Ионно-плазменная технологическая установка для нанесения защитно декоративного покрытия на изделия широкого потребления, страница 7

Данная, ионно-плазменная технологическая установка, которая разработана в дипломном проекте является универсальной, так как ее можно использовать для нанесения покрытия на детали широкого потребления, которые имеют различные форму и размер, и выполнены из металла, пластмассы, а также из стекла. В работе рассмотрено нанесение покрытия на изделия из металла и соответственно разработан технологический процесс осаждения покрытия на изделия из металла.

В данном проекте в соответствии с полученным заданием выбрано нанесение покрытия нитрид-титановое толщиной до 10 мкм.

1.2 Выбор геометрии мишени и положения подложки в МРС

Поскольку геометрия распыляемой поверхности в магнетронных системах очень разнообразна, то можно выбрать такую конфигурацию мишени, которая обеспечит требуемую равномерность распределения пленки по толщине на поверхности подложки (неравномерность по толщине  5%) [17].

Введем обозначения:

R_p – расстояние от точки конденсации до центра подложки,

R_p =0,05 м [17];

b - угол конусности распыляемой поверхности мишени;

Н – минимальное расстояние от подложки до мишени;

R – текущий радиус мишени;

R₁ – внутренний радиус зоны распыления;

R₂ – внешний радиус зоны распыления;

R* - средний радиус зоны распыления.

Поскольку проектируется плоская планарная МРС, то угол конусности распыляемой поверхности мишени равен b=0 [17].

Воспользуемся зависимостями, предложенными в работе [17].

Определим соответствующее углу b значение Н/R* с учетом требуемой равномерности распределения пленки по толщине [17]:

Найдем величину R_p/R*, характеризующую максимальную площадь пленки с заданной равномерностью толщины, соответствующую выбранному b [17]:

Из соотношений (1.1) и (1.2) определим размер мишени (R*) и положение подложки (Н): R*=0,050 м; Н=0,0515 м.

Зададимся значениями R₁ и R₂, удовлетворяющими условию:

Из конструктивных соображений примем R₁=0,07 м, R₂=0,03 м.

2 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КАМЕРЫ

2.1 Описание проектируемой технологичекой установки

Согласно техническому заданию требуется спроектировать ионно-плазменную технологическую установку для нанесения защитно-декоративных покрытий на поверхности изделий широкого потребления.

Технологическая установка включает в себя вакуумную систему, систему электропитания, систему водяного охлаждения и систему хранения и подачи рабочего и реагентного газа.

Очистка поверхности – одна из операций технологического процесса нанесения покрытий. Для очистки используют ускоритель с анодным слоем, который располагается в одном из фланцев, приваренных к ВК.

Напыление производится с помощью планарных магнетронных распылительных систем, также располагаемых в горловинах ВК. Напыление и очистка осуществляется при сложном (планетарном) движении обрабатываемых изделий.

Система напыления состоит из четырех магнетронов. Магнетрон представляет собой лист из распыляемого материала, за которым расположены постоянные магниты, создающие магнитное поле над распыляемой поверхностью. Напыление осуществляется в среде плазмообразующего газа аргона и реагентного газа азота. Распыление материала происходит за счет бомбардировки поверхности мишени ионами рабочего газа, образующимися в плазме аномального тлеющего разряда.

Принцип действия магнетрона заключается в том, что ионы плазмообразующего газа, бомбардируя катод-мишень, выбивают атомы напыляемого материала. Выбитые таким образом атомы материала катода-мишени, двигаются в направлении подложки. В результате чего происходит осаждение материала катода на поверхность подложки. Удержание слоя атомов на поверхности подложки осуществляется за счет химических связей, возникающих между материалом подложки и материалом катода-мишени. Для того чтобы указанная химическая связь имела место, перед непосредственным напылением осуществляется предварительная очистка поверхности подложки. Магнетроны размещены в горловинах технологической камеры и закреплены на фланцах, имеющих вакуумное уплотнение. Вакуумные вводы для подвода электроэнергии, вводы для подачи охлаждающей жидкости в трубчатые аноды, а также газовые вводы для подачи рабочего вещества закреплены на фланцах технологической установки.