Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі

Винахід відноситься до іонно-плазмової техніки і може бути використаний для нанесення на внутрішню поверхню циліндрів стійких проти спрацювання, корозійностійких та інших покриттів із металів та їх сполук. Відомий пристрій для іонно-плазмового розпилення матеріалів у вакуумі, що містить анод, циліндричний катод з розпилюваною частиною у вигляді зрізаного конусу, встановлену співвісно катоду в корпусі анода водоохолоджувану магнітну систему у вигляді постійного магніту циліндричної форми з наскрізним осьовим отвором, в якому розташована проволока, що подається в область розряду (див. патент України на винахід №57940А, МПК С23С14/35, 15.07.2003, Бюл. №7. Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі). Відомий пристрій не забезпечує достатньо високу швидкість нарощування покриття на внутрішню поверхню труби, оскільки значна частина розпилювального матеріалу конденсується на внутрішні поверхні катода. Крім того, пристрій не дозволяє розпилювати водночас декілька матеріалів та отримувати покриття зі змінним хімічним складом. Найближчим до запропонованого винаходу, який обраний прототипом, є пристрій для нанесення покриттів у вакуумі, який містить розпилюваний катод, співвісно якому розміщений анод з герметичним корпусом у вигляді пустотілого циліндру, виконаного з немагнітного матеріалу, а також водоохолоджувану магнітну систему, що складається з однієї секції постійного магніту. Нижня частина корпуса анода виконана у виді зрізаного конусу, при цьому магнітна система розташована у нижній частині циліндричного корпусу анода, а до торцевої частини магнітної системи співвісно їй приєднаний фокусуючий магнітопровід у вигляді зрізаного конусу, приварений до торця нижньої звуженої частини корпусу анода. На верхній частині герметичного циліндричного корпусу анода встановлені два патрубки відповідно для подачі та відводу води, і всередині корпусу анода коаксіально його циліндричній частині розміщена трубка, один кінець якої з'єднаний із патрубком для подачі води, а інший знаходиться поблизу постійного магніту. В пристрої корпус катода має форму пустотілого циліндру з отвором, зверненим до анода. Нижню основу катода з'єднано із закріпленим на ізоляторі тримачем, виконаним у вигляді трубки. Всередині неї розміщений співвісно тримачу розпилюваний стержень або коаксіально один в одному розміщені розпилювані елементи (стержень та/або одна або декілька трубок), верхні торці яких розташовані в центральній частині катода поблизу фокусуючого магнітопроводу, а їх нижні частини приєднані до механізму їх переміщення вздовж осі анода (див. патент України на винахід №57952А, МПК С23С14/35, 15.07.2003, Бюл. №7. Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі). Конструкція прототипу не передбачає очищення внутрішньої поверхні труби з метою отримання покриттів з підвищеною адгезією, а також не забезпечує захист покриттів від небажаного захоплення домішок. Так, в прототипі в процесі нанесення покриття спостерігається одночасне осадження слабкого потоку розпиленої речовини з низькою швидкістю на поверхню труби поблизу основної області формування покриття біля простору між катодом і анодом. Ці шари конденсату мають підвищений вміст некорисних домішок. В основу винаходу поставлене завдання вдосконалення пристрою для нанесення покриттів у вакуумі шляхом модифікації його конструкції, що дозволило б збільшити чистоту вн утрішньої поверхні труби, і тим самим, підвищити адгезію покриттів, а також виключити можливість нанесення покриттів з підвищеною концентрацією небажаних домішок. Поставлене завдання вирішується тим, що пристрій для нанесення покриттів у вакуумі, який містить розпилюваний катод, співвісно якому розміщений анод, а також водоохолоджувану магнітну систему, що складається з однієї секції постійного магніту, причому анод має герметичний корпус у вигляді пустотілого, виконаного з немагнітного матеріалу циліндру з нижньою частиною у вигляді зрізаного конусу і магнітна система розташована у нижній частині циліндричного корпусу анода, а до торцевої частини магнітної системи співвісно їй приєднаний фокусуючий магнітопровід у вигляді зрізаного конусу, приварений до торця нижньої конусоподібної частини корпусу анода, окрім цього, на верхній частині герметичного циліндричного корпусу анода встановлені два патрубки для подачі та відводу води, і всередині герметичного циліндричного корпусу анода коаксіально його циліндричній частині розміщена трубка, один кінець якої з'єднаний із патрубком для подачі води, а інший знаходиться поблизу постійного магніту, і корпус катода має форму пустотілого циліндру зі зверненим до анода отвором, причому нижню основу катода з'єднано із закріпленим на ізоляторі тримачем, виконаним у вигляді трубки, всередині якої розміщений співвісно тримачу розпилюваний стержень або коаксіально один в одному розпилюваний стержень і одна або декілька трубок, верхні торці яких розташовані в центральній частині катода поблизу фокусуючого магнітопроводу, а їх нижні частини приєднані до механізму їх переміщення вздовж осі анода, відповідно до винаходу, додатково оснащено джерелом живлення, електрично зв'язаним з анодом та трубою, на яку наносять покриття, таким чином, що на поверхні труби утворюють від'ємний потенціал відносно аноду, а в проміжку між катодом та трубою розміщений циліндричний екран. Використання пристрою, що заявляється, у сукупності зі всіма істотними ознаками, включаючи відмітні, дозволяє, з одного боку, в процесі отримання покриття одночасно очищува ти ростову поверхню. Це досягається завдяки подаванню від'ємного відносно анода потенціалу на тр убу за допомогою додаткового джерела живлення. В такому разі між анодним корпусом і трубою виникає розряд, і під дією бомбардування іонами, що утворюються в розрядному проміжку, відбувається очищення внутрішньої поверхні труби. З іншого боку, встановлення екрану у вигляді труби поблизу катода створює перепону для осадження потоку розпилених частинок на периферійній області поверхні труби, і таким чином заважає формуванню небажаних шарів конденсату з низькою швидкістю нарощування, що мають підвищену концентрацію некорисних домішок. На фіг. зображена схема пристрою, що заявляється. Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі містить анод 1, катод 2 та установлену співвісно йому водоохолоджувану магнітну систему 3. Анод 1 складається із герметичного циліндричного корпусу 4 з нижньою частиною конусоподібної форми. В нижній частині циліндричного корпусу 4 анода 1 розміщена водоохолоджувана магнітна система 3, що складається із однієї секції циліндричного постійного магніту, до торця якого співвісно приєднаний фокусуючий магнітопровід 5, виконаний з магнітом'якого матеріалу у вигляді зрізаного конусу. Магнітопровід 5 та нижній звужений торець герметичного циліндричного корпусу 4 анода 1 приварені один до одного. На верхній частині герметичного циліндричного корпусу анода 4 розташовані два патрубки 6 та 7, що служать відповідно для подачі та відводу води. Тр убка 8, розташована всередині герметичного циліндричного корпусу 4 анода 1 коаксіально його циліндричній поверхні, служить для підводу води до магнітної системи 3. Один кінець трубки 8 з'єднаний з патрубком 6 для подачі води, а інший знаходиться поблизу магніту 3. Катод 2 складається з циліндричного корпусу 9, закріпленого на основі 10, тримача 11 у вигляді трубки, який приєднаний до основи 10 та спирається на ізолятор 12. Напруга між анодом 1 та катодом 2 подається за допомогою джерела живлення 13. Всередині трубчастого тримача 11 розташовані співвісно тримачу розпилювані елементи 14 (то може бути стержень або коаксіально один в одному стержень і одна або декілька трубок), верхні торці яких знаходяться біля фокусуючого магнітопроводу 5, а нижні частини приєднані до механізму їх незалежного переміщення 15. Покриття наноситься на внутрішню поверхню труби 16. За допомогою додаткового джерела живлення 17 подається від'ємний відносно анода 1 потенціал на трубу 16. Коаксіально трубі 16 між нею та катодом розміщений екран 18 у вигляді тр убки. Пристрій працює наступним чином. Попередньо в об'ємі вакуумної камери, де знаходиться розпилювальний пристрій, створюють технологічний вакуум. Після відкачки роблять напуск робочого газу, наприклад, аргону, до тиску 5-12Па (окрім інертних, можна провести напуск реактивних газів - О2, N2, CH4 і т.д. - якщо потрібно отримати відповідні сполуки). Нижній торець труби 16 повинен бути розміщений на рівні конусоподібної частини корпусу 4 анода 1. Потім за допомогою джерела 17 подають від'ємний відносно анода 1 потенціал на трубу 16, між якими виникає розряд. Внаслідок бомбардування іонами розряду здійснюється очищення та розігрів внутрішньої поверхні труби 16, що сприяє підвищенню адгезії до неї покриття. Далі подають напругу між катодом 2 і анодом 1. Виникає тліючий розряд, що обумовлений низкою причин: між катодом 2 і анодом 1 наявна область схрещених електричного і магнітного полів, крім того, в напіввідкритому об'ємі катода 2 виникає підвищений тиск в силу спрямованості руху іонів, а також розпилення атомів, які при своєму русі взаємодіють з іонами, завдяки чому в об'ємі катода 2 відбувається утворення плазми. Електрони виштовхуються циліндричним корпусом 9 катода 2 до анода 1, що приводить до іонізації робочого газу і стабілізації розряду. Розпилювані елементи 14 розігріваються під дією іонів плазми та вибитих з поверхні корпусу 9 та основи 10 катода 2 вторинних електронів, внаслідок чого, по-перше, відбувається термоемісія електронів з поверхні розпилюваних елементів 14, що підсилює стабільність розряду. По-друге, позитивні іони, утворені в розряді, розпилюють елементи 14. Після знегажування пристрою, стабілізації розряду та попереднього розігріву та очищення труби 16 її переміщують вниз з одночасним обертанням навколо осі та очищенням в тліючому розряді. Потік розпиленої речовини формується рівномірно в радіальних напрямках та осаджується на внутрішній поверхні труби в області поблизу проміжку між циліндричним корпусом 9 катода 2 та нижньою звуженою частиною корпусу 4 анода 1. Екран 18 у вигляді труби, встановлений між катодом 2 та трубою 16, запобігає формуванню конденсату на периферійній поверхні труби. За потребою механізмом 15 проводять переміщення елементів 14 в міру їх розпилення або при необхідності зміни хімічного складу покриття. Подання на трубу від'ємного відносно анода потенціалу за допомогою додаткового джерела живлення дозволяє формувати конденсат на очищеній поверхні, а присутність екрану у вигляді труби, що перешкоджає утворенню шару з низькою швидкістю нарощування поблизу катода, дозволяє виключити можливість утворення небажаних домішкових фаз, що підтверджує досягнення технічного результату при здійсненні заявленого пристрою.