Спосіб динамічного контролю компонентного складу при металевому багатокомпонентному вакуумному покритті

Изобретение относится к области анализа материалов путем разделения на составные части с использованием абсорбции, предназначено для использования в вакуумной технологии при нанесении металлических многокомпонентных вакуумных покрытий и может быть использовано для оптимизации параметров источников атомных пар в динамическом режиме, а также для автоматизации технологического процесса. Известен способ контроля компонентного состава при вакуумном получении покрытий, который основан на определении разности сигналов, поступающих на устройство от массспектрометра и эталона. Недостатком такого способа является поочередное измерение содержания одного из компонентов в паровой фазе, а также сложность измерения за счет необходимости сравнения с эталонной величиной. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать способ динамического контроля компонентного состава при металлическом многокомпонентном вакуумном покрытии, в котором регулируют изменение содержания количества отдельных компонентов в смеси металлических паров, что обеспечивает создание более качественных вакуумных покрытий на основе прецизионного программирования и автоматизации технологических процессов. Поставленная задача решается тем, что в способе динамического контроля компонентного состава при металлическом многокомпонентном вакуумном покрытии, содержащем исследование смеси компонентов в паровой фазе, согласно изобретению, на исследуемую смесь паров металлов направляют оптическое излучение одного или одновременно нескольких источников, предварительно промодулированное на частотах 180Гц или 180Гц и 240Гц, причем эмиссионный спектр излучения соответствует спектру атомов наносимых покрытий, регистрируют оптические сигналы, прошедшие через пары металлов, преобразуют оптические сигналы в электрические, фильтруют по частотам модуляции, усиливают и по сигналу регистрации управляют содержанием компонентов в смеси. В результате при приеме излучения каждый электронный фильтр пропускает компоненты фототока соответствующие определенной частоте модуляции и величина регистрируемого сигнала соответствует интенсивности спектра эмиссионного излучения лампы, а количество испаряемого элемента в смеси паров металла пропорционально разнице интенсивностей спектра эмиссионного излучения в отсутствии и при наличии испаряемых атомов элемента. Такой способ обеспечивает возможность управления параметрами металлизации при одно- и многокомпонентном покрытии в динамическом режиме в период всего технологического процесса. Использование оптического излучения ламп с полыми катодами, выполненными из меди и алюминия позволяет управлять вакуумным нанесением металлов. Кроме того, способ отличается бездисперсионностью, что позволяет упростить и удешевить процесс. Способ дополнительно включает операцию управления параметром процесса испарения температурой, что позволяет его использовать в динамическом режиме. Основное преимущество описанного метода возможность создания более качественных вакуумных покрытий на основе прецизионного программирования и автоматизации технологических процессов. Это особенно важно при одновременном нанесении двухкомпонентных покрытий, используя металлы с разными свойствами, например: один из металлов с очень высокой температурой испарения, низкой электропроводимостью и высокой степенью износостойкости, а другой - с низкой температурой испарения, высокой электропроводимостью и хорошими антикоррозионными свойствами. В этом случае только прецизионное автоматическое программированное испарение обоих металлов дает возможность для создания качественно новых вакуумных металлических покрытий. Способ реализуется следующим образом. На исследуемую смесь паров металлов направляют оптическое излучение одного или одновременно нескольких источников промодулированных на частотах 180Гц или 180Гц и 240Гц, при этом эмиссионный спектр излучения соответствует спектру атомов наносимых покрытий. Оптическое излучение прошедшее через пары металла преобразуют в электрический сигнал, фильтруют по частоте модуляции и усиливают. При фильтрации пропускают компоненты фототока соответствующие определенной частоте модуляции. Затем сигнал регистрируют, величина регистрируемого сигнала соответствует интенсивности спектра эмиссионного излучения. И определяют количество испаряемого элемента в смеси паров металла которое пропорционально разнице интенсивностей спектра эмиссионного излучения в отсутствии и при наличии испаряемых атомов элемента. Изменяя температуру испарителя, управляют содержанием количества отдельных компонентов в смеси металлических паров и получают вакуумное покрытие с заданными параметрами. Способ может быть реализован на установке, показанной на чертеже (фиг.), содержащей, например, две оптоэлектронные системы, включающие оптические лампы 1, 2 с полым катодом, выполненные из материала, входящего в состав многокомпонентного наносимого покрытия, питаемые от источников высокого напряжения 3, 4 и расположенные по ходу излучения модуляторы 5, 6 вакуумная камера 7 с кварцевыми окнами 8, 9, 10, 11 и фотоэлектронные умножители 12, 13, питаемые от источников высокого напряжения 14, 15. Фотоэлектронные умножители 12, 13 соединены последовательно через электронные фильтры 16, 17 с усилителями 18, 19, соединенные с регистрирующими устройствами 20, 21, которые в свою очередь через обратную связь (на чертеже не показано) соединяются с устройством питания испарителя в вакуумной камере 7. В качестве источника излучения может быть использована лампа с полым катодом. Остальные элементы выполнены стандартными: фотоэлектронный умножитель (Зандель А.Н., Островская Г.В. Техника и практика спектроскопии. - М.: Наука, 1976. - С.319 - 373), модулятор (Киселев О.Л. Приборы квантовой электроники. - М.: Высш. шк., 1980. - С.164), электронный фильтр и усилитель (Манаева Е.И. Основы радиоэлектроники. - М.: Радио и связь, 1990. - С.65, 264, 197), регистрирующее устройство (Жигарев А.А., Шамаева Г.Г. Электроннолучевые и фотоэлектронные приборы. - М.: Высш. шк., 1982. - С.313). На примере одной оптоэлектронной системы способ реализуется следующим образом. Лампа с полым катодом 1 излучает собственный оптический эмиссионный спектр и питается от источника высокого напряжения 3. В вакуумной камере 7 атомы смеси металлических паров облучаются через окно 8 излучением, предварительно промодулированным по частоте w 1 модулятором 5. Прошедшее через камеру 7 излучение через окно 10 направляется на фотоэлектронный умножитель 12, питаемый от источника высокого напряжения 14, где оптический сигнал преобразуется в электрический, поступающий на фильтр 16, пропускающий компоненты фототока, соответствующие частоте модуляции w 1, модулятора 5, усиливается усилителем 18, затем регистрируется на регистрационном устройстве 20. Поскольку частоты w 1 и w 2 модуляции модуляторов 5, 6 устанавливаются разными и спектры эмиссионного излучения ламп отличаются, регистрируется одновременно количество атомов разных компонентов смеси, а количество элемента в смеси металлических паров пропорционально разнице интенсивностей спектра эмиссионного излучения лампы с полым катодом, в отсутствии и при наличии испаряемых атомов элемента. Поскольку регистрирующее устройство посредством обратной связи соединено с устройством питания испарителя в вакуумной камере 7, то изменение температуры испарителя обеспечивает изменение содержания количества отдельных компонентов в смеси металлических паров. При одновременном определении качества двух компонентов смеси, используют, независимо от первой, вторую оптоэлектронную систему, содержащую лампу с полым катодом 2, питаемую от источника высокого напряжения 4, модулятор 6, вакуумную камеру 7 с окнами 9, 11, фотоэлектронный умножитель 13, питаемый от источника высокого напряжения 15, электронный фильтр 17, усилитель 19, регистрирующее устройство 21. Пример 1. Определение количества атомных пар одного металла, например, меди. Используется только одна оптикоэлектронная бездисперсионная система и вакуумная камера 7. Спектр эмиссионного излучения лампы с полым медным катодом модулируется с частотой 180Гц и этим импульсным излучением облучаются атомные пары, находящиеся в вакуумной камере. Если в вакуумной камере нет медных атомов, регистрируемая фотоэлектронным умножителем 12 интенсивность I 01 спектра эмиссионного излучения полого медного катода будет максимальна. Если в камере присутствуют медные пары, то они будут поглощать резонансно часть энергии спектра эмиссионного излучения полого медного катода. В этом случае зарегистрированная интенсивность I 1 будет меньше I 01 и разница I 01 - I 1 будет пропорциональна количеству наличных в вакуумной камере медных атомов. Резонансный фильтр 14 пропускает только частоту 180Гц, которая усиливается резонансным усилителем 16. В любой момент времени технологического процесса регистрирующее устройство 18 дает оценку о количестве наличных медных атомов в вакуумной камере и управляет устройством питания испарителя, изменяя тем самым содержание атомов меди. Пример 2. Одновременное определение количества атомных пар двух элементов, например, медь и алюминий. Используются обе оптикоэлектронные бездисперсионные системы для меди и алюминия. Первая оптикоэлектронная бездисперсионная система дает оценку количества испаренных атомов в динамическом режиме. Она работает на частоте 180Гц. Вторая оптикоэлектронная бездисперсионная система дает оценку количества испаренных алюминиевых атомов в динамическом режиме и она работает на частоте 240Гц. Регистраторы 18 и 19 измеряют количество атомов меди и алюминия независимо друг от друга и одновременно.