Установка для іонно-плазмового нанесення покриттів

Установка для іонно-плазмового нанесення покриттів у вакуумі, що складається з вакуумної камери, що має штуцери для подачі та відводу інертних газів, підкладинкоутримувача, електродугового джерела плазми, яке включає вмикаюче джерело живлення, підпалюючий пристрій, анод, катод, плазмовід з розташованим на ньому фоку суючим соленоїдом та селектором іонів, містить модулятор - оптично прозорий електрод, охоплений електромагнітною котушкою та додатковий електрод, яка відрізняється тим, що модулятор, підкладинкоутримувач та додатковий електрод підключені до джерела живлення змінних струму та напруги в режимі від'ємного зворотного зв'язку між змінами струму дуги та ВІДПОВІДНИХ йому змін магнітного та електричного полів всередині плазмоводу, а формування покриття на підкладинці здійснюється пульсуючим потоком іонів за допомогою модулятора та подачі змінної (імпульсної) напруги на оптично прозорий електрод та підкладинку. Установка з вакуум но-дуговим джерелом плазми призначена для нанесення твердих, зносостійких, захисних та декоративних покриттів на метали та полімери у вакуумі шляхом конденсації іонно-плазмового потоку на низькотемпературну (20-150°С) підкладинку. Конструктивні особливості установки дозволяють реалізувати низку технологій, які забезпечують високу щільність та суцільність покриттів, досягти високої* адгезії до підкладинки, підвищену мікровтомлювану та абразивну зносостійкість покриттів, знизити порівняно з методом вакуумноплазмового нанесення покриттів (метод КІБ - конденсації з іонним бомбардуванням) температуру підкладинки в процесі конденсації покриття з 300800°Сдо20-150°С. Зазначені технічні результати досягаються завдяки тому, що запропонована установка для іонно-плазмового нанесення покриттів у вакуумі, окрім відомих вузлів та систем, що застосовуються в установках булатного типу [А.С. 858540, СРСР, Н05Н1/26, 1980] (вакумна камера, підкладинкоутримувач, електродугове джерело плазми, яке включає, вмикаюче джерело живлення, підпалюючий пристрій, анод, катод, плазмовід з розташованим на ньому фокусуючим соленоїдом та селектором іонів) містить модулятор (оптично прозорий електрод, охоплений електромагнітною катушкою) та додатковий електрод. При цьому модулятор, підкладинкоутримувач та додатковий електрод підключені до джерела живлення змінних струму та напруги. Плазмовід, виготовлений у вигляді циліндру з розвинутою внутрішньою поверхнею стінки, розміщений між катодом і анодом, ізольований від корпусу вакуумної" камери та електрично зв'язаний через обмотку соленоїда з анодом, оснащений додатковою струмовою магнітною катушкою, яка послідовно ввімкнута в ланцюг живлення катода. Установка 1, (фігура), працює наступним чином На підкладинкоутримувачі 2 закріплюють оброблюваний виріб (підкладинку) 16, після чого закривають завантажувальний люк вакуумної камери. Вмикають вакуумний насос. При досягненні в камері заданої глибини вакууму, в порожнину камери через штуцер 17 подають інертний газ і з допомогою електродів 12, 14 та джерела 15 змінної напруги здійснюють попередню чистку (активацію) поверхні підкладинки 16 в жевріючому розряді. Встановивши за допомогою пульта керування необхідний режим роботи камери, вмикають джерела живлення (9, 11, 15). Випаровування матеріалу катода 3 здійснюється катодною плямою вакуумної дуги сильнострумового низьковольтного О) О) 5699 Формування покриття на підкладинці 16 здійснюється пульсуючим потоком іонів за допомогою модулятора та подачі змінної (імпульсної) напруги на оптично прозорий електрод 12 та пщкладинку 16 (при нанесенні покриттів на діелектрики, напруга подається на додатковий електрод 14). Поток іонів на виході селектора 10, попадаючи в зону дії змінного електричного та магнітного полів прискорюється утворюючи пульсуючий поток іонів змінної енергії, які осаджуються на підкладинку 16. В міжрешіточному просторі оптично прозорого електрода 12 формується електромагнітне поле, яке забезпечує проходження прискорюваних іонів без значних втрат. За рахунок прикладеної різниці потенціалів між електродом 12 та підкладинкою 16 (електродом 14) здійснюється додаткова іонізація молекул реактивного газу в зоні нанесення покриття. Перевагою запропонованої установки є можливість низькотемпературного формування іонноплазмових покриттів в вакуумі шляхом осадження (конденсації) змінного за величиною енергії потока іонів випарюваного матеріалу та реагуючих газів. Термодинамічна обробка покриття потоком іонів змінної енергії при відсутності у конденсованому потоці крапельних утворень та нейтральних часток матеріалу катода дозволяє досягти високої адгезії покриття до підкладинки, забезпечити високу щільність та суцільність покриттів, підвищену м ікро втомлювану та абразивну ЗНОСОСТІЙКІСТЬ Завдяки зниженню внутрішніх напружень на границі поділу покриття-підкладинка, знижуються вимоги до умов узгодженості коефіцієнтів лінійного розширення матеріалів покриття та підкладиники, що істотно розширює технологічні можливості установки. розряду в проміжку катод 3 - плазмовід 6, корпус 1 (анод). Під дією первинних електронів та іонів підпалюючого електрода 4 відбувається іонізація випареної речовини катода 3 та реагуючих газів, встановлюється стаціонарний дуговий розряд, що спричиняє виникнення високошвидкісних потоків, які складаються з заряджених та нейтральних часток: іонів, нейтральних атомів та мікрочасток - крапель та твердих уламків катода 3. В результаті дії на поверхню плазмовода 6 заряджених компонент плазми (іони та електрони) між плазмоводом 6 та анодом (корпусом 1) виникає різниця потенціалів. Через катушку соленоїда 7 протікає електричний струм, в результаті чого всередині плазмовода 6 створюється магнітне поле. Магнітне поле заданої конфігурації формується накладенням магнітних полів соленоїда 7 та додаткової струмової катушки 8. Під дією радіальної складової електричного поля, форма еквіпотенціалей якого визначається топографією магнітного поля та електричним потенціалом плазмовода 6, іонна частина потоку плазми, змінюючи напрям руху, як показано на фігурі, проходить без значних втрат на стінках плазмовода, де переважно осаджується мікрокрапельна складова випарюваного катода 3. Стабілізація характеристик потоку плазми забезпечується за рахунок реалізації в конструкції плазмооптичного стабілізатора від'ємного зворотного зв'язку між змінами струму дуги та відповідних йому змін магнітного та електричного полів всередині плазмоводу 6. Селектор іонів 10, за рахунок дії електричного поля в міжрешітковому просторі, забезпечує проходження позитивних іонів скрізь оптично непрозорий екран, покращуючи співвідношення між корисною іонною складовою та нейтральними мікрочастками ФІГ. Комп'ютерна верстка Д. Шеверун Підписне Тираж 28 прим Міністерство DCBITH і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вуп Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601