Пристрій і спосіб для нанесення покриття

1. Пристрій для нанесення покриття на підкладку з використанням фізичного осадження з парової фази, який містить вакуумну камеру, котушку, розміщену у вакуумній камері та призначену для підтримування певної кількості провідного матеріалу у стані левітації і для нагрівання й випарювання цього матеріалу за допомогою змінного електричного струму у котушці, та розміщені у котушці засоби для ізоляції котушки від матеріалу у стані левітації, який відрізняється тим, що засоби для ізоляції є частиною контейнера, виготовленого з непровідного матеріалу, а контейнер має один або кілька отворів, призначених для направлення випаруваного провідного матеріалу на підкладку, на яку наносять покриття. 2. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що контейнер має форму каналу, який на обох кінцях має ущільнення, причому в ущільненні виконані один або кілька отворів. 3. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що контейнер має форму каналу з ущільненням на одному кінці і коробчастим виступом на другому кінці, причому виступ має кілька отворів. 4. Пристрій за п.3, який відрізняється тим, що виступ по ширині є принаймні таким самим, як і підкладка, на яку необхідно нанести покриття. 2 (19) 1 3 87916 4 криття, використовують стрічку, яку безперервно пропускають відносно контейнера. 13. Спосіб за будь-яким із пп.9-12, який відрізняється тим, що між підкладкою і контейнером під тримують градієнт електричного потенціалу, чим забезпечують прискорення іонів у бік підкладки. Винахід відноситься до пристрою для нанесення покриття на підкладку з використанням фізичного осадження з парової фази, який містить вакуумну камеру із розміщеною в ній котушкою, що призначена для підтримування певної кількості провідного матеріалу у стані левітації і для нагрівання й випарювання цього матеріалу за допомогою змінного електричного струму у котушці, причому у котушці розміщені засоби для ізоляції котушки від матеріалу у стані левітації. Винахід відноситься також до способу нанесення покриття на підкладку з використанням фізичного осадження з парової фази. Левітація й випарювання провідного матеріалу відомі з патентної заявки WO 03/071000 А1. У даній заявці описується технологія покриття підкладки шаром провідного матеріалу, який у вакуумній камері конденсується з парової фази на підкладку. Певна кількість провідного матеріалу утримується плаваючим над котушкою, у яку подається змінний електричний струм. Завдяки цьому струму у котушці створюється змінне електромагнітне поле. Це електромагнітне поле прикладає до провідного матеріалу направлену нагору силу. Крім того, електричний струм забезпечує електричну енергію для нагрівання матеріалу у стані левітації, унаслідок чого він плавиться і врешті-решт випаровується. Слід, однак, зазначити, що деякі провідні матеріали не плавляться, а сублімуються. Між котушкою і матеріалом у стані левітації присутні засоби електричної ізоляції, такі, як трубка або канал, призначені для запобігання утворенню електричної дуги між обмотками котушки і запобігання забрудненню котушки і вакуумної камери. Утворена пара виходить через кінець каналу і використовується для покриття підкладок. Недолік вищезазначеного пристрою полягає у складності регулювання шару покриття на підкладках. Особливо у випадку, коли пристрій використовується для безперервного покриття стрічки, що проходить через вакуумну камеру, складно нанести покриття, яке має рівномірні товщину і склад по ширині цієї стрічки. Для того щоб усунути цей недолік, у патентній заявці WO 02/06558 А1 пропонується вакуумна камера, у якій можна переміщати стрічку, а пару можна переносити на стрічку за допомогою каналу, який має одне або кілька звужень, завдяки чому пара осаджується в умовах запирання потоку. У цьому документі описується спосіб одночасного осаджування двох пар, хоча цей спосіб можна використовувати й лише для однієї пари. При цьому, якщо у звуженні використовуються кілька отворів, і канал є достатньо широким, на стрічку можна наносити рівномірне покриття. Однак недоліком покриттів, нанесених із застосуванням цього способу, є те, що не забезпечується оптимальне зчеплення покриття з підклад кою. Іншим недоліком є те, що щільність покриття є не оптимальною. В результаті чого виникає необхідність піддавати підкладку з покриттям подальшій технологічній стадії, наприклад, прокатки для стрічки. Метою винаходу є створення пристрою і способу для нанесення покриття на підкладку з використанням фізичного осадження з парової фази, які уможливлюють одержання удосконаленого покриття на підкладці. Ще однією метою винаходу є створення пристрою і способу для нанесення покриття на підкладку з використанням фізичного осадження з парової фази, які уможливлюють одержання шару нанесеного матеріалу з підвищеними зчепленням і щільністю. Одна або кілька із цих цілей досягаються завдяки пристрою для нанесення покриття на підкладку з використанням фізичного осадження з парової фази, який містить вакуумну камеру, із розміщеною в ній котушкою, що призначена для підтримування певної кількості провідного матеріалу у стані левітації і для нагрівання й випарювання цього матеріалу за допомогою змінного електричного струму у котушці, причому у котушці розміщені засоби для ізоляції котушки від матеріалу у стані левітації, причому ізолюючі засоби є частиною контейнера, виготовленого з непровідного матеріалу, а контейнер має один або кілька отворів, призначених для направлення випаруваного провідного матеріалу на підкладку, на яку має наноситися покриття. У цьому пристрої можливо утримувати випаруваний матеріал таким чином, що тиск у контейнері є вищим за тиск у вакуумній камері зовні контейнера. Як це не дивно, виявилося, що високий тиск у контейнері уможливлює утворення плазми у контейнері, і при цьому газ складається з випаруваного матеріалу, який частково іонізований: він містить атоми, іони, радикали й електрони. Плазма утворюється при частотах змінного струму, вказаних у патентній заявці WO 03/071000 А1, наприклад, при частоті 50кГц або вище, які набагато нижче, ніж відомі частоти для утворення плазми. Частина плазми направляється через отвори, перед якими розміщується підкладка, на яку наноситься покриття. Через те, що іони заряджені, покриття має краще зчеплення з підкладкою, і, крім того, покриття є щільнішим. Контейнер необхідно виготовляти з непровідного матеріалу, оскільки при контакті з електрично провідною стінкою іони перетворяться на атоми. Переважно, контейнер має форму каналу, який на обох кінцях має ущільнення, причому в ущільненні виконані один або кілька отворів. При цьому забезпечується простий тип контейнера, у якому під час користування плазма утримується у 5 контейнері і частково вивільняється через отвори для покриття підкладки. Відповідно до переважного варіанту здійснення, контейнер має форму каналу з ущільненням на одному кінці і коробчастим виступом на другому кінці, причому виступ має кілька отворів. Цей переважний варіант здійснення особливо придатний для покриття стрічки, оскільки коробчастий виступ може мати поверхню, яка практично відповідає формі підкладки, на яку необхідно нанести покриття, завдяки чому забезпечується рівна відстань між цією поверхнею і підкладкою. Це уможливить рівномірне покриття на підкладці. Переважно, виступ по ширині є принаймні таким самим, як і підкладка, на яку необхідно нанести покриття. Це особливо важливо, коли покриття наноситься на стрічкоподібний матеріал, і при цьому матеріал, який має довжину принаймні кілька сотень метрів, пропускається через вакуумну камеру. Стрічка може бути виготовленою з паперу, металу, пластмаси або іншого матеріалу. При використанні цього варіанту здійснення контейнера, покриття на стрічкоподібний матеріал можна наносити по усій ширині. Переважно, отвори виконані круглої форми або у формі прорізу. При цьому плазма може вивільнятися ефективним чином. Відповідно до одного переважного варіанту здійснення, контейнер оснащений нагрівальними засобами, призначеними для нагрівання контейнера. Контейнер необхідно нагрівати, оскільки інакше пара і плазма конденсуватимуться на холодній стінці. Переважно, контейнер оснащений нагрівальними елементами, виготовленими з провідного матеріалу, такого, як резистивний дріт із молібдену або вольфраму. Таким чином забезпечуються відносно прості нагрівальні елементи для нагрівання електрично непровідного контейнера. Відповідно до одного переважного варіанту здійснення, контейнер виготовлений з керамічного матеріалу, такого, як нітрид бору або нітрид кремнію. Керамічний матеріал дуже придатний для умов, яким піддається контейнер, таких, як висока температура й високі теплові удари й напруження. Крім того, керамічний матеріал має високу теплопровідність. Відповідно до ще одного аспекту винаходу, пропонується спосіб для нанесення покриття на підкладку з використанням фізичного осадження з парової фази, у якому використовують котушку для підтримування певної кількості провідного матеріалу у стані левітації і для нагрівання й випарювання цього матеріалу, де через котушку пропускають змінний електричний струм, і між котушкою і матеріалом у стані левітації розміщують ізолюючі засоби, причому ізолюючі засоби виконують як частину контейнера, який виготовляють з непровідного матеріалу, який нагрівають, а контейнер виконують з одним або кількома отворами, через які випаруваний матеріал направляють на підкладку, на яку наносять покриття, причому забезпечують утворення випаруваним матеріалом плазми всередині контейнера, і цю плазму вивільняють 87916 6 через отвори у контейнері для нанесення покриття на підкладку. Цим способом забезпечують плазму у контейнері, що має описані вище переваги. Переважно, контейнер нагрівають до температури, яка дорівнює або перевищує температуру матеріалу у стані левітації. Таким чином запобігають конденсації пари або плазми на стінках контейнера. Відповідно до переважного варіанту здійснення, плазму у контейнері підтримують під тиском 10-1-10-5мбар, переважно, 10-2-10-4мбар. При тиску вище 10-5мбар, перевалено, вище 10-4мбар, у контейнері утворюватиметься плазма, ця плазма підтримуватиметься доти, доки тиск не стане занадто високим, тобто не вище 10-1мбар, переважно, не вище 10-2мбар. Зрозуміло, що тиск залежить від виду провідного матеріалу, який необхідно випаровувати, температури матеріалу у стані левітації і розміру контейнера й отворів у ньому. Крім того, зрозуміло, що тиск зовні контейнера у вакуумній камері має бути нижчим за тиск плазми, щоб плазма могла вивільнятися через отвори у контейнері. Переважно, тиск у вакуумній камері у 10-1000 разів нижчий за тиск плазми, переважніше, нижчий приблизно у 100 разів. Відповідно до одного варіанту здійснення, підкладку, на яку наносять покриття, виконують у вигляді стрічки, яку безперервно пропускають відносно контейнера. Пропонованим способом можна одержувати стрічку із щільним, добре зчепленим покриттям. Відповідно до переважного варіанту здійснення, між підкладкою і контейнером підтримують градієнт електричного потенціалу, чим забезпечують прискорення іонів у бік підкладки. Завдяки градієнту електричного потенціалу іони при співударянні на поверхні підкладки мають високу кінетичну енергію. Ця висока кінетична енергія або призводить до приставання іонів до підкладки або покриття, яке вже є на підкладці, що призводить до одержання дуже щільного і дуже добре зчепленого покриття на підкладці, або до відскакування іону на поверхні підкладки, якщо енергія іону дуже висока. В останньому випадку, однак, частина енергії іону поглинається покриттям на підкладці, що призводить до додаткового ущільнення покриття. Градієнт електричного потенціалу між підкладкою і контейнером може бути 10-40В. Далі винахід пояснюється із посиланнями на доданий графічний матеріал. Фіг.1 представляє собою поперечний переріз одного варіанту здійснення пропонованого пристрою. Фіг.2 представляє собою поперечний переріз пристрою на Фіг.1 по лінії А-А. Фіг.1 представляє собою один переважний варіант здійснення пропонованого пристрою. У вакуумній камері (не показана) розміщена котушка 1. Контейнер 2 має розміщену у котушці 1 подібну до каналу частину 3, у якій утворюється пара. На своєму нижньому кінці ця частина 3 закрита, а на своєму верхньому кінці сполучається із коробчастою частиною 4, виконаною такою, щоб відповіда 7 87916 ти підкладці, на яку наноситиметься покриття. На поверхні частини 4 виконані отвори 5. У варіанті здійснення, представленому на Фіг.1, контейнер 2 використовується для нанесення покриття на стрічку (не показана), яка подається на малій відстані над контейнером. Тому частина 4 контейнеру 2 подовжена, щоб мати змогу наносити покриття на всю ширину стрічки. Фіг.2 представляє собою поперечний переріз пристрою на Фіг.1 по лінії А-А. На цьому поперечному перерізі показана коробчаста частина 4, у якій у короб 7 вставлена трубка 6, а між трубкою 6 і коробом 7 розміщені витки або дроти електричної котушки 8. Під час роботи пристрою у подібну до каналу частину 3 контейнера 2 вводять провідний матеріал, використовуючи для цього живильний пристрій (не показаний). Через котушку 1 пропускається змінний електричний струм, який створює змінне електромагнітне поле. Під дією цього електромагнітного поля провідний матеріал підтримується у стані левітації над котушкою, і одночасно провідний матеріал нагрівається. У більшості випадків провідний матеріал плавиться з утворенням краплі 10 і випаровується, а у деяких випадках сублімується без плавлення. Оскільки контейнер 2 закритий за винятком кількох отворів 5, через випаровування краплі 10 тиск у контейнері стає вищим за тиск в оточуючій вакуумній камері. Як це не дивно, це надає можливість утворювати плазму у контейнері і підтримувати цю плазму у контейнері за допомогою електрично ізолюючого або непровідного матеріалу, такого, як матеріал самого контейнера, щоб підтримувати плазму. Плазма у контейнері має тиск 10-1-105 мбар, переважно, 10-2-10-4мбар. При тиску вище 10-5мбар, переважно, вище 10-4мбар, у контейнері утворюватиметься плазма; ця плазма підтримуватиметься доти, доки тиск не стане занадто високим, тобто не вище 10-1мбар, переважно, не вище 10-2мбар. Плазма утворюється при частотах змін Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 8 ного струму, вказаних у патентній заявці WO 03/071000 А1, наприклад, при частоті 50кГц або вище, які набагато нижче, ніж відомі частоти для утворення плазми. Природно, тиск в оточуючій вакуумній камері має бути нижчим за тиск у контейнері, щоб плазма могла вивільнятися через отвори 5. Крім того, контейнер необхідно нагрівати до температури, яка дорівнює або перевищує температуру пари / плазми, щоб запобігти конденсації пари / плазми на стінках контейнера. Для цього використовуються витки або дроти електричної котушки 8 у стінках контейнера. Оскільки контейнер має бути теплостійким і стійким до теплових ударів, а також мати високу теплопровідність, зазвичай використовується керамічний матеріал, такий, як нітрид бору або нітрид кремнію, хоча можливі й інші матеріали, такі, як оксид цирконію, оксид ітрію, бромід гафнію або бромід цирконію, оскільки кераміка є електрично непровідною. Отвори у контейнері можуть мати будь-яку форму, але зазвичай вони виконані круглої форми або у формі прорізу. Загальна поверхня отворів залежить від об'єму контейнера і швидкості нанесення покриття. Крім того, відстань між отворами є змінною і залежатиме від відстані між поверхнею контейнера, у якій ці отвори присутні, і підкладкою, на яку необхідно нанести покриття. Зазвичай плазма, що вивільняється з контейнера, має факелоподібну форму. Через те, що іони у плазмі заряджені, іони краще приставатимуть до підкладки й утворюватимуть щільніше покриття. Приставання і щільність покриття можна далі покращити шляхом використання між контейнером і підкладкою, на яку необхідно нанести покриття, різниці потенціалів. Завдяки різниці потенціалів іони прискорюються у бік підкладки і тому співударятимуться на поверхні підкладки, маючи високу швидкість. Це дає у результаті дуже гарне зчеплене покриття, яке має високу щільність Прийнятною різницею потенціалів є 10-40В. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601