Установка для нанесення нанометричних покриттів з періодичною структурою

Установка для нанесення нанометричних покриттів з періодичною структурою на зовнішню поверхню виробів циліндричної форми, що включає вакуумну камеру з системами вакуумного відкачування, напуску і регулювання тиску робочих газів, співвісну з вакуумною камерою систему транспортування оброблюваних виробів через робочу зону магнетронних розпилювачів з катода 3 38846 марна товщина шаруватого нанометричного покриття не перебільшує 3-5мкм. Встановлено, що механічні властивості таких покриттів перевершують властивості кожного індивідуального шару і значно покращуються при зменшенні періоду структури від десятків до одиниць нанометрів. Отримання широкого діапазону властивостей шаруватих нанорозмірних покриттів може бути забезпечено варіацією товщини і матеріалу шарів (MeN-Me; Me 1N-Me2N-Me3N; і т.ін.). Шаруваті наномеричні покриття отримують за допомогою незбалансованих магнетронних розпилюючих пристроїв, з іонним бомбардуванням конденсату, що формується на робочій поверхні виробу. Така, технологія формування покриття - іонне асистування - характеризується також більш низькою температурою поверхні виробу, що оброблюється. При визначені рівня техніки аналізувалася інформація що до плазмових пристроїв для нанесення покриття магнетронними розпилювачами (с23с 14/35), інформація що до іонно-плазмових пристроїв для нанесення шаруватих покриттів типу superlattice (c23c 14/56) і інформація стосовно плазмових пристроїв для реалізації технології покриття з іонним асистуванням. Переважаюча більшість відомих плазмових пристроїв і вакуумних плазмових установок призначена для групової обробки великої кількості виробів циліндричної геометрії і незначних габаритних розмірів. Прикладом можуть бути установки, що описано в [2, 3]. В устаткуванні подібного типу обробка габаритних виробів не можлива. При груповій обробці виробів на обертачах планетарного типу існують також складності забезпечення чіткої міжшарової границі шаруватих покриттів. Найближчим за технічною суттю рішенням є установка [4]. Установка включає вакуумну камеру з системами вакуумної відкачки, напуску і регулювання тиску робочих газів, співвісну з вакуумною камерою систему транспортування оброблюваних виробів через робочу зону магнетронних розпилювачів з катодами, що виготовлено з різних металів. Установка призначена для групової обробки виробів і не придатна для індивідуальної обробки виробів типу валів, в яких нанесенню покриття підлягають тільки обмежені поверхні тертя. Іншим недоліком установки подібного типу є обмежені можливості для попередньої обробки поверхні іонним бомбардуванням. Описана конструкція не забезпечує в повній мірі умови, за яких формуються чіткі границі між шарами покриття різного складу. В основу корисної моделі покладено вирішення наступних те хнічних задач: 1. Створення можливості індивідуальної обробки габаритних виробів типу валу, шляхом нанесення покриття на обмежену робочу область, де зосереджені умови тертя ковзання. 2. Створення умов для попередньої обробки області нанесення покриття бомбардуванням енергетичними газовими іонами без запилення поверхні розпиленими атомами. 3. Забезпечення можливості формування нанометричних шарів покриття з чіткими міжшаровими границями. 4 У корисній моделі, що заявляється, поставленні задачі вирішуються тим, що установка містить два магнетронні розпилювачі, що змонтовано діаметрально на протилежних стінках вакуумної камери, причому відповідні магнітні полюси магнетронів мають протилежну полярність, на вісі вакуумної камери міститься обертач для одного оброблюваного виробу, установка додатково містить екрани, розміри яких приблизно рівні розмірам катодів магнетронів, їх змонтовано з можливістю розташування між катодами магнетронів і оброблюваним виробом, або під кутом 90° до цього положення, причому екрани являються спільним анодом джерела зміщення, що ввімкнено між екранами і оброблюваним виробом, і джерелом живлення магнетронного розряду, негативний полюс якого підключено до катодів магнетронів через комутатор. Суть корисної моделі, що передбачається, пояснюється кресленням. Приведено конструктивну схему установки для нанесення нанометричних покриттів з періодичною структурою, на зовнішню поверхню габаритних виробів циліндричної геометрії. Основою конструкції є робоча циліндрична вакуумна камера (1) з патрубком вакуумної відкачки (2) і вводами робочих газів (3) з відповідною запірно-регулюючою арматурою. Вакуумна камера містить два діаметрально розташовані фланці, на яких монтуються два однакових планарних магнетронних розпилювачі (4). Розпилювані катоди магнетронів виготовлено з різних металів (Mo, Nb, Zr, Ті, Сr). Однакові полюси магнітних систем магнетронів мають різні знаки і утворюють в порожнині камери магнітне поле з замкненими магнітними силовими лініями. На одній з торцьових кришок вакуумної камери, в електрично ізольованому від вакуумної камери вузлі обертання, монтується вісьовий обертач (5) з приводом, на якому кріпиться оброблюваний виріб (6). На протилежній торцьовій кришці мається аналогічний вузол обертання, в якому змонтовано траверсу (7), на якій діаметрально закріплено екрани (8). Поворотом траверси екрани розміщуються між катодами магнетронів і оброблюваною поверхнею в положенні (9), або під кутом 90°, в положенні (10). Розміри екранів вибрано такими, щоб при їх розташуванні в положенні (9), між оброблюваною поверхнею і катодом пряма видимість відсутня. Електрична схема установки включає два однакові джерела постійного струму, з регульованою напругою від 50В до 1000В. Одне з цих джерел (11) є джерелом живлення магнетронного розряду, а інше (12) використовується для прискорення газових іонів в режимі попередньої обробки поверхні іонним бомбардуванням (високовольтний режим), або в якості джерела зміщення в режимі іонного асистування (низьковольтний режим). Перемикач (13) призначено для періодичного вмикання розряду одного чи іншого магнетрону з різними катодами. Установка працює наступним чином. В обертач (5) монтується оброблюваний виріб (6). Вакуумна камера герметизується і відкачується до тиску 10-3Па. В вакуумну камеру подається плазмоутворюючий газ аргон до тиску 0,1-5Па. Траверса (7) встановлюється в положення екранування катодів 5 38846 (9). Вмикаються обертач (5) і джерела (11) і (12). Газові іони з магнетронного розряду прискорюються до оброблюваної поверхні, здійснюючи її нагрів, іонне очищення і активацію. Суттєвою ознакою установки є наявність екранів, які захищають оброблювану поверхню від конденсації розпилених з катоду атомів металу. При досягненні необхідного стану оброблюваної поверхні, в вакуумну камеру подається реакційний газ. Джерело (12) переводиться в низьковольтний режим і поворотом екранів в положення (10) відкривається доступ розпиленого матеріалу до поверхні конденсації. Після кожного повного оберту виробу, розрядне джерело перемикається на інший магнетрон, з іншим матеріалом катоду. Це є суттєва ознака винаходу, що дозволяє формувати чітку міжшарову границю. Таким чином, на поверхні формуються регулярна структура з тонких шари нітридів різних металів, що чергуються. При цьому, товщина кожного шару може регулюватися током магнетронного розряду, швидкістю обертання, або числом обертів до перемикання магнетронного розряду. Бомбардування конденсату, що утворюється, низькоенергетичними іонами аргону сприяє формуванню щільної структури покриття з відмінною адгезією до осно 6 ви, при відносно низькій температурі поверхні, що обробляється. Таким чином, превагами пристрою, що заявляється як передбачуваний винахід, є досягнення технічної мети: нанесення покриття на локальну ділянку габаритного виробу; попередньої підготовки оброблюваної поверхні енергетичними газовими іонами без впливу розпиленого матеріалу катодів; формування шаруватої стр уктури покриття з чіткими міжшаровими границями; проведення технологічного процесу при температурі нижче критичної для матеріалу оброблюваного виробу. Список використаних джерел 1. J. Musil, J. Visek, Magnetron sputtering of hard nanocomposite coatings and their properties. Surface and Coatings Technology. Vol. 142-144 (2001), pp.557-566. 2. System for vacuum metallization of objects treated in batches, Ceni Mario (IT), Fanfani Stefano (IT), WO03076684, 2003-09-18. 3. Установка для нанесения многослойных покрытий с периодической структурой методом магнетронного распыления, Агарбеков Ю.В. (RU), Сутырин А.М. (RU), Федотов А.В. (RU), С2323С14/35, 23С14/56, 2006.19.06. 7 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 38846 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601