Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі

1 Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі, що містить анод, розпилюваний катод із корпусом циліндричної форми, верхня частина якого виконана у вигляді зрізаного конуса, і встановлену співвісно катоду водоохолоджувану магнітну систему у вигляді постійного магніту циліндричної форми з наскрізним осьовим отвором, який відрізняється тим, що анод містить герметичний корпус у вигляді пустотілого циліндра, нижня частина якого виконана у вигляді зрізаного конуса, при цьому магнітна система розташована в нижній частині циліндричного корпусу, і и постійний магніт складається з однієї внутрішньої секції, а до торцевої частини магнітної системи СПІВВІСНО їй приєднаний фокусуючий магнітопровід у вигляді зрізаного конуса з внутрішнім осьовим отвором, причому на верхній частині герметичного циліндричного корпусу анода встановлені два патрубки, з'єднані ВІДПОВІДНО З трубами подачі і відводу води, а торець нижньої частини корпусу з'єднаний із магнітопроводом, і усередині герметичного циліндричного корпусу анода коаксіально один до одного і циліндричної частини корпусу розміщені дві трубки різних діаметрів, при цьому один з КІНЦІВ трубки більшого діаметра з'єднаний із патрубком для подачі води, а інший знаходиться поблизу постійного магніту, а один із КІНЦІВ трубки меншого діаметра з'єднаний із верхньою частиною герметичного циліндричного корпусу анода, а інший - із магнітопроводом, створюючи в такий спосіб наскрізний отвір уздовж всього анода, у якому розміщений дріт, один із КІНЦІВ якого з'єднаний із механізмом його подачі в область розряду, а інший виходить за межі магнітопроводу, крім того, верхня частина зрізаного конуса розпилюваного катода виконана змінною, а корпус має форму замкнутого об'єму з осьовою симетрією і з отвором, зверненим до анода, і основу корпусу катода з'єднано з його тримачем, закріпленим до ізолятора 2 Пристрій за п 1, який відрізняється тим, що магнітопровід виконаний із магнітом'якого матеріалу, а корпус анода і трубки різних діаметрів усередині анода виконані з немагнітного матеріалу О о> ю Винахід відноситься до іонно-плазмової техніки і може бути використаний для нанесення корозійностійких, зносостійких 'і ІНШИХ покриттів в основному на внутрішні поверхні циліндрів із металів і діелектриків, а також для нанесення плівок на плоскі поверхні підкладок Відомий пристрій для іонно-плазмового розпилення матеріалів у вакуумі, який містить катод із плоскою мішенню, що розпилюється, водоохолоджувану магнітну систему, що складається з внутрішньої і зовнішньої секцій, і анод (див ав св СРСР №1697453, м кн С23С14/35, 20 11 95) Відомий пристрій у силу плоскої мішені і її охолодження водою не дозволяє ефективно наносити покриття на внутрішню поверхню циліндра малих діаметрів (~60мм) при зниженій енергоєм ності технологічного процесу Найбільш близьким до запропонованого винаходу, який обраний прототипом, є пристрій для нанесення покриттів у вакуумі, що містить анод, катод із корпусом циліндричної форми, частина якого, що розпилюється, виконана у виді зрізаного конуса, установлену СПІВВІСНО катоду водоохолоджувану магнітну систему у виді двох секцій коаксиально розташованих по відношенню один до одного циліндричних постійних магнітів із* внутрішніми осьовими отворами (див Б С Данилин Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок М , Энергоатомиздат, 1989 с 75) Водночас прототип також не забезпечує ефективне нанесення покриттів на внутрішню поверхню 57940 циліндрів малих діаметрів (~60мм), розташування мішені, що розпилюється, стосовно цих магнітів неминуче збільшує діаметр розпилювального пристрою і, ВІДПОВІДНО, дозволяє наносити покриття на внутрішню поверхню труби відносно великого діаметра, що зніжує його технологічні властивості Крім того, при роботі даного пристрою спостерігається не досить ефективне використання підведеної до розпилювача енергії, тому що значна и частина відводиться за допомогою охолодження мішені, що приводить до відводу і отже невикористання теплової енергії, яка виділяється при взаємодії ІОНІВ із катодом сіб наскрізний отвір уздовж всього аноду, у якому розміщений дріт, один із КІНЦІВ якого з'єднаний із механізмом його подачі в область розряду, а інший виходить за межі магнітопроводу, крім того, верхня розпилювана частина зрізаного конусу катода виконана змінною, а самий корпус має форму замкнутого об'єму з осьовою симетрією і з отвором, зверненим до аноду, і основа корпусу катоду з'єднана з його тримачем, закріпленим до ізолятора, а магнітопровід виконаний із магнітом'якого матеріалу, а корпус аноду і трубки різних діаметрів усередині анода виконані з немагнітного матеріалу У той же час у прототипу при його роботі не використовується енергія вторинних електронів, які опромінюють анод, для нагрівання і випаровування речовини, що також приводить до втрати енергії, підведеної до розпилювача В основу винаходу поставлене завдання удосконалення пристрою для нанесення покриттів у вакуумі шляхом модифікації конструкцій водоохолоджуваної магнітної системи, розпилюваного катода, а внаслідок цього їхнього взаємного розташування, що дозволило локалізувати розряд поблизу дроту, який виходить за межі магнітопроводу і, тим самим, знизити діаметр труби, на внутрішню поверхню якої наноситься покриття, й у такий спосіб розширити технологічні можливості пристрою При використанні в запропонованому винаході енергії розігріву неводоохолоджуваного катоду для необхідного розігріву поверхні осадження, а також за рахунок використання енергії вторинних електронів для розігріву і випаровування дроту, що виходить за межі магнітопроводу, відбувається зниження енергоємності технологічного процесу в цілому Використання пристрою, що заявляється, у сукупності з всіма істотними ознаками, включаючи ВІДМІТНІ, дозволяє, з одного боку, локалізувати розряд поблизу дроту, що виходить за мела магнітопроводу, і тим самим, знизити діаметр труби, на внутрішню поверхню якої наносяться покриття, розширюючи в такий спосіб технологічні можливості пристрою, а з іншого боку, використовувати енергію підігріву неохолоджуваного катоду для підвищення температури ростової поверхні, знижуючи при цьому енергоємність технологічного процесу Крім того, електрони, які виходять з отвору катоду, фокусуються на торцевій частині дроту, що виходить за межі магнітопроводу Це дає можливість використовувати енергію цих електронів для розігріву і випаровування торцевої частини дроту, також знижуючи при цьому енергоємність технологічного процесу На фіг зображена схема пристрою, що заявляється Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі містить анод 1, катод 2, водоохолоджувану магнітну систему 3, установлену СПІВВІСНО катоду 2 Анод 1 містить герметичний корпус 4 у виді пустотілого циліндра, нижня частина якого виконана у виді зрізаного конусу Водоохолоджувана магнітна система 3 розташована в нижній частині циліндричного корпусу 4 аноду 1 і являє собою постійний магніт, що складається з однієї секції До торцевої частини водоохолоджуваної магнітної системи 3 СПІВВІСНО приєднаний фокусуючий магнітне поле магнітопровід 5 Магнітопровід 5 виконаний із магнітом'якого матеріалу у вигляді зрізаного конусу з внутрішнім осьовим отвором На верхній частині герметичного циліндричного корпусу 4 установлені два патрубки 6 і 7 Патрубок 6 з'єднаний із трубою для подачі води, а патрубок 7 - із трубою для відводу води Торець нижньої частини герметичного циліндричного корпусу 4 приварений до магнітопроводу 5 Усередині герметичного циліндричного корпусу 4 коаксіальне один одному і циліндричній частині корпусу 4 також розміщені дві трубки 8 і 9 різних діаметрів, причому трубка 8 - більшого діаметру, а трубка 9 - меншого діаметру Один кінець трубки 8 з'єднаний із патрубком 7 відводу води, а інший кінець трубки 8 підходить до секції постійних магнітів водоохолоджуваної магнітной системи 3 Один кінець трубки 9 приварений до верхньої частини герметичного циліндричного корпусу 4, а інший кінець трубки 9 - до магнітопроводу 5, створюючи в такий спосіб наскрізний отвір Поставлене завдання вирішується тим, що в пристрої для нанесення покриттів у вакуумі, що містить анод, катод із корпусом циліндричної форми, розпилювана частина якого виконана у вигляді зрізаного конуса, і встановлену СПІВВІСНО катоду водоохолоджувану магнітну систему у виді постійного магніту циліндричної форми з наскрізним отвором, ВІДПОВІДНО до винаходу анод містить герметичний циліндричний корпус у вигляді пустотілого циліндра, нижня частина якого виконана у виді зрізаного конуса, при цьому магнітна система розташована в нижній частині циліндричного корпусу аноду, і и постійний магніт складається з внутрішньої секції, а до торцевої частини магнітної системи СПІВВІСНО їй приєднаний фокусуючий магнітопровід у вигляді зрізаного конусу з внутрішнім осьовим отвором, причому на верхній частині герметичного циліндричного корпуса анода встановлені два патрубки, з'єднані ВІДПОВІДНО З трубами подачі і відводу води, а торець нижньої частини корпуса з'єднаний із магнітопроводом, і усередині герметичного циліндричного корпуса анода коаксіальне один одному і циліндричній частині корпусу розміщені дві трубки різних діаметрів, при цьому, один із КІНЦІВ трубки більшого діаметра з'єднаний із патрубком для подачі води, а інший знаходиться поблизу постійного магніту, а один із КІНЦІВ трубки меншого діаметру з'єднаний із верхньою частиною герметичного циліндричного корпуса анода, а інший - з магнітопроводом, створюючи в такий спо 57940 уздовж всього аноду 1 У наскрізному отворі розміщений дріт 10, один із КІНЦІВ якого з'єднаний із механізмом 11 його подачі в область розряду, а інший кінець дроту 10 виходить за межі магнітопроводу 6 Катод 2 містить циліндр 12, верхню розпилювану частину 13, виконану у вигляді зрізаного конусу і змінною Катод 2 має форму замкнутого об'єму з осьовою симетрією і з отвором 14, зверненим до аноду 1 Основу 15 катоду 2 з'єднано з тримачем 16, прикріпленим до ізолятора 17 Покриття наноситься на внутрішню поверхню труби 18 Пристрій працює наступним чином Роблять відкачку об'єму вакуумної камери до технологічного вакууму Після ЦЬОГО роблять напуск робочого газу, наприклад, аргону, до тиску 4-7 Па Верхній торець труби 18 розташовують на рівні основи 15 катоду 2 і потім подають напругу між катодом 2 і анодом 1 Виникнення несамостійного тліючого розряду обумовлено наявністю області схрещених електричних і магнітних полів поблизу бічної поверхні дроту 10, що виходить за межі магнітопроводу, а також тим, що ця область схрещених полів опромінюється потоком вторинних електронів, які виходять з отвору 14 катоду 2 Таким чином, недостатньо велике значення магнітної індукції в області розряду, обумовлене використанням тільки однієї внутрішньої секції магнітів, компенсується іонізуючим впливом потоку електронів Утворені в області розряду позитивні іони бомбардують і розпилюють верхню частину 13 катоду 2 При цьому розпилюється в основному внутрішня і зовнішня поверхні звуженої частини конусу 13 Бомбардування внутрішньої частини катоду іонами приводить також до вибивання вторинних електронів, які унаслідок геометрії катоду не тільки стимулюють появу розряду, але і нагрівають (якщо це необхідно) до потрібних температур торець дроту 10, що виходить за межі магнітопроводу 5 Наявність градієнту температури, спрямованого уздовж кінця дроту 10, що виходить за межі магнітопроводу 5, обумовленого водяним охолодженням аноду 1, приводить до оплавленню тільки торця дроту 10 Це дозволяє утримувати силою поверхневого натягу розплавлену краплю У випадку досить тонкостінного катоду 2 (товщиною -0 8 мм) іонне бомбардування приводить до швидкого його розігріву, що сприяє зниженню напруги розряду і підсилює розігрів торця дроту 10 унаслідок термоелектронної емісії Розпилення катоду 2 і випаровування дроту 10 визначають появу парового потоку, що може осаджуватися не тільки на внутрішній поверхні труби 18, але і на внутрішній поверхні основи 15 катоду 2 і циліндра 12 Отже, розміщуючи в нижній внутрішній частині катоду 2 підкладку, можна також одержати на ній покриття Після прогріву і знегажування пристрою трубу 18 переміщують вгору з одночасним її обертанням навколо осі При цьому з боку катоду відбувається радіаційний розігрів внутрішньої ростової поверхні труби з одночасним осадженням пару Конусність частини 13 катоду 2, що розпилюється, і нижньої частини аноду 1 дозволяє направити і розширити паровий потік на внутрішню частину труби 18 В міру випаровування дроту 10 робиться його подача в область розряду за допомогою пристосування 11 При розпиленні катоду 2 і випаровуванні торцевої частини поволоки аноду 1 можна одночасно осаджувати два матеріали Якщо в камеру зробити напуск реактивних газів (Ог, N2 або ChU), можна одержати ВІДПОВІДНІ сполуки Розширення технологічних можливостей пристрою відбувається через відсутність у ньому більшої зовнішньої секції магнітів і завдяки локалізації розряду поблизу осі розпилювача, що в остаточному підсумку дозволяє наносити покриття на внутрішню поверхню труб меншого діаметра З іншого боку, технологічні можливості розширюються внаслідок розігріву і випаровування торцевої частини дроту 10, що виходить за межі магнітопроводу 5 Зниження енергоємності техпроцесу визначається використанням енергії вторинних електронів для розігріву і випаровування дроту, а також енергії розігрітого іонами катоду для необхідного підвищення температури поверхні осадження 57940 Комп'ютерна верстка Т Чепелєва Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна