Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією

Реферат: UA 101342 U UA 101342 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технології нанесення покриттів на вироби різноманітного призначення, далі підкладки, у вакуумі з іонно-плазмовою активацією і може бути використана, зокрема, для нанесення функціональних покриттів на вироби машинобудування, у тому числі захисних термобар'єрних покриттів на лопатки високотемпературних газових турбін, шляхом осадження вихідного матеріалу в середовищі активованого реакційного газу. Відомий пристрій для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією, який містить джерело молекулярного потоку вихідного матеріалу, що осаджують на підкладки, джерело електричного живлення для джерела молекулярного потоку вихідного матеріалу, тримач підкладок і джерело реакційного газу, при цьому джерело молекулярного потоку вихідного матеріалу виконано у вигляді електророзрядного джерела з катодом, виготовленим з вихідного матеріалу [1, с. 208-212]. Недоліком відомого пристрою є недостатня активація реакційного газу (тобто недостатні його іонізація і збудження) і мала концентрація активних часток реакційного газу, які тільки попутно генеруються у джерелі молекулярного потоку вихідного матеріалу, тому що це джерело виконує іншу функцію і його не оптимізують для активації реакційного газу. Також відомій пристрій для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією, який містить джерело молекулярного потоку вихідного матеріалу, який осаджують на підкладки, джерело електричного живлення для джерела молекулярного потоку вихідного матеріалу, тримач підкладок і джерело реакційного газу, при цьому джерело молекулярного потоку вихідного матеріалу виконано у вигляді електронно-променевого випарника з тиглемутримувачем вихідного матеріалу, а до тримача підкладок додатково підключають генератор напруги негативного зміщення [2, с. 221-222]. Недоліком цього пристрою також є мала концентрація іонів реакційного газу із-за низької іонізації газу електронами променю, тому що вони мають дуже високу енергію (~10-30 кеВ). Внаслідок цього потенціал іонно-плазмової активації не використовують у повній мірі. Найбільш близьким по технічній суті до пропонованої корисної моделі є пристрій для термоіонного нанесення покриттів у вакуумі [3, с. 188-189]. Цей пристрій містить джерело молекулярного потоку вихідного матеріалу, що осаджують на підкладки, джерело електричного живлення для джерела молекулярного потоку вихідного матеріалу, тримач підкладок, генератор напруги негативного зміщення, який підключений до тримача підкладок, джерело реакційного газу, а також іонізатор-активатор, який з'єднаний з джерелом реакційного газу і який виконаний у вигляді індуктора, що підключений до високочастотного генератора, при цьому джерело молекулярного потоку вихідного матеріалу виконано у вигляді електронно-променевого випарника з тиглем-утримувачем вихідного матеріалу, а індуктор розташований між тиглемутримувачем і тримачем підкладок безпосередньо в молекулярному потоці вихідного матеріалу. Недоліком даного пристрою є те, що обмежена тривалість стабільної роботи між перервами для очистки індуктора від конденсату, який осів на ньому. Тривалість безперервної стабільної роботи може складати лише декілька годин, коли швидкість осадження покриттів Vd. складає 510 мкм за хвилину. Причина цього полягає в тому, що індуктор знаходиться безпосередньо в потоці пари вихідного матеріалу і на ньому осідає сконденсований вихідний матеріал. Осадок змінює геометрію і масу індуктора, приводить до електричного пробою, дуговому розряду і короткому замиканню між витками. Тобто параметри високочастотного плазмового індукційного розряду і активації реакційного газу змінюються, і тому потрібні періодичні перерви в роботі пристрою для очистки індуктора від осаду. В основу корисної моделі поставлено задачу збільшення періоду безперервної стабільної роботи пристрою для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в пристрої для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією, який містить джерело молекулярного потоку вихідного матеріалу, що осаджують на підкладки, джерело електричного живлення для джерела молекулярного потоку вихідного матеріалу, тримач підкладок, генератор напруги негативного зміщення, який підключений до тримача підкладок, джерело реакційного газу, іонізаторактиватор, який з'єднаний з джерелом реакційного газу і який виконаний у вигляді індуктора, що підключений до високочастотного генератора, новим є те, що пристрій додатково містить кожухекран, який відкритий з боку підкладок і в якому розміщений індуктор, при цьому іонізаторактиватор і тримач підкладок розташовані навпроти один одного на одній загальній осі, перпендикулярній осі джерела молекулярного потоку вихідного матеріалу. Крім того, пристрій для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією додатково містить перший імпульсний модулятор, який включений між джерелом молекулярного потоку вихідного матеріалу і джерелом електричного живлення для джерела молекулярного потоку вихідного матеріалу, другий імпульсний модулятор, який включений між 1 UA 101342 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 іонізатором-активатором і високочастотним генератором, третій імпульсний модулятор, який включений між тримачем підкладок і генератором напруги негативного зміщення, імпульсний клапан, який включений між джерелом реакційного газу і активатором-іонізатором, а також блок управління і синхронізації, при цьому перший імпульсний модулятор, другий імпульсний модулятор, третій імпульсний модулятор та імпульсний клапан підключені до блока управління і синхронізації. На Фіг. наведені схеми пристрою для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією. На Фіг. 1 наведена схема пристрою для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією з джерелом молекулярного потоку вихідного матеріалу, що осаджують на підкладки, у вигляді електророзрядного джерела з катодом, виготовленим з вихідного матеріалу. На Фіг. 2 наведена схема пристрою для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією з джерелом молекулярного потоку вихідного матеріалу, що осаджують на підкладки, у вигляді променевого джерела з тиглем-утримувачем вихідного матеріалу. На Фіг. 3 і Фіг. 4 показані можливі виконання індуктора. На Фіг. подібні частини позначені однаковими номерами позицій. Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією містить елементи, розміщені у вакуумному об'ємі 1, умовно показаному на Фіг. 1 і Фіг. 2 штриховою лінією, і елементи, що розташовані поза цим об'ємом. Вакуумний об'єм 1 обмежується стінками герметичної технологічної камери (не показана на Фіг.) і з'єднаний з системою відкачування газів 2, яка здатна знижувати тиск повітря у вакуумному об'ємі 1 до тиску залишкового газу -2 нижче 10 Па. В вакуумному об'ємі 1 знаходиться тримач підкладок 3 із закріпленими на ньому підкладками 4, на які наноситься покриття. В вакуумному об'ємі 1 також розміщується джерело молекулярного потоку вихідного матеріалу, яке позначене позицією 5 на Фіг. 1 і позицією 6 на Фіг. 2. Молекулярний потік вихідного матеріалу, що осаджують на підкладки 4, позначений на Фіг. 1 і Фіг. 2 позицією 7 і схематично показаний стрілками, спрямованими від джерел 5 і 6 до підкладок 4. В вакуумному об'ємі 1 також знаходиться іонізатор-активатор 8 для реакційного газу. Призначення іонізатора-активатора 8 є іонізація і активація реакційного газу для забезпечення фізико-хімічного синтезу на підкладках 4 покриття потрібного складу (зазвичай стехіометричного складу), потрібної мікроструктури та адгезії покриття до підкладок 4. Тримач підкладок 3 закріплений на валу-штоку 9, який з'єднаний з електроприводом і механізмами (не показані на Фіг.) для обертання вала-штока 9 навколо осі 10 і його переміщення вздовж цієї ж осі. Таким чином, вал-шток 9 також забезпечує обертання підкладок 4 навколо осі 10 і їх переміщення вздовж цієї ж осі. Можливі напрямки обертання і осьового переміщення вал-штока 9 і тримача підкладок 3 показані на Фіг. 1 і Фіг. 2 стрілками 11. Тримач підкладок 3 також забезпечений механізмами (не показані на кресл.) для обертання підкладок 4 навколо їхніх осей. Можливі напрямки обертання підкладок 4 показані на Фіг. 1 і Фіг. 2 стрілками 12. Обертання і осьове переміщення підкладок 4 забезпечує нанесення на їх поверхню рівномірного по товщині покриття. Вал-шток 9 також забезпечує осьове переміщення тримача підкладок 3 разом з підкладками 4 з вакуумного об'єму 1 в суміжній об'єм, наприклад, в шлюзову камеру (не показана на Фіг.), для виконання допоміжних технологічних операцій, крім нанесення покриття. На Фіг. 1 джерело 5 молекулярного потоку вихідного матеріалу виконано у вигляді електророзрядного джерела з катодом, виготовленим з вихідного матеріалу, тобто цей матеріал у вигляді твердої речовини служить катодом електричного плазмового розряду і його витрачають при роботі за рахунок дії розряду. Електророзрядне джерело може бути дуговим випарником на основі вакуумного дугового розряду або магнетронним розпилювачем на основі магнетронного газового розряду. Завдяки тому, що у електророзрядному джерелі вихідний матеріал для нанесення покриття знаходиться в твердому стані, джерело 5 молекулярного потоку вихідного матеріалу розташовують знизу (як показано на Фіг. 1) або зверху, або збоку від підкладок 4. Джерело 5 молекулярного потоку вихідного матеріалу може бути виконано у вигляді декількох блоків для збільшення запасу вихідного матеріалу, що осаджують на підкладки 4. На Фіг. 2 джерело 6 молекулярного потоку вихідного матеріалу виконано у вигляді променевого джерела, яке включає гармату 13 і тигель-утримувач 14 вихідного матеріалу 15, що осаджують на підкладки 4. Молекулярний потік 7 вихідного матеріалу формують шляхом випаровування за рахунок енергії сфокусованого променя 16 часток (електронів, фотонів, газової плазми, іонів). Відповідно, гармата 13 як джерело променя 16 вказаних часток виконано у вигляді електронно-променевої гармати або фотонної гармати чи лазера, або плазмової 2 UA 101342 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 гармати, або іонно-променевої гармати. Оскільки вихідний матеріал 15 може знаходитися в розплавленому стані, тигель-утримувач 14 розміщують внизу під підкладками 4, щоб запобігти витіканню з тигля-утримувача 14 рідкого розплаву вихідного матеріалу 15. Джерело (позиція 5 на Фіг. 1 або позиція 6 на Фіг. 2) молекулярного потоку вихідного матеріалу підключено до джерела електричного живлення (відповідно, позиція 17 на Фіг. 1 або позиція 19 на Фіг. 2). Виконання і параметри джерела (17 або 19) електричного живлення і його підключення до джерела (тобто 5 або 6) молекулярного потоку вихідного матеріалу залежить від виду та характеристик останнього. Між джерелом 5 молекулярного потоку вихідного матеріалу і джерелом електричного живлення 17 додатково включений перший імпульсний модулятор 18. Він призначений для здійснення імпульсного режиму підтримання електричного плазмового розряду у електророзрядному джерелі 5 молекулярного потоку вихідного матеріалу. Імпульсний режим забезпечує стабільні плазмові розряди в реакційному газовому середовищі і, відповідно, стабільну роботу джерела 5 молекулярного потоку вихідного матеріалу при високошвидкісному осадженні покриттів на підкладки 4 з мінімальним вмістом або зовсім без небажаних мікрокраплин в молекулярному потоці 7 вихідного матеріалу 15. Імпульсний режим дозволяє регулювати середню потужність і температурний режим джерела 5 молекулярного потоку вихідного матеріалу шляхом зміни коефіцієнта заповнення імпульсів або частоти їх повторення. Параметри першого імпульсного модулятора 18 вибирають в діапазоні тривалості імпульсів 0,5 мкс-100 мс при частоті повторення імпульсів від 1 Гц до 1 МГц. Між джерелом електричного живлення 19 і гарматою 13 також додатково включений перший імпульсний модулятор 20 для реалізації імпульсного режиму генерації променя 16. Імпульсний режим забезпечує стабільне високошвидкісне випаровування вихідного матеріалу 15 з тигляутримувача 14 в реакційному газовому середовищі і дозволяє регулювати середні швидкості випаровування і нанесення покриттів при високому рівні миттєвої потужності променя 16 шляхом зміни коефіцієнта заповнення імпульсів або частоти їх повторення. Високошвидкісне випаровування сприяє конгруентності випаровування окремих компонентів вихідного матеріалу 15 складного вмісту і дає змогу отримати відповідний вміст покриттів. Параметри першого імпульсного модулятора 20 вибирають в діапазоні тривалості імпульсів 1 мкс-100 мс при частоті повторення від 1 Гц до 100 кГц. В вакуумному об'ємі 1 іонізатор-активатор 8 і тримач підкладок 3 розташовані навпроти один одного на одній загальній осі 10, перпендикулярній осі 21 джерела 5 (Фіг. 1) або 6 (Фіг. 2) молекулярного потоку вихідного матеріалу. Іонізатор-активатор 8 виконаний у вигляді індуктора 22, який розміщують в кожусі-екрані 23, що відкритий з боку підкладок 4 (Фіг. 1, Фіг. 2). Реакційний газ містять в джерелі реакційного газу 24, який газопроводом 25 сполучений з внутрішнім об'ємом кожуха-екрана 23 іонізаторактиватор 8. Напрямок потоку реакційного газу в газопроводі 25 показано стрілками 26. В області розташування індуктора 22 в потоці реакційного газу за рахунок електромагнітного поля цього індуктора створюють газовий розряд, в якому газ іонізують, збуджують, дисоціюють з утворенням радикалів, тобто хімічно активують. Напрямок потоку активованого реакційного газу до підкладок 4 показано на Фіг. 1 і Фіг. 2 стрілками 27. На газопроводі 25 встановлений імпульсний клапан 28 для багаторазового локального підвищення концентрації реакційного газу всередині іонізатора-активатора 8 в моменти спрацьовування імпульсного клапана 28. Це стимулює виникнення і підтримку розряду в середовищі реакційного газу в області індуктора 22 і збільшує концентрацію активних газових частинок, зокрема іонів, близько підкладок 4. При цьому зберігається низька середня концентрація газу в вакуумному об'ємі 1 і не відбувається розсівання молекулярного потоку 7 вихідного матеріалу на частках реакційного газу, не знижується швидкість нанесення покриття стехіометричного складу і не порушуються умови стабільної роботи джерела 5 (або 6) молекулярного потоку вихідного матеріалу. Індуктор 22 підключений до високочастотного генератора 29. Робочу частоту вибирають в діапазоні від 22 кГц до 2,45 ГГц. Високочастотне живлення індуктора забезпечує більш стабільне збудження і підтримку індукційного розряду, особливо при осадці на витках індуктора 22 діелектричного шару з конденсованого вихідного матеріалу. Між іонізатором-активатором 8 (індуктором 22) і високочастотним генератором 29 додатково включений другий імпульсний модулятор 30 для здійснення імпульсного режиму підтримки газового розряду в іонізаторіактиваторі 8. Імпульсний режим дозволяє підтримувати стабільний газовий розряд в реакційному середовищі (завдяки придушенню дугоутворення на індукторі) і регулювати середню потужність розряду і температурний режим іонізатора-активатора 8 при високому рівні миттєвої потужності шляхом зміни коефіцієнта заповнення імпульсів або частоти їх повторення. 3 UA 101342 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Введення імпульсного модулятора 30 також дозволяє знизити робочу частоту індуктора 22 з мегагерцового до кілогерцового рівня, що істотно спрощує і здешевлює апаратуру і знижує величину електромагнітного випромінювання. Параметри другого імпульсного модулятора 30 вибирають в діапазоні тривалості імпульсів 1 мкс-10 мс при частоті повторення від 1 Гц до 100 кГц. До тримача підкладок 3 підключений генератор напруги негативного зміщення 31 за допомогою контактного вузла 32. Позитивний полюс генератора напруги негативного зміщення 31 з'єднаний з заземленим корпусом технологічної камери (не показана на кресл.) з вакуумним об'ємом 1. Призначення генератора напруги негативного зміщення 31 - прискорювати іони реакційного газу, які генерують в іонізаторі-активаторі 8. Прискорені іони необхідні для бомбардування підкладок 4 з метою інтенсифікації синтезу покриття потрібного складу, для впливу на процес формування потрібної мікроструктури покриття і забезпечення адгезії покриття к підкладкам 4 за рахунок кінетичної енергії іонів. Між генератором напруги негативного зміщення 31 і тримачем підкладок 3 додатково включений третій імпульсний модулятор 33. Застосування цього модулятора дозволяє використовувати генератор постійної напруги негативного зміщення 31 з отриманням імпульсномодульованого зміщення в діапазоні частот від одиниць герц до сотень кілогерц. Параметри третього імпульсного модулятора 33 вибирають в діапазоні тривалості імпульсів 1 мкс-1 мс. Імпульсний модулятор 33 доцільно рекомендувати і при подачі на тримач підкладок 3 напруги від генератора напруги негативного зміщення 31 з робочою частотою в одиниці-десятки мегагерц, тобто для подачі на тримач підкладок амплітудно-імпульсно-модульованої високочастотної напруги. Імпульсна модуляція напруги негативного зміщення дозволяє здійснювати високоенергетичний іонний вплив на процес формування покриття на підкладках і при цьому регулювати середню швидкість енерговиділення шляхом зміни коефіцієнта заповнення імпульсів або частоти їх повторення. Імпульсна модуляція напруги негативного зміщення, тобто періодичне переривання цієї напруги, придушує дугоутворення на поверхні підкладок 4 при підвищеній концентрації іонів поблизу підкладок 4. Це забезпечує стабільну роботу пристрою при підвищенні потужності плазмового індукційного розряду в іонізаторіактиваторі 8 для реакційного газу, а що потрібно для одержання високої швидкості випаровування і нанесення покриттів. Для забезпечення функціонування всього пристрою для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією, додатково введено блок управління і синхронізації 34, що виконує функції центрального процесора/контролера, пов'язаного з усіма частинами пристрою, в тому числі з системою відкачування газів 2, джерелом електричного живлення (17 на Фіг. 1 або 19 на Фіг. 2) для джерела (відповідно, 5 на Фіг. 1 або 6 на Фіг. 2) молекулярного потоку вихідного матеріалу, джерелом реакційного газу 24, імпульсним клапаном 28, високочастотним генератором 29, генератором напруги негативного зміщення 31, першим імпульсним модулятором (18 або 20), другим імпульсним модулятором 30, третім імпульсним модулятором 33, електроприводом (не показаний на Фіг. 1 і Фіг. 2) тримача підкладок 3. Зв'язки блока управління і синхронізації 34 з вказаними частинами пристрою для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією показані лініями на Фіг. 1 та Фіг. 2. Блок управління і синхронізації 34 генерує керуючі сигнали для електричних частин пристрою для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією і отримує від цих же частин сигнали зворотнього зв'язку для здійснення адаптивного управління вказаного пристрою для нанесення покриттів. В якості блока управління і синхронізації 34 можна використовувати мікроелектронну обчислювальну машину або мікропроцесор, керовані вбудованим в них програмним забезпеченням. Окремі компоненти пристрою для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією також можуть містити локальні процесори/контролери для управління роботою цих компонентів. Застосування в якості робочого органу іонізатора-активатора 8 для реакційного газу індуктора 22, тобто індуктивної високочастотної антени, забезпечує стабільне виникнення і підтримку високочастотного розряду в середовищі реакційного газу при вельми низьких тисках -2 (до 10 Па). Як відомо, низькі тиски газу переважні для процесів осадження покриттів з молекулярних потоків вихідного матеріалу. На Фіг. 1 і Фіг. 2 схематично показана конструкція індуктора 22 у вигляді плоскої спіралі, яка забезпечує компактність всієї конструкції іонізатораактиватора 8 при значному його діаметральному розмірі (10…100 см). При потужності індукційного розряду вище 100 Вт індуктор 22 виготовляють з металевої трубки, згорнутої в спіраль, з пропущенням через трубку охолоджуючої рідини, наприклад, води. Індуктор може бути неізольованим або з діелектричним покриттям. 4 UA 101342 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Також можливе виконання індуктора 22 у вигляді циліндричної або конічної спіралі, як показано, відповідно, на Фіг. 3 і Фіг. 4. У разі конічної спіралі, кожух-екран 23 іонізатораактиватора 8 виконують також у вигляді конуса (Фіг. 4). Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією містить заслінку (не показана на Фіг.) для переривання молекулярного потоку 7 вихідного матеріалу до підкладок 4 в періоди виконання допоміжних операцій. У ці періоди заслінка розміщується між джерелом 5 (або 6) молекулярного потоку вихідного матеріалу і підкладками 4. Також можуть застосовуватися нагрівачі (не показані на Фіг.) для додаткового нагріву підкладок 4. Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією працює таким чином. Роботу даного пристрою розглянемо на прикладі установки з джерелом 6 молекулярного потоку вихідного матеріалу, яке виконано у вигляді променевого джерела з електроннопроменевим випаровуванням для генерації молекулярного потоку 7 (Фіг. 2). Підкладками 4 будуть лопатки газових турбін, а покриття - захисне термобар'єрне покриття з оксиду цирконію, стабілізованого оксидом ітрію. В тигель-утримувач 14 (Фіг. 2) поміщають вихідний матеріал 15, що випаровується (заготовку/злиток складу ZrO2+7 %Y2O3). Підкладки 4 закріплюють на тримачі підкладок 3. Включають систему відкачування газів 2 для відкачування вакуумного об'єму 1 в технологічній камері та інших камерах, якщо вони є в складі установки, наприклад, камери завантаження-вивантаження підкладок. Тиск залишкового газу у вакуумному об'ємі 1 3 забезпечується не вище 10" Па. Заслінка для переривання молекулярного потоку 7 до підкладок 4 знаходиться в положенні "Закрито". Підкладки 4 попередньо прогрівають з метою знегажування. Прогрів здійснюють за допомогою резистівного, лампового або електроннопроменевого нагрівача, які вводять до складу установки. Включають електропривод тримача підкладок 3 для здійснення обертання підкладок 4 і більш рівномірного їх нагрівання. Потім включають подачу реакційного газу-кисню (джерело реакційного газу 24 та імпульсний клапан 28), і кисень по газопроводу 25 надходить в іонізатор-активатор 8 (всередину кожуха-екрана 23). Включають високочастотний генератор 29 та другий імпульсній модулятор 30, і навколо індуктора 22 іонізатора-активатора 8 виникає розряд в середовищі кисню, активні частинки якого, включаючи кисневі іони, надходять до підкладок 4. Включають генератор напруги негативного зміщення 31 та третій імпульсний модулятор 33, і через контактний вузол 32 на тримач підкладок 3 подають напругу негативного зміщення необхідної величини для прискорення кисневих іонів до підкладок 4 та здійснення іонної очистки поверхні лопаток. Іонне бомбардування призводить до додаткового нагрівання підкладок 4. Блок управління і синхронізації 34 керує режимами роботи електричних компонентів і, зокрема, синхронізує імпульси другого імпульсного модулятора 30, третього імпульсного модулятора 33 з роботою імпульсного клапана 28 таким чином, що вказані імпульсні модулятори генерують імпульси в період, коли імпульсний клапан 28 вприскує реакційний газ (кисень) в іонізатор-активатор 8. Блок управління і синхронізації 34 також контролює температуру підкладок 4 (за допомогою термопар або іншого відомого засобу) і управляє параметрами напруги зміщення (наприклад, шляхом зміни коефіцієнта заповнення або частоти проходження імпульсів в третьому імпульсному модуляторі 33), щоб не перегріти лопатки. Тим часом готують до роботи електронно-променевий випарник: включають джерело електричного живлення 19 і електроннопроменеву гармату 13 та перший імпульсний модулятор 20. Сфокусований електронний промінь 16 направляють на вихідний матеріал 15 для його розігріву до відповідної температури. Для більш рівномірного нагріву вказаного матеріалу і для уникнення його розбризкування електронний промінь 16 сканує поверхню вихідного матеріалу 15 по закону у вигляді декількох кіл або кругового растрового розгорнення. На поверхні вихідного матеріалу 15 формується ванна розплавленої речовини, яка випаровується і формує молекулярний потік 7 вихідного матеріалу. Після завершення підготовчих операцій заслінку відкривають і молекулярний потік 7 вихідного матеріалу потрапляє на поверхню підкладок 4 (лопаток в даному випадку) з утворенням на ній покриття. Блок управління і синхронізації 34 встановлює електричний і газовий режим роботи іонізатора-активатора 8 для кисню, параметри напруги зміщення на підкладках 4 та їх нагріву, а також режим випаровування вихідного матеріалу 15 (тобто параметри джерела електричного живлення 19 та першого імпульсного модулятора 20) такими, при яких формується на лопатках покриття із заданими параметрами (заданими мікроструктурою і властивостям) при заданій швидкості осадження Vd. При цьому кожух-екран 23 іонізатора-активатора 8 виконує дві важливі функції. Перша функція - обмеження об'єму, в якому міститься реакційний газ і підтримується за допомогою індуктора 22 індукційний розряд, який активує реакційний газ. Це забезпечує підвищену локальну концентрацію газу і активних газових частинок поблизу підкладок 4 при низькій 5 UA 101342 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 середній концентрації газу в вакуумному об'ємі 1. Друга функція - екранування індуктора 22 від запилення, тобто від осадження на ньому речовини з розсіяного молекулярного потоку 7 вихідного матеріалу. Для цього протяжність кожуха-екрана 23 вздовж осі 10 повинна бути такою, щоб стінки кожуха затінювали індуктор 22 від молекулярного потоку 7 вихідного матеріалу, тобто щоб індуктор 22 був поза прямої видимості джерела молекулярного потоку вихідного матеріалу (відповідно, 5 на Фіг. 1 або 6 на Фіг. 2). Таким чином, на індуктор 22 практично не осаджується конденсат вихідного матеріалу, і він працює без електричних пробоїв, дугових розрядів і коротких замикань. Це суттєво збільшує тривалість між перервами для очистки індуктора від конденсату, дозволяє підвищити потужність індукційного розряду і концентрацію активних частинок реакційного газу в іонізаторі-активаторі 8 і реалізувати в повній мірі ефект іонно-плазмової активації при високої швидкості випаровування і нанесення покриттів. Типова величина швидкості осадження Vd складає одиниці-десятки мікрон в хвилину при потужності електронно-променевої гармати 13 в діапазоні 30-60 кВт і геометричної швидкості випаровуванні злитку вихідного матеріалу до 1 мм за хвилину. При цьому пристрій для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією працює стабільно завдяки запропонованій конструкції іонізатора-активатора 8 і способу його розміщенню в даному пристрою, а також завдяки запропонованим конфігураціям і параметрам електричних компонентів даного пристрою, які забезпечують безаварійне електричне живлення при проведенні процесу нанесення покриття. Відсутність електричних пробоїв, дугових розрядів і коротких замикань дозволяє підвищити потужність плазмового індукційного розряду в іонізаторіактиваторі 8 до рівня порядку 10-20 кВт і реалізувати в повній мірі ефект іонно-плазмовою активації при високошвидкісному нанесенню покриття. Після нанесення покриття заданої товщини закривають заслінку, вимикають вказані компоненти пристрою для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією крім системи відкачування газів 2. Після охолодження підкладок 4 вони виймаються з технологічної установки. Потім нову партію підкладок 4 закріплюють на тримачі підкладок 3, і процес нанесення покриття повторюється. Оскільки на індуктор 22 осаджується конденсат вихідного матеріалу з дуже малою швидкістю, тривалість між перервами для очистки індуктора 22 від конденсату досягає 100-200 годин. Аналогічно працює пристрій для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією при використанні інших описаних вище видів джерел молекулярного потоку вихідного матеріалу, що осаджують на підкладки. Вибір виду джерела при розробці технології нанесення покриття залежить від типу підкладки, призначення покриття і виду вихідного матеріалу, а також економічних міркувань. Так, наприклад, при нанесенні декоративних та захисних покриттів доцільно застосовувати електророзрядні джерела з катодом, виготовленим з вихідного матеріалу; при нанесенні зносостійких покриттів на інструмент - електророзрядне джерело у вигляді дугового випарника на основі вакуумного дугового розряду або променеве джерело із сфокусованим променем плазми; при нанесенні покриттів на оптичні та електронні виробі - електророзрядне джерело у вигляді магнетронного розпилювача або променеве джерело, в якому молекулярний потік вихідного матеріалу, що осаджують на підкладки, формують за рахунок енергії сфокусованого променя часток (електронів, фотонів, іонів), які генерують за допомогою електроннопроменевих, лазерних та іонно-променевих гармат. Таким чином, запропоновані конструкція індукційного іонізатора-активатора, геометрія його розміщення відносно тримача підкладок та джерела молекулярного потоку вихідного матеріалу, який осаджують на підкладки, схема подачі реакційного газу в іонізатор-активатор, конфігурація і параметри електричної частини пристрою для нанесення покриттів у вакуумі з іонноплазмовою активацією забезпечують продовження в десятки разів тривалості стабільної безперервної експлуатації у порівняні з відомим пристроєм для термоіонного нанесення покриттів у вакуумі, який містить індуктор, розташований в молекулярному потоці вихідного матеріалу. Відсутність в запропонованої корисної моделі в період безперервної експлуатації електричних пробоїв, дугових розрядів і коротких замикань дозволяє підвищити потужність плазмового індукційного розряду в іонізаторі-активаторі в декілька разів і реалізувати в повній мірі ефект іонно-плазмовою активації зі зниженням при необхідності температури підкладок на сотні градусів. Джерела інформації: 1. Мовчан Б.А., Малашенко И.С. Жаростойкие покрытия, осаждаемые в вакууме. -К.: Наукова думка, 1983. - 232 с. 6 UA 101342 U 2. Шиллер 3., Гайзиг У., Панцер 3. Электронно-лучевая технология. -М.: Энергия, 1980. 528с. 3. Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких плёнок. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 328 с. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 1. Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією, який містить джерело молекулярного потоку вихідного матеріалу, що осаджують на підкладки, джерело електричного живлення для джерела молекулярного потоку вихідного матеріалу, тримач підкладок, генератор напруги негативного зміщення, який підключений до тримача підкладок, джерело реакційного газу, іонізатор-активатор, який з'єднаний з джерелом реакційного газу і який виконаний у вигляді індуктора, що підключений до високочастотного генератора, який відрізняється тим, що додатково містить кожух-екран, який відкритий з боку підкладок і в якому розміщений індуктор, при цьому іонізатор-активатор і тримач підкладок розташовані навпроти один одного на одній загальній осі, перпендикулярній осі джерела молекулярного потоку вихідного матеріалу. 2. Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі з іонно-плазмовою активацією за п. 1, який відрізняється тим, що додатково містить перший імпульсний модулятор, який включений між джерелом молекулярного потоку вихідного матеріалу і джерелом електричного живлення для джерела молекулярного потоку вихідного матеріалу, другий імпульсний модулятор, який включений між іонізатором-активатором і високочастотним генератором, третій імпульсний модулятор, який включений між тримачем підкладок і генератором напруги негативного зміщення, імпульсний клапан, який включений між джерелом реакційного газу і активатороміонізатором, а також блок управління і синхронізації, при цьому перший імпульсний модулятор, другий імпульсний модулятор, третій імпульсний модулятор та імпульсний клапан підключені до блока управління і синхронізації. 7 UA 101342 U 8 UA 101342 U 9 UA 101342 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10