Ионно-плазменная технологическая установка для нанесения защитно декоративного покрытия на изделия широкого потребления, страница 17

4.5 Определение времени нанесения покрытия

Определим, какая часть распыляемого материала осаждается на подложку. При условии неравномерного распыления материала во всех направлениях имеет место равенство:

,                                        (4.12)

где  - суммарная площадь поверхности изделий, на которую осаждается покрытие;

     - площадь условной цилиндрической поверхности, на которую осаждались бы все распыленные частицы;

m_р, m_ос – масса распыленного и осажденного на изделия материала.

Тогда можем определить отношение масс распыляемого и осаждаемого покрытия:

.                                                         (4.13)

Масса распыляемого и осажденного покрытия определяется по формуле:

m=Vρ=Sδρ.                                                  (4.14)

Тогда соотношение (4.13) примет вид:

S_оδ_о=1·S_кδ_к ,                                                 (4.15)

где S_о и δ_о – площадь поверхности изделия и толщина наносимого покрытия, S_к и δ_к – площадь распыляемой поверхности и толщина распыленного слоя.

Площадь поверхности изделия определяется по формуле:

,                                                     (4.16)

м².

Из выражения (4.15) можем определить δ_к:

δ_к=δ_о·S_о/S_к                                                                             (3.14)

δ_к=5·10^-9·0,08/0,008=0,05·10^-6 м.

Время нанесения покрытия толщиной 5 нм:

t=δ_к/V_p,                                                         (3.13)

t=0,05·10^-6/35,8·10^-9=1,8·10³ с = 0,5 ч.

Диаметр пластины уменьшается по мере ее распыления, следовательно δ_к несколько увеличивается. Также при уменьшении толщины стенок мишени происходит рост интенсивности распыления в связи с увеличением индукции магнитного поля.

Эти факторы оказывают влияние на расчетный режим распыления, однако не столь существенно. Погрешность составляет не более 10%, и ее можно учесть введением поправочного коэффициента, зависящего от суммарного времени распыления мишени.

Таким образом, время нанесения покрытия толщиной в 5 нм на 1056 изделий из металла составляет 0,5 часа. Столь быстрый процесс нанесения объясняется тем, что толщина наносимого покрытия составляет всего 5 нм.

4.6 Расчёт надёжности получаемой толщины покрытия

Методика расчёта надежности получаемого покрытия взята из [16].

Надёжность получения необходимой толщины покрытия можно определить по формуле:

,                             (4.20)

где d_р – истинное значение толщины покрытия;

s(d) – дисперсия заданной толщины покрытия;

s(d_р) – дисперсия истинного значения толщины покрытия.

Дисперсию заданной толщины покрытия можно определить по формуле:

.                                                  (4.21)

В результате вычисления по формуле (4.21), получаем:

.

Истинное значение толщины покрытия можно определить по формуле:

,                             (4.22)

где I_р – ток распыления, I_р = 14.256 А;

m_Ni – масса атома титана, m_Тi = 2,3×10^-26 кг;

h – эффективность осаждения покрытия на лопатке, h = 0,32.

В результате вычисления по формуле (1.147), получаем:

 (м).

Дисперсию истинного значения толщины покрытия можно определить по формуле:

,         (4.23)

где s(I_р) – дисперсия тока распыления;

s(r_нк) – дисперсия среднего радиуса зоны распыления катода;

s(l_к) – дисперсия длины катода.

Дисперсию тока распыления можно определить по формуле:

.                                         (4.24)

В результате вычисления по формуле (4.24), получаем:

.

Дисперсию среднего радиуса зоны распыления катода можно определить по следующей формуле:

.                                              (4.25)

В результате вычисления по формуле (4.25), получаем:

.

Дисперсию длины катода можно определить по формуле:

.                                              (4.26)

В результате вычисления по формуле (4.26), получаем:

.