Установка для іонно-плазмового напилювання

Установка для іонно-плазмового напилювання, що містить вакуумну камеру з встановленим у ній вертикальним катодом, арматуру для розміщення виробів з нагрівачами, пристрій підпалювання дуги, схему підпалювання дуги, блок опорної напруги, зв'язаний з вертикальним катодом, систему іонного очищення з електродом, відкачувальну вакуумну систему з блоком керування, джерело газів із блоком напуску газів, керований силовий випрямляч, яка відрізняється тим, що містить додатковий пристрій підпалювання дуги з комутатором, комутатор напрямку руху дуги, логічний блок схеми підпалювання дуги, логічний блок керування комутатором пристрою підпалювання дуги, ло гічний блок керування комутатором напрямку руху дуги, реле блокування керованого C2 2 77998 1 3 77998 4 дженні його на виробах. Після створення в камері ряду від верхнього кінця катода до нижнього. Дуга (при струмі ~120А), пробігаючи по катоду за час робочого тиску ~1×10-2Па при накладанні різниці потенціалів між анодом і катодом і ініціюванні розсвого життя в 300-400mс, попадає в механічний пристрій гасіння дуги, де в залежності від його ряду за допомогою вузла підпалювання, між аноконструкції, тиску в камері і струму дуги відбувадом і катодом виникає дуговий електричний розється її автоматичне гасіння за час від 60 до ряд. При цьому відбувається ерозія катода в 600mс. Потім процес повторюється автоматично катодних мікроплямах. Ма теріал катода з великою енергією викидається з мікроплям у вигляді так за допомогою схеми (блоку) підпалювання. Матеріал катоду (ти тан), що випаровується дузваних катодних струменів. Ме талева плазма, що говим розрядом, разом з реакційним газом (азотом утворюється в процесі генерації, у результаті вза- N2) утворює сполуку (нітрид титану - TiN), що ємодії з електричним і магнітним полями соленоїосаджується на вироби. Інтенсивність осадження, да додатково іонізується, частково автосепарується і її рух прискорюється в напрямку виробів, що тобто товщина і колірний відтінок по висоті камери залежать від тиску реакційного газу, струм у дуги, покриваються. Як результат прикладання до часу життя і часу гасіння дуги і величини опорної оснащення з виробами негативного потенціалу напруги, що подається на вироби (у випадку струпозитивні іони при влученні на виріб додатково мопровідних виробів) блоком опорної напруги. прискорюються в дебаєвському подвійному шарі. Подача в камеру азоту приводить до плазмохімічВідома установка для іонно-плазмового напилювання має істотні недоліки унаслідок недосконої реакції з утворенням нітриду титану. Перед налої системи керування часом життя і гасіння нанесенням покриття поверхня виробів очищаєтьдуги: ся від забруднень і активізується послідовним боа) відбувається підвищений знос нижньої часмбардуванням іонами азоту і потім титана. Іонне очищення разом з ретельним очищенням виробів тини катода і, як наслідок, вихід усього катода з ладу (вартість катода $ 4000); перед розміщенням у вакуумну камеру дозволяб) товщина і колірний відтінок покриття вироють одержати достатню адгезію покриття до підбів мають суттєву нерівномірність по висоті камекладки. ри. Така конструкція установки має ряд істотних недоліків, що обмежують її технологічні можливосВ основу винаходу поставлена задача: підвищити технологічні можливості установки для іонноті: плазмового напилювання шляхом удосконалення а) - розмір і кількість виробів, що покриваютьсистеми керування часом життя і гасіння дуги, у ся, обмежено площею 2-4дм 2; результаті чого зменшується знос катода, збільб) - збільшення корисної площі за рахунок збільшення числа випарників веде до ускладнення шується термін його служби, а також підвищується рівномірність товщини і колірного відтінку покритвакуумного устаткування і нерівномірності товщитів виробів. ни і кольоровості покриття по висоті камери. Поставлена задача вирішена тим, що установНайбільш близьким по технічній суті є пристрій ка для іонно-плазмового напилювання, що містить установки ВУ-1100 «Д», що випускається Сморгонським заводом оптичного верстатобудування, вакуумну камеру з встановленим у ній вертикальним катодом, арматуру для розміщення виробів з до складу якої входить вакуумна камера з вертинагрівачами, пристрій підпалювання дуги, схему кальним катодом (наприклад, з титана), у верхній підпалювання дуги, блок опорної напруги, зв'язачастині катода встановлений пристрій підпалюний з вертикальним катодом, систему іонного вання зі схемою керування, а в нижній - механічний пристрій гасіння дуги; арматура з нагрівачами очищення з електродом, відкачувальну вакуумну систему з блоком керування, джерело газів із блодля виробів, електрод системи іонного очищення, ком напуску газів, керований силовий випрямляч, відкачувальна вакуумна система з блоком керузгідно винаходу містить додатковий пристрій підвання, джерело газів із блоком напуску газів, сиспалювання дуги з комутатором, комутатор напрятема іонного очищення і керований силовий випрямляч [3]. мку руху дуги, логічний блок схеми підпалювання дуги, логічний блок керування комутатором приУстановка працює таким чином: у вакуумну строю підпалювання дуги, логічний блок керування камеру завантажуються вироби і розміщаються на комутатором напрямку руху дуги, реле блокування арматурі; за допомогою відкачувальної вакуумної керованого силового випрямляча, таймерсистеми і блоку керування відбувається вакуумусинхронізатор з першим і другим пристроєм завання камери до тиску ~2×10-3 Па, потім виріб вдання й індикації, при цьому таймеробезгажується при температурі ~ 200°С за допосинхронізатор першим виходом з'єднаний із вхомогою нагрівачів арматури і піддаються тонкому дом реле блокування силового випрямляча, вихід очищенню за допомогою системи іонного очищенякого з'єднаний із входом силового випрямляча, ня - безпосередньо електродом системи іонного другий ви хід таймера-синхронізатора з'єднаний очищення, розміщеним у камері. Цикл підготовчих паралельно з входами логічних блоків схеми підоперацій, в основному, закінчений. палювання дуги, керування комутатором підпалюПочинається цикл напилювання виробів (навання, керування комутатором напрямку руху дуги приклад, нітридом титана - TiN). Блок напуску газів відповідно, вихід логічного блоку схеми підпалювстановлює в камері тиск реакційного газу (напривання з'єднаний із входом схеми підпалювання, клад, азоту - N3) ~2×10-1Па. Вмикається силовий вихід логічного блоку керування комутатором підвипрямляч і напруга живлення дуги подається на палювання з'єднаний із входом керування комутакатод (-70В), блок керування включає пристрій тором підпалювання, при цьому вихід логічного підпалювання, що ініціює розвиток дугового роз 5 77998 6 блоку керування комутатора напрямку руху дуги газів за допомогою джерела газів (10) встановлює з'єднаний із входом керування відповідного комув камері робочий тиск реакційного газу (напритатора; вихід схеми підпалювання з'єднаний з пеклад, азоту - N2) ~2×10-1Па. Вмикається силовий ремикаючим контактом комутатора підпалювання, випрямляч (16). Вмикається таймер-синхронізатор при цьому один з вихідних контактів комутатора (20) і подає імпульс установки визначеної триваз'єднаний з першим пристроєм підпалювання, а лості на логічні блоки (17, 18 і 19). По передньому другий контакт відповідно з другим пристроєм підфронті імпульсу установки комутатори (12 і 13) палювання, при цьому перемикаючий контакт ковстановлюються в положення, при якому силовий мутатора напрямку руху дуги з'єднаний з виходом випрямляч (16) підключається до верхнього кінця силового випрямляча, а перший вихідний контакт катода (2), а вихід схеми підпалювання (14) комуцього комутатора з'єднаний з верхнім кінцем катотатором (12) підключається до нижнього (протида, другий вихідний контакт цього комутатора з'єдлежного) пристрою (4) катода (2). По задньому наний з нижнім кінцем катода. фронті імпульсу запуску логічним блоком (17) акТаким чином, запропонований новий алгоритм тивується схема підпалювання (14), яка за допороботи установки за рахунок уведення зазначених могою пристрою підпалювання (4) збуджує розвиблоків і взаємозв'язку між ними, дозволяє регулюток дугового розряду від нижнього кінця катода (2) вати час життя і гасіння дуги під час процесу напидо верхнього в силу того, що такий ланцюг силоволювання, виключити процес гасіння дуги, що в го випрямляча (16) замикається через верхній кікінцевому рахунку приводить до зменшення зносу нець катода (2). Після закінчення часу життя дуги, катода, підвищує рівномірність товщини й одноріустановлюваного за допомогою пристрою завдандності колірного відтінку покриття виробів і, як реня й індикації (21) (наприклад 310mс для тиску зультат, підвищує те хнологічні можливості устано2×10-1Па і струму дуги ~200А) таймервки. синхронізатор (20) через реле блокування (15) Блок-схема установки представлена на кресвідключає силовий випрямляч (16) на час 0,01ленні. Установка містить: вакуумну камеру - 1, ве10mс, що встановлюється за допомогою другого ртикальний катод - 2 з першим пристроєм підпапристрою завдання й індикації (22). Наступним лювання - 3 і другим пристроєм підпалювання - 4, імпульсом запуску відбувається переключення арматуру з нагрівачами для виробів - 5, електрод силового випрямляча (16) на нижній кінець катода системи іонного очищення - 6, систему іонного (2) і пристрою підпалювання (3). Дуга розвиваєтьочищення - 7, відкачувальну вакуумну систему ся у протилежному напрямку. При значенні часу (ОВС) - 8, блок керування відкачувальною вакуумустановки другого пристрою завдання й індикації ною системою - 9, джерело газів - 10, блок напуску (22) від 0,01 до 0,1mс гасіння дуги практично пригазів - 11, комутатор пристрою підпалювання дуги пиняється, і вона циркулює по катоду (2) безупин12, комутатор напрямку руху дуги - 13, схема підно, від одного кінця до іншого. палювання - 14, реле блокування силового випряПараметри повинні мати визначені значення в мляча - 15, керований силовий випрямляч - 16, межах +/- 20%. логічний блок схеми підпалювання - 17, логічний У такий спосіб запропоноване обладнання блок керування комутатором підпалювання - 18, установки дозволяє регулювати в необхідних за логічний блок керування комутатором напрямку технологією межах час життя і гасіння (розвороту) руху дуги - 19, таймер-синхронізатор - 20, перший дуги, виключити необхідність застосування мехапристрій завдання й індикації -21, другий пристрій нічного пристрою гасіння дуги і як наслідок підвизавдання й індикації - 22, блок опорної напруги щити те хнологічні можливості установки шляхом 23. виключення підвищеного зносу катода, підвищенУстановка працює таким чином: ня рівномірності товщини й однорідності колірного - у вакуумну камеру - 1 завантажуються вировідтінку покриттів виробів. би і розміщаються на арматурі - 5, за допомогою Джерела інформації: відкачувальної вакуумної системи - 8 і блоку керу1. Дороднов A.M., Петросов В.А. Про фізичні вання - 9 відбувається вакуумування камери до принципи і типи вакуумних те хнологічних плазмо-3 тиску ~ 2×10 Па, потім вироби обезгажуються за вих пристроїв. //Журнал технічної фізики. -Т.51, температури ~ 200°С за допомогою нагрівачів і вип.№3.- 1981. піддаються тонкому очищенню за допомогою сис2. Патент Великобританії -№1322670. -1973. теми іонного очищення - 7 електродом - 6 системи 3. Патент України -№11022. -1996. Пристрій іонного очищення (7), розміщеним у камері. Цикл для іонно-плазмової обробки виробів. підготовчих операцій закінчений. Починається цикл напилювання виробів (наприклад, нітридом титану TiN). Блок (11) напуску 7 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 77998 8 Підписне Тираж 26 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