Введение к работе
Актуальность темы. Нанесение пленочных покрытий в вакууме является одной из наиболее распространенных технолошческих операций в производстве изделий электронной и оптической промышленности, а также в машиностроении. Перечень технических задач, успешно решаемых с помопдао покрытий, постоянно расширяется в связи с их высокими качественными показателями я с возможностью получения покрытий с широчайшим спектром функцкональиш свойств,
В настоящее время для осаждения покрытий используются технологии, основанные на термическом (включая электронно-лучевое) испарении наносимого материала и на его ионном распылении. Однако в обоих случаях формирование покрытий происходит исключительно за счет конденсация нейтральных частиц, что полностью исключает возможность управления" как их энергаей, так и их движением в процессе транспортировки. В связи с этим большой практический интерес представляет разработка технологаческих процессов, основанных на формировании пленочных структур из плазмы наносимого материала. Для реализации таких процессов на практике обычно используются вакуумно-дуговые источники плазмы, которые характеризуются высокой эффективностью при получении сияьноионизированных и высокоскоростных потоков вещества, возможностью управления процессом нанесения покрытий из' плазмы различных материалов (металлов, их сплавов и т.д.) и простотой эксплуатации. Применение данной технологии позволяет получать упрочняющие, защитные, харостойкие, антиэмиссионные и декоративные покрытия и, кроме этого, осуществлять плазмохимический синтез различных соединений.
При разработке технологического процесса нанесения покрытий особое внимание уделяют созданию эффективных систем транспортировки плазменного потока. Решение данной проблемы направлено на достижение максимальной скорости роста при заданном качестве наносимого покрытия.
Расширение областей практического применения вакуумно-дуговой
технологии связано с совершенствованием конструкций источников плазмы
и дальнейшим теоретическим и экспериментальным изучением процессов
движения и осаждения плазменного потока. Несмотря на обилие
публикаций, строгого математичесного анализа процессов, происходящих в
плазме вакуумно-дугового, разряда, не существует. Таким образом,
выбранное направление исследований представляет большой практический
интерес. -'
Цёлью писсертапиониой работы являлось:
теоретическое и экспериментальное изучение движения плазменного потока, генерируемого с помощью вакуумно-дугового разряда;
разработка методов магнитного управления движением заряженной компоненты для повышения скорости роста и равномерности толщины формируемого покрытия;
- разработка конструкций вакуумно-дуговых источников плазмы и
методов формирования покрытия на деталях сложной формы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- предложены и исследованы методы магнитного управления
движением заряженной компоненты плазменного потока, повышающие
скорость роста и равномерность толщины наносимого покрытия;
разработан и реализован в программном комплексе алгоритм расчета транспортировки заряженной компоненты плазменного потока и' распределения плотности ионного тока в рабочем объеме вакуумно-дугового источника плазмы; ,,
решена задача по управлению распределением плотности ионного тока по внутренней поверхности цилиндрической полости;
теоретически исследована и практически решена задача управленій плотностью плазменного потока.
Научные положення, выносимые на зашиту:
-
Распределение плотности ионного тока в потоке металлической плазмы, генерируемой вакуумно-дуговым разрядом с интегрально-холодным катодом, при токе, близком к критическому значению, описывается математической моделью формирования моноскоростного плазменного потока на основе дифференциальных уравнений движения, в которых учитывается неоднородность магаитного поля, начальные скорости ионов и функция распределения плотности ионного тока на поверхности катода.
-
Равномерность толщины покрытия, наносимого из металлической плазмы вакуумно-дугового разряда, определяется характером пространственной конфигурации магнитного поля, создаваемого дополнительным элементом системы транспортировки в области подложкодержателя.
3. "Коэффициент прохождения заряженной компоненты потока
вакуумно-дуговой плазмы через систему плоско-параллельных электродов
экспоненциально зависит от скоростных параметров потока и
геометрических размеров электродной системы.
Практическая ценность работы:
-
Разработан пакет программ для расчета распределения плотности ионного тока в зоне транспортировки плазменного потока, генерируемого вакуумно-дуговым разрядом.
-
Отработаны методы магнитного управления движением заряженной компоненты плазменного потока, основанные на введении дополнительного элемента в систему транспортировки, обеспечивающие повышение скорости роста и равномерности толщины наносимого покрытия.
3. Разработана конструкция устройства и отработана технология
нанесения покрытия на внутреннюю поверхность цилиндрической полости.
4. С целью повышения качества наносимого покрытия предложен и
реализован метод очистки плазменного потока от капельной фракции.
5. Предложено устройство в виде системы плоско-параллельных
электродов, позволяющее регулировать плотность плазменного потока.
реализация результатов работы. Предложен ряд конструкций вакуумно-дуговых источников плазмы, нашедших практическое применение в промышленности; Основные результаты работы внедрены на АОЗТ "С.Е.Д.-СП6" (АО "Светлана") в технологию производства генераторных ламп. В соотвествии с рекомевдациями переоборудована установка ми^умно-дугового напыления УВНИПА-1-001-327.070 для нанесения Цокфнтий на внутреннюю поверхность камерных анодов. Изготовление Приборов с данными анодами увеличило реальную долговечность приборов в 1,5...2 раза. В настоящее время с применением разработанной технологии производятся следующие типы генераторных ламп: ГУ-103Б, ГП-17К, ГУ-93Б, ГУ-95А и ГУ-91 А, что дало значительный экономический эффект.
Апробация. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
II Международной конференции "Актуальные проблемы
электронного приборостроения АПЭП-94" (г. Новосибирск, 1994 г.);
- конференции с участием зарубежных специалистов "Вакуумная
наука и техника" (г. Гурзуф, 1994 г.);
III конференции "Модификация свойств конструкционных
материалов пучками заряженных частиц" (г. Томск, 1994 г.);
Всесоюзной конференции "Математическое моделирование и экспериментальное исследование физико-химических процессов в сплошных средах" (г. Харьков, 1991 г.);
Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (г. Ленинград, 1990 г.);
-1 Всесоюзной конференции "Автоматизация, интеграция процессов в технологии микроэлектроники" (г, Ленинград, 1989 г.);
- XII Всесоюзной конференция "Персиективд развития техники
радиовещательного звукоусиления и акустики " (г. Ленинград, 1988 г.);
Всесоюзной коферендии "Электронное приборостроение" (гЛенинград, 1988 г.);
Всесоюзной конференции "Прогрессивная технология нанесения металлопокрытий на поверхности" (г. Челябинск, J986 Г.);
1 Региональной конференции "Электроивос яриборостроение" (г. Новосибирск, 1986 г.);
научно-технических конференциях профессорско-
преподавательского состава Санкт-Петербургского электротехнического университета им. В.И. Ульянова (Ленина) (г, Санкт-Петербург, 1985-1994 г.г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 научных работ. Новизна предлагаемых решений подтверждена 4 авторскими свидетельствами. ,
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 130 наименований. Основная часть работы изложена на 140 страницах машинописного текста. Работа содержит 60 рисунков и 6 таблиц.
