 |
Вакуумное напыление покрытий
|
|
|
|
Вакуумные методы осаждения базируются на физико-химических процессах испарения и конденсации. Среди других методов нанесения покрытий их выделяет практически неограниченная возможность управления структурой и свойствами получаемых слоев. Паровая фаза не имеет ограничения во взаимной растворимости компонентов. Одновременное испарение нескольких металлов, сплавов или тугоплавких соединений, смешивание их паровых потоков и последующая конденсация позволяют получать различные сочетания металлических и неметаллических материалов. Термическое испарение материалов осуществляется с помощью различных способов нагрева и соответствующих устройств - испарителей.
Покрытия получают напыление на подложку металлов, карбидов, нитритов и др. соединений, которые находятся в парообразном состоянии.
Рис. 8.1 Схема установки вакуумного нанесения покрытий.
1- корпус вакуумной камеры
2- смотровое окно
3- заслонка
4- натекатель
5- вакуумметры
6- нагреватель
7- вакуумное уплотнение
8- испаритель
9- маска
10- подложка
11- нагреватель подложки
12- паромасляный насос
13- ротационный насос
14- ловушка
15- вакуумный затвор
16- вентили
Принципиально существует 3 способа осаждения покрытий:
1) Вакуумное напыление;
2) Катодное распыление;
3) Ионное плакирование.
Покрытие получают путем испарения в вакууме металла и соединений, которые впоследствии отлагаются на подложку. Температура подложки намного ниже, чем температура пара. Энергия атомов не велика и недостаточна для хорошего сцепления с подложкой, поэтому напыляемую поверхность необходимо подготовить. Подготовку поверхности можно производить двумя способами:
|
|
|
1. Обстреливанием ионами инертного газа в тлеющем плазменном разряде;
2. Нагревом изделия до нескольких сотен градусов.
В процессе подготовки происходит испарение загрязнения с поверхности. Затем на подготовленную поверхность проводят напыление.
Известно два принципиальных метода испарения наплавляемого материала:
1. Традиционно термический. Используют либо контактный, либо, высокочастотный нагрев;
2. С использованием концентрированных потоков энергии (электронного или
лазерного лучей);
Процесс вакуумного напыления проводится при 10-3 – 10-4 Па): Пример. Процесс вакуумного напыления имеет достаточно высокую скорость.
Напыление алюминия: V = 0,4 - 40 мкм/с Напыление вольфрама: V = 0,05 - 5 мкм/с
Поскольку скорости осаждения высоки, то необходимо интенсивное испарение напыляемого материала. Например, алюминий напыляют при температуре 1400°С, а вольфрам напыляют при температуре 4100°С.
КАТОДНОЕ РАСПЫЛЕНИЕ
Между катодом и анодом подают от 1000 до 5000 В. Благодаря этому газ, который находится между катодом и анодом становится плазмой, т.е. проводит электрический ток. При этом положительные ионы под действием электрического поля начинают бомбардировать катод. Тем самым атомы напыляемого материала выбиваются из катода и затем осаждаются на анод.
Рис.8.2 Схема установки катодного нанесения покрытий.
1- Подложка
2- Натекатель
3- Катод
4- Вакуумная камера
5- Изолятор
6- Нагреватель
7- Вакуумное уплотнение
Недостатком приведенной схемы является низкая скорость напыления, которая примерно в десять раз меньше чем в ранее рассмотренном способе вакуумного напыления.
Скорость напыления можно повысить, если использовать установку с двумя катодами.
При катодном распылении анод разогревается до температуры 300 - 500 °С, что обеспечивает хорошую адгезию покрытия с подложкой. Процесс проводят в вакууме 10-1 Па.
|
|
|
Процесс можно проводить в химически активной среде. Поэтому можно создавать покрытия из карбидов, нитридов, оксидов. Газовая среда подбирается такой, чтобы она могла создавать необходимые химические соединения с распыляемым материалом.
ИОННОЕ ПЛАКИРОВАНИЕ
Пары напыляемого материала переносятся на подложку с помощью плазмы возбуждаемой между испарителем и изделием. Процесс ведется в вакууме 10-1 Па. Испарение материала 5 проводят двумя путями:
1. Непосредственный или высокочастотный нагрев током;
2. 
При обстреле материала из электронно-лучевой пушки или атомами инертного газа.
Рис.8.3. Схема метода ионного плакирования.
1- Вакуумная камера
2- Привод подложки
3- Подложка
4- Поток ионов
5- Катод
6- Держатель
7- Генератор плазмы
8- Электромагнитная линза
9- Экран
10- Ионизованный газ
В том случае если изделие выполнено из токонепроводящего материала, то изделие покрывают проволочной сеткой, которая является катодом.
После плакирования образуется чистая поверхность с высокой плотностью. Покрытия имеют отличную сцепляемость с подложкой, и ионное плакирование дает всестороннее плотное, но не всегда однородное покрытие.
|
|
|
