | |Цепи управления|для любых типов |ВБТЭ-М-10-20/630-1250**|47 450,00р. | |на постоянном |КРУ, КСО, | | | |токе |исполнение | | | | |выкатное и | | | | |стационарное | | | | | |ВБТЭ-М-10-20/1600** |48 500,00р. | |Цепи управления| |ВБТЭ-М1-10-20/630-1600*|50 600,00р. | |на переменном | |* | | |токе | | | | |* - Возможна установка на тележках заказчика | |** - Цена уточняются после получения | |бланка-заказа | | |
Список использованной литературы
1. А.А.Федоров «Справочник по электроснабжению и электрооборудованию» (в двух томах, М.: Энергоатомиздат, 1987г.). 2. Ю.Г Барыбин. «Справочник по проектированию электроснабжения.», (М.: Энергоатомиздат, 1990 г., -576 с.:ил.). 3. Б.А. Соколов, Н.Б.Соколова «Монтаж электрических установок», (М.: Энергоатомиздат, 1991 г.,-592 с.:ил.). 4. Интернет http://craw.narod.ru , http://www.vakyym.ru .
| |