Для осуществления процесса модифицирования резин в плазме полимеризующихся газов, а также с ионным ассистированием использовалась вакуумная установка УВН-71 М (рис. 2.1.).
Рисунок 2.1.– Модернизированная установка УВН – 71 М; 1 – установка универсальной автоматической вакуумной откачки; 2 – подколпачное устройство; 3 – шкаф питания и управления подколпачным устройством и ионным источником.
Для получения активной газовой фазы исходного полимера в вакууме использовалась электронная пушка представленная на рисунке 2.2, с термокатодом из вольфрамовой проволоки Æ 0.3 мм, по которому пропускался ток 5 А.
Рисунок 2.2 – Электронная пушка; 1 – корпус; 2 – боковина; 3 – прокладка; 4 – нить.
Для получения пучка ионов использовался источник ионов типа “Радикал” (рис. 2.3.), предназначенный для получения интенсивных пучков ионов азота, аргона, хлор– и фторсодержащих газов. Принцип действия источника заключается в отборе ионов из аномального тлеющего разряда, возбуждаемого между анодом и катодом в скрещенных электрическом и магнитном полях.
Ионный источник позволял регулировать энергию ионов от 0,4 кэВ до 5 кэВ, максимальный ток пучка ионов 0,2 А. Изменение диаметра ионного луча осуществляется в пределах от 100 до 130 мм путем регулирования подаваемого ускоряющего напряжения.
Рисунок 2.3. – Принципиальная схема ионного источника типа “Радикал”; 1 – кольцевой анод, 2 – катод, 3 – катушка, 4 – электромагнитная система, 5 – магнитопровод.
Была исследована внешняя вольтамперная характеристика ионного источника при различных давлениях в вакуумной камере. Зависимость тока источника от напряжения (внешняя вольт-амперная характеристика ионного источника) представлена на рисунке 2.4. На кривой 1 четко наблюдается критический рост тока при незначительном увеличении напряжения ионного источника. Кривые 2 и 3 имеют одинаковый характер. При увеличении напряжения ионного источника до 2 кВ происходит практически линейный рост тока ионного источника. После дальнейшего увеличения напряжения ток фактически не возрастает, что ведет к выходу кривых 2 и 3 на режим насыщения.
Рисунок 2.4. – Внешняя вольт-амперная характеристика ионного источника при различных давлениях в вакуумной камере: 1 – при Р= 4,5 ·10-3 мм. рт. ст., 2 - при Р= 4 ·10-3 мм. рт. ст., 3 - при Р= 3,8 ·10-3 мм. рт. ст., 4 – при Р= 3,6 ·10-3 мм. рт. ст.
Равномерность обработки материалов ионным пучком неотъемлемо зависит от равномерности самого потока. Для исследования равномерности распределения плотности ионов в пучке, было разработано и изготовлено устройство (рис. 2.5.), состоящее из измерительного блока и блока перемещения. Измерение плотности ионного тока производилось с помощью цилиндра Фарадея 1, закрепленного на натянутой между двумя шкивами нити 2. Нить приводилась в движение при вращении ведущего шкива 3, закрепленного на оси редуктора 5, связанного с электродвигателем постоянного тока 4. Ведомый шкив крепился на оси регулятора переменного сопротивления 7. Перемещение ЦФ контролировалось по изменению сопротивления. Скорость перемещения регулировалась изменением напряжения подаваемого на электродвигатель. Сигнал от ЦФ и переменного сопротивления через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) записывался в память компьютера 8. Для непрерывного контроля за давлением в камере, в компьютер также записывались показания вакуумметра ионизационно-термопарного (ВИТ – 2) 9.
Рисунок 2.5. – Схема устройства для исследования равномерности распределения ионного тока по диаметру пучка; 1 – цилиндр Фарадея; 2 – нить; 3 – ведущий шкив; 4 – электродвигатель постоянного тока; 5 – редуктор; 6 – ведомый шкив; 7 – переменное сопротивление; 8 – компьютер; 9 – ВИТ-2.
Устройство размещалось в камере таким образом, чтобы ось входного отверстия ЦФ, установленного в среднее положение между шкивами, совпадала с осью ионного источника. Было также предусмотрено крепление, позволяющее исследовать равномерность распределения ионного тока по диаметру пучка, как по вертикали, так и горизонтали.
В результате были получены распределения плотности тока ионного луча по сечению в вертикальном и горизонтальном направлении. (рис2.6.– 2.7.).
Рисунок 2.6. – Пространственное распределение плотности ионного тока в горизонтальном направлении;1 –ускоряющее напряжение 1 кВ; 2 – 2 кВ; 3 – 3 кВ; 4 – 4 кВ; 5 – 5 кВ; 6 – 6 кВ.ток соленоида 1 А; ионный ток – 0,1 А. давление в камере (2,8– 3,6)·10-3 мм.рт.ст.
Рисунок 2.7. – Пространственное распределение плотности ионного тока в вертикальном направлении; 1 – ускоряющее напряжение 1 кВ, 2 – 2 кВ, 3 – 3 кВ, 4 – 4 кВ, 5 – 5 кВ, 6 – 6 кВ;ток соленоида – 1 А; ионный ток – 0,1 А;давление в камере (2,8– 3,6)·10-3 мм.рт.ст.
Из полученных зависимостей видно, что распределение ионного тока по сечению пучка неоднородно, что связано с конструктивными особенностями ионного источника, также свой вклад вносит тепловой разброс по энергиям, присутствующий в аномальном тлеющем разряде. Соответствующие значения плотностей ионного тока в горизонтальном и вертикальном направлениях, при прочих равных условиях, отличаются незначительно. Отличие наблюдается из-за изменений парциального давления в вакуумной камере в пределах (2,8 – 3,6 )·10-3 мм.рт.ст. С увеличением давления плазмоообразующего газа увеличивается ионный ток и соответственно плотность ионного тока. При воздействии (в том числе и тепловом) ионного пучка на оснастку, стенки камеры, образец, происходит газовыделение, на атомах которого может рассеиваться, ионый пучок и как следствие уменьшаться плотность тока ионного луча, попадающего на регистрирующее устройство (ЦФ). Изменение плотностей ионного тока (рис.2.6 – 2.7.) с увеличением ускоряющего напряжения объясняется тем, что подаваемое ускоряющее напряжение является и напряжением, поддерживающим горение аномального тлеющего разряда в источнике, при увеличении напряжения ток разряда возрастает и количество ионов, вытягиваемых электрическим полем из разряда также возрастает [55].
Для получения максимальной равномерности обработки полимерных пленок, исходя из выявленной неоднородности плотности тока по сечению пучка были приняты во внимание следующие ограничения:
- размер обрабатываемых образцов не должен превышать 20 ´ 20 мм, в противном случае пучок должен равномерно сканировать обрабатываемую поверхность;
- крепление образца при обработке производилось в точке с координатами X = 90 мм; Y = 62 мм. (на рис.2.5, 2.6., координаты обозначены линиями).
- Измерение краевых углов смачивания пленок жидкостью производились как можно ближе к центру образца.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
