Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние разработки и производства He-Ne лазерных датчиков на холодных источниках электронов 10
1.1. Гироскопические системы на лазерных зеемановских гироскопах 10
1.2. Отличительные особенности зарубежных лазерных гироскопов 14
1.3. Влияние конструктивных и других особенностей элементов лазерных датчиков на свойства зеемановских гироскопов 21
1.4. Анализ отечественных разработок в области создания He-Ne лазерных датчиков на холодных катодах 29
1.5. Сравнительный анализ конструкций и способов изготовления лазерных датчиков с холодными катодами с целью определения перспек тивного варианта 33
1.6. Зеркала и холодные источники электронов лазерных датчиков на He-Ne смеси 38
1.6.1.Современные приемы изготовления зеркал 38
1.6.2.Методы изготовления холодных источников электронов (катодов) 42
Выводы к главе 1 45
Глава 2. Холодный катод как многокомпонентная техническая система 47
2.1. Особенности разработки холодного катода высокой надежности 47
2.1.1 .К выбору материала и конструкции 47
2.1.2.Класс обработки поверхности и ее структура 49
2.1.3.Чистота поверхности 53
2.1.4. Покрытие поверхности подложек холодных катодов оксидной пленкой 56
2.2. Выбор критериев качества холодных катодов 58
2.2.1.Особенности контроля технологического процесса изготовления холодных катодов 58
2.2.2.Толщина оксидной пленки 59
2.2.3.Критерий долговечности и внешние воздействующие факторы 62
Выводы к главе 2 68
Глава 3. Современный подход к управлению качеством продукции 69
3.1. Необходимость повышения качества продукции 69
3.2. Общие принципы обеспечения качества продукции 72
3.3. Обеспечение качества (надежности) на всех этапах жизненного цикла изделия 75
3.4. Повышение качества (надежности) на этапе проектирования и разработки продукции 80
3.5. Система обеспечения и контроля качества на этапе производства... 84
3.6. Обобщенная структурная схема системы обеспечения и контроля качества изделий на этапах их «жизненного цикла» 90
3.7. Особенности управления качеством изделий радиоэлектроники на предприятиях России 93
3.8. Повышение качества разработки и производства холодных катодов лазерных датчиков 107
Выводы к главе 3 108
Глава 4. Разработка и организация производства основы современных лазерных датчиков - холодных катодов 109
4.1. Концепция разработки лазерного датчика на основе пленочного холодного катода 109
4.2. Создание технологии получения пленочного холодного катода высокой надежности и долговечности 116
4.2.1. Особенности выбора материала для новой конструкции 116
4.2.2. Технические приемы и разработка методов получения и испытания многослойных холодных катодов 121
4.3. Организация производства и методы управления качеством холодных катодов 125
4.3.1. Структура и задачи автоматизированной системы управления предприятием по производству холодных источников электронов 126
4.3.2. Функционирование информационно-советующей системы управления качеством лазерных гироскопов 130
Выводы к главе 4 133
Общие выводы по работе 134
Список литературы
- Влияние конструктивных и других особенностей элементов лазерных датчиков на свойства зеемановских гироскопов
- Покрытие поверхности подложек холодных катодов оксидной пленкой
- Обеспечение качества (надежности) на всех этапах жизненного цикла изделия
- Создание технологии получения пленочного холодного катода высокой надежности и долговечности
Введение к работе
Приборостроительные предприятия России, осуществляющей переход к социально-ориентированной рыночной экономике, поставлены перед необходимостью выработки стратегий, обеспечивающих, в том числе, разработку и производство отечественных навигационных систем и их основных узлов с учетом конкурентных преимуществ.
Ведущие зарубежные фирмы Spectra Physics, Reytheon, Honeywell, Litton Sistems, Sperry определяют маркетинговую стратегию развития и ценовую политику производства лазерного навигационного оборудования для ориентации движущихся объектов. Например, гироскопы фирмы Honeywell на гелий-неоновых (He-Ne) лазерных датчиках используются для навигации воздушных, космических и морских судов. Отличительной особенностью лазерных датчиков таких гироскопов является использование холодного источника электронов (катода). Холодный катод для эмиссии электронов не требует наличия источника высокотемпературного нагрева и является идеальным для использования в вакуумных и газоразрядных приборах современных устройств радиоэлектроники. Тем не менее, к холодному катоду, изготовленному, как правило, из бериллия, вещества I класса опасности, и обеспечивающему горение тлеющего разряда, а следовательно, и накачку лазера в процессе его работы, предъявляется ряд жестких требований по долговечности и надежности при аномальном тлеющем разряде. На практике диапазон их расширяется в связи с воздействием вибро-ударных, климатических и акустических нагрузок, действующих на лазерные датчики, в которые встроены такие холодные катоды.
Ученых и конструкторов и сегодня в особой степени занимают вопросы разработки новых и совершенствования известных холодных катодов, организации их производства, поскольку именно они, по мнению ведущих специалистов, в первую очередь определяют надежность отпаянных гелий-неоновых лазерных датчиков. Из-за отсутствия систем обеспечения качества у приборостроительных предприятий России, испытывающих хроническое недофинанси-
рование по Госзаказам, производство не совершенствуется, поскольку считается не первостепенной задачей.
Зарубежные фирмы в своей маркетинговой стратегии не предусматривают продажу лазерных датчиков и готовых навигационных комплексов российским потребителям. Маловероятно и то, что гироскопы потребительского качества, одинакового с зарубежными, изготовленные в современной России и обремененные высокой трудоемкостью и энергоемкостью, станут конкурентоспособными на мировом рынке без модернизации их производства.
Поэтому, опираясь на уникальный отечественный научный задел в сфере разработки лазерных датчиков с холодными катодами, в основе отечественной стратегии развития лазерных навигационных комплексов должно лежать не только обеспечение эффективности совокупных затрат, но и прежде всего, высокое качество изделий. Причем это качество должно быть обеспечено соответствующей организацией производства. Эта система не должна давать сбоев при изготовлении основных узлов лазерного гироскопа, ответственных за его долговечность и надежность на всех этапах его жизненного цикла. Такая стратегия обеспечит монопольное положение российских лазерных навигационных систем и их основы, лазерных датчиков с холодными катодами, на мировом рынке на довольно длительную перспективу.
Поскольку в настоящее время в промышленности России происходят процессы перехода к новой системе организации деятельности и управления, возникла необходимость сформировать такие научные основы организации совершенствования структур управления качеством лазерного датчика с холодным катодом как на стадии разработки, так и на всех последующих стадиях его производства, на основе которых можно было бы оперативно модернизировать общую систему организации производства, корректируя при этом как сами изделия, так и структуру управления их производства и применения.
Таким образом, вышеизложенное, а также недостаточная разработанность данного направления в отечественной науке и практике, позволяет заключить, что разработка научно-методических основ обеспечения качества лазерных
7 датчиков с холодным катодом на этапах разработки и организации производства является актуальной задачей.
Целью настоящей работы является формирование научно-методических основ обеспечения качества He-Ne лазерных датчиков с холодным катодом путем совершенствования структуры управления разработкой и производством наиболее уязвимых его элементов, выявленных при детальном анализе всех параметров и технологических процессов изготовления основных узлов датчика, ответственных за его долговечность (среднюю наработку на отказ).
Поставленная цель включает следующие задачи:
исследование свойств основных узлов гелий-неонового датчика, и прежде всего холодного катода, влияющих на его надежность, выявление наиболее уязвимых элементов датчика с использованием для этих целей системного подхода как методической основы оценки качества;
изучение существующих технологических процессов получения холодных катодов и их параметров, как многокомпонентной системы, влияющих на качество и надежность лазерного датчика, а также на экологическую безопасность методами системного моделирования и информационных технологий;
- изыскание научно-методических основ и процедур моделирования
обеспечения качества холодных катодов для лазерных датчиков и разработка
основ совершенствования структуры управления их разработкой, производст
вом и применением;
- разработка оптимальной структуры организации производства отечест
венных лазерных датчиков с холодными катодами, обеспечивающей их высо
кое качество и конкурентоспособность на мировом рынке.
Объект исследования. Объектом исследования служили отечественные лазерные гелий-неоновые датчики с холодными катодами, технологические процессы производства датчика и его основных элементов.
Методы исследования. В работе использовались методы статистической физики, математической логики и вычислительной математики. Теоретическую основу исследований составляли методы системного анализа и моделирования,
8 теории управления производством, а также теория и методы инженерных знаний.
Научная новизна. В рамках данной работы получены следующие новые научные результаты, выносимые в качестве положений на защиту:
сформулирована детальная модель жизненного цикла гелий-неонового лазерного датчика с холодным катодом, позволяющая выявить его наиболее уязвимые элементы, в основу которой заложен базовый критерий качества -наработка на отказ;
методами системного анализа и экспериментального моделирования разработана методология устранения уязвимых элементов лазерного датчика, основанная на совершенствовании процесса их конструирования и изготовления, обеспечивающая эффективный реинжиниринг организационной структуры производства наиболее уязвимой детали;
исследованы и установлены особенности выработки критериев контроля качества и системы управления производством основного элемента лазерного датчика - холодного катода с конкурентоспособными параметрами как на этапах его разработки, так и в производстве.
Практическая ценность работы. Практическая значимость результатов исследования заключается в системном анализе и совершенствовании структуры управления производством лазерных датчиков с холодными катодами, примененными на приборостроительных предприятиях. Полученные результаты позволяют сформулировать и реализовать пути повышения качества и эффективности производства отечественных приборов, в том числе лазерных гироскопов, на всех этапах их жизненного цикла. Представленные в работе процедуры и методология организации производства и обеспечения качества основных элементов лазерного датчика, обладающих заданными структурными свойствами, определяющих долговечность и надежность гироскопа могут быть использованы в системах инерциальной лазерно-спутниковой системы навигации типа ГЛОНАС. Реализация результатов исследований позволит повысить технические характеристики (долговечность) лазерных гироскопов в условиях воз-
9 действия климатических, акустических и вибро-ударных нагрузок, что обеспечит конкурентоспособность отечественных лазерных навигационных систем и самое важное безопасность авиапассажиров и экипажей летательных аппаратов. Нижеследующие технические аспекты данного исследования нашли применение в отечественной промышленности:
- результаты и доказательства того, что наиболее уязвимыми элементами
гелий- неонового моноблочного лазерного датчика являются зеркала и источ
ник электронов - холодный катод;
экспериментальные результаты применения твердооксидных зеркал, обеспечившие необходимые оптические параметры лазерного датчика;
холодный катод в виде пленки оксидированного А1, выполненный в зеркальной полости моноблока, изготовленный методами вакуумной техники из исходного высокочистого алюминия, обеспечивающий надежную работу He-Ne датчика на всех этапах жизненного цикла, экологическую безопасность производства;
конкурентоспособные лазерные датчики, реализованные на рынке благодаря высокому уровню качества пленочных холодных катодов, достигнутому контролем параметров технологических процессов производства и организацией самого производства. Основные положения и выводы диссертации внедрены на предприятии «Лазекс», г. Москва.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на 7 отечественных и международных конференциях и совещаниях.
Влияние конструктивных и других особенностей элементов лазерных датчиков на свойства зеемановских гироскопов
Приняв априори утверждение о том, что зеркала лазерных датчиков одинаковы у всех фирм, разрабатывающих лазерные датчики, проанализируем свойства и конструкции наиболее уязвимого их элемента - холодного источника электронов (катода). При таком подходе холодный катод является одним из основных элементов гелий-неоновых лазеров, определяющих их долговечность и стабильность параметров. Основным механизмом, ограничивающим долговечность гелий-неонового лазера, является падение давления наполняющей смеси газов вследствие распыления катода (жестчение) и изменение оптимального соотношения компонентов газовой смеси.
Вследствие этого происходит постепенное падение выходной мощности и ухудшение свойств диэлектрических зеркал под воздействием газового разряда. Жестчение лазерного газа, происходящее вследствие распыления катода, усиливается под влиянием примесей на поверхности деталей, особенно при наличии паров воды и углеводородов. Поэтому, особое значение имеет чистота используемых катодных материалов.
Материалы для холодных катодов должны удовлетворять целому ряду требований, важнейшими из которых являются стойкость к катодному распылению и высокий коэффициент ионно-электронной эмиссии. Материалов, обладающих одновременно комплексом свойств, необходимых для изготовления холодных катодов, нет. Поэтому необходимо подобрать композиции материалов и технологию их обработки, обеспечивающих получение высоких параметров холодных катодов. Как известно, для повышения устойчивости металлов к распылению в тлеющем газовом разряде их поверхность покрывается оксидной, нитридной или другой пленкой [29-36]. Оксиды металлов, по устойчивости к распылению, можно представить в убывающей последовательности: ВеО, Zr02, А120з, MgO, Та205, Nb203 [32]. Обнаружено также, что у катодов, покрытых ВеО, коэффициент вторичной ионно-электронной эмиссии в 2 раза больше, а коэффициент ионно-ионной эмиссии в 3 раза меньше, чем у катодов, покрытых пленками оксида алюминия [29].
В качестве материала для холодных катодов гелий-неоновых лазеров при малых плотностях разрядного тока, а, следовательно, и больших габаритах, наиболее широкое применение получили сплавы алюминия: в России - сплавы Д16Т, АМГ-6, за рубежом - сплавы 1100, 6061, 7075, 2011, 2024.
В качестве подложек для пленочных холодных катодов практически таких же габаритов применяют металлы (алюминиевый сплав Д16Т, титан, ниобий и др.) и диэлектрики (стекло, кварц, ситалл и др.), на которые напыляются пленки алюминия или бериллия.
Холодные катоды, изготовленные из сплава АМГ-6 и окисленные в кислороде при испытании в контрольных приборах при плотности тока 0,1...0,2 мА/см , давлении гелий-неоновой смеси 1,5...2,0 мм рт.ст. имеют долговечность 3...5 тыс.ч. Холодные катоды, изготовленные из сплава Д16Т, с окислением в среде кислорода при испытаниях с плотностью тока 0,2 мА/см и давлении He-Ne смеси 2,5...3,0 мм рт.ст. имеют долговечность 5...7 тыс.ч.
Пленочные холодные катоды на металлической подложке из алюминиевого сплава АМГ-6, на которую напылен бериллий с окислением в кислороде для получения защитной пленки окиси бериллия при испытаниях с плотностью тока 0,16...0,2 мА/см и давлении гелий-неоновой смеси 2,0...2,5 мм рт.ст. имеют долговечность свыше 10 тыс.ч. Такие же пленочные катоды, но с подложкой из алюминиевого сплава Д16Т при плотности тока 0,2 мА/см2 и давлении гелий-неоновой смеси 2,5...3,0 мм рт.ст. имеют долговечность 45 тыс.ч.
Холодные катоды, изготовленные из дистиллированного бериллия с защитной пленкой оксида бериллия, независимо от подложки имеют следующие результаты испытаний на долговечность: - при j = 0,1...0,17 мА/см2, РНе.ые= 1,5...3,0 мм рт.ст. т = 80...35 тыс.ч, - npHJ = 0,4 мА/см2, PHe_Ne= 3,0...3,5 мм рт.ст. х = 20...15 тыс.ч, - при j = 0,8 мА/см2, PHe.Ne= 2,5...3,0 мм рт.ст. т = 2,5 тыс.ч, - при j = 1,0 мА/см2, PHe_Ne= 2,5...3,0 мм рт.ст. т = 1,5 тыс.ч [37,38].
Работы с веществами первого класса опасности, к которым относится бериллий, в России согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.567-01 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов» будут запрещены. Поэтому, производства с бериллием планировалось полностью закрыть до 2003 года, и результаты, приведенные в таблице можно принять лишь к сведению. В такой ситуации при плотности рабочего тока 0,15 мА/см и давлении гелий-неоновой смеси 3,0...3,5 мм рт.ст. в качестве материала для изготовления подложек холодных катодов может быть выбран алюминий, технологии механической обработки которого с учетом требований класса чистоты рабочей поверхности подложки катода необходимо уделить особое внимание. Имеются также сведения о положительном эффекте использования в лазерах холодных катодов с эмиссионным слоем из соединений тантала [30]. Таковы общие тенденции о перспективных направлениях создания наиболее уязвимого элемента датчика на He-Ne смеси.
Конструкции холодных катодов для гелий-неоновых датчиков моноблочного типа, по сведениям из научно-технической и патентной литературы, как правило, имеют форму цилиндра, заканчивающегося полусферой [22, 37]. В патенте Великобритании [31 ] приводится катод для лазерного гироскопа, который имеет форму усеченного эллипса с одним открытым краем и площадью внутренней поверхности 40 см2 (большая полуось эллипса 55 мм, малая полуось- 12 мм).
Покрытие поверхности подложек холодных катодов оксидной пленкой
Для повышения устойчивости металлов к распылению в тлеющем газовом разряде их поверхность покрывается окисной пленкой. Оксиды металлов, по устойчивости к распылению, можно представить в убывающей последовательности: ВеО, Zr02, А1203, MgO, Та205, Nb203. Обнаружено также, что у катодов, покрытых ВеО, коэффициент вторичной ионно-электронной больше, а коэффициент ионно-ионной эмиссии меньше, чем у катодов, покрытых пленками AI2O3. К оксидным пленкам холодных катодов предъявляются следующие требования: они должны обладать высокими эмиссионными свойствами, в то же время иметь малый коэффициент распыления и обеспечивать постоянство катодного падения потенциала. Пленки должны иметь определенную толщину, электропроводность и, кроме того, минимальную дефектность. Этим требованиям должны удовлетворять, прежде всего, эмиссионные пленки сильноточных холодных катодов, работающих при низких давлениях газовой смеси.
Вырастить такие пленки на металлических подложках можно лишь при использовании определенных методов и режимов окисления. Метод окисления в среде кислорода при наложении электромагнитного поля позволяет получить пленки, в основном удовлетворяющие вышеперечисленным требованиям в устройствах, приведенных на рис. 2.7.
Необходимо сразу же отметить, что качество оксидных пленок прежде всего зависит, как уже отмечено выше, от свойств подложек, на которых они наращиваются. Чем выше класс чистоты обработки подложки, чем меньше примесей содержит сам материал подложки, тем меньше дефектов в виде пор и включений имеет оксидная пленка и тем в большей степени устойчива такая пленка к распылению в аномальном тлеющем разряде. Так, оксидные пленки определенной толщины, выращенные на зеркальных поверхностях (шероховатость Ra = 0,16...0,08 мкм) дистиллированного бериллия и высокочистого алю 57 миния, имеют невысокую скорость распыления в гелий-неоновой смеси низкого давления при плотности разрядного тока 1 мА/см2.
От техники проведения эксперимента по наращиванию оксидных пленок также в значительной степени зависят их защитные свойства. Логарифмическая и параболитическая закономерности, наблюдаемые в этом процессе, характеризуют окисление с замедляющейся скоростью и образованием защитных оксидных пленок. При окислении алюминия, его сплавов с магнием в электромагнитном поле температуру окисления необходимо подбирать таким образом, чтобы процесс окисления проходил именно по логарифмическому или парабо-литическому закону. Интервал температур, в котором проводится окисление, Должен составлять 470...770 К (200...500С). Давление кислорода -1...5 мм рт. ст. (133...666 Па). Временем окисления регулируется толщина ок сидной пленки. Для оксида алюминия она должны лежать в пределах 15...50НМ.
Холодные источники электронов - типичные представители планарных и объемных композитов - эксплуатируемые при ионной бомбардировке в отпаянных газоразрядных приборах. Их основные параметры строго заданы и должны быть одинаковыми при переходе от одной партии к другой и сохранять определенные значения в процессе эксплуатации.
Основных параметров контроля технологического процесса изготовления холодного катода, как многокомпонентной системы, начиная от выбора исходных материалов до отпайки готового прибора с откачного поста, более десяти. Это чистота запускаемых в производство материалов, химический состав компонентов, геометрические размеры источников электронов (катодов), толщина слоев эмиттеров электронов, величина шероховатости и морфология их рабочей поверхности, значения коэффициентов вторичной электронно-электронной и ионно-электронной эмиссии, долговечность катодов в условиях воздействия электронной или ионной бомбардировки при заданных величинах ее плотности, энергии и т.д.
Прежде чем устанавливается тот или иной критерий контроля технологического процесса производства, оптимизируются критерии установления параметров катодов, разрабатываются методы контроля, выполняются исследования и принимается решение, на каком оборудовании будет осуществляться их изготовление.
Ввиду сложности замера параметров тонких оксидных пленок их толщину при экспериментах определяли разными способами, с целью выбора оптимального, более точного и надежного. С помощью манометра Мак-Леода определяли количество поглощенного в процессе окисления кислорода и расчетным путем - толщину оксидной пленки на подложке с известной поверхностью. Толщина оксидной пленки на поверхности катодов, окисленных в электромагнитном поле и в кислороде, и показавших высокие защитные свойства при работе в гелий-неоновой смеси, определенная этим методом, равна 300...500 А (30...50 нм).
Для определения оптимальной толщины защитных пленок использовали и оценочную формулу: = 6-10 6-? , (2.1) Р где 8 - толщина оксидной пленки, см; Ер - энергия первичных электронов, соответствующая минимуму коэффициента неупругого отраженных электронов (кэВ); р - плотность вещества пленки, г/см .
Оцененная этим методом толщина оксидных пленок на поверхности холодных катодов составляет 200...400 A (20...40 нм); для алюминия и его сплавов, окисленных при температурах 620...720 К (350...450С), 5 = 300...350 А (30...35 нм); для бериллия, окисленного при 720 К (450С), 5 = 200 А (20 нм); а для циркония и титана, окисленных при температурах 470-520 К (200-250С), 5= 130...450 А (13...45 нм). Примерно эти же величины толщин оксидной пленки, оптимальной с точки зрения распыляемости в тлеющем разряде, были получены на алюминиевых, бериллиевых, циркониевых и титановых катодах методом вторичной ионной эмиссии.
Обеспечение качества (надежности) на всех этапах жизненного цикла изделия
Надежность изделия закладывается при разработке, обеспечивается и поддерживается при эксплуатации. В связи с этим, система обеспечения качества должна охватывать все этапы «жизненного цикла» изделия. Концепция всестороннего целенаправленного и скоординированного применения систем и методов менеджмента качества на всех этапах «жизненного цикла» продукции или деятельности по предоставлению услуг (TQM) при участии руководства и сотрудников всех уровней и рациональном использовании ресурсов включает: корпоративный менеджмент, политику в области качества и менеджмент качества. В международном стандарте ИСО-9004-94 "Общее руководство качеством и элементы системы качества" говорится, что система качества должна распространяться на все этапы от первоначального определения и до конечного удовлетворения требований потребителя, а именно: 1. Маркетинг, поиски и изучение рынка; 2. Проектирование и (или) разработка технических требований, разработка продукции; 3. Материально-техническое снабжение; 4. Подготовка производства; 5. Производство; 6. Контроль, проведение испытаний и обследование; 7. Упаковка и хранение; 8. Реализация и распределение продукции; 9. Монтаж и эксплуатация; 10. Техническая помощь и обслуживание; 11. Утилизация после использования.
Последовательность осуществления и состав этапов формирования качества (надежности) изделия показан на рисунке 3.4. Это, так называемая, «петля качества». Обеспечение качества продукции достигается совокупностью планируемых и систематически проводимых мероприятий, которые создают необходимые условия для выполнения каждого этапа «петли качества», от определения потребностей до оценки их удовлетворения. Для достижения необходимого уровня качества требуется система управления качеством, которая строится по определенным принципам.
Основным содержанием и назначением принципа комплексного управления качеством является менеджмент качества (т.е. формирование, поддержание и улучшение качества) продукции или услуги, уровень, которого наиболее экономически целесообразен и полностью удовлетворяет требования потребителя (рис. 3.4.). И с этой целью - обеспечение и координация действий различных групп людей в организации. Менеджмент с его тремя составляющими осуществляется на всех этапах «жизненного цикла» продукции или услуги, на которые он условно разбивается.
Процесс управления качеством изделия радиоэлектроники (ИРЭ) осуществляется в соответствие с алгоритмом в процессе всего «жизненного цикла» (рис. 3.5). После каждого этапа «жизненного цикла» изделия (ЖЦИ) проводится анализ, оценка и принятие решения. После маркетинга и формирования требований к качеству и надежности проводится анализ и прогнозирование качества и надежности. После проектирования - проект подвергается анализу и оценке соответствия его требованиям установленным и предполагаемым. Производство завершается контролем качества и надежности, корректировкой и совершенствованием технологического процесса. Перед эксплуатацией, после испытаний - оценивается надежность изделия. В ходе эксплуатации изделия анализируется и оценивается его надежность. При этом проводится изучение рынка. На каждом этапе анализа и оценок принимаются решения: продолжать или прекращать производство и о корректировке требований и проекта.
В настоящее время, требования общества к таким вопросам как охрана окружающей среды, сохранение и рациональное использование ресурсов становятся все более жесткими. Для установления хороших отношений с населением, инвесторами, правительством, поддержания достойного имиджа фирмы, снижения аварийности и затрат на расходуемые материалы, организации (предприятию) необходимо уделять внимание характеристикам экологично-сти своей работы на всех этапах ЖЦИ.
В 80-е годы усилия по обеспечению и повышению качества за рубежом стали переноситься на этап проектирования (разработки). Уже при разработке изделия и технологического процесса предусматриваются методы сведения к минимуму возможности возникновения дефектов при производстве. Чем позже обнаруживается ошибка, тем больше затрат на ее устранение. Поэтому качество должно быть заложено в каждый проект и каждый процесс. Качество должно быть запроектировано и заложено в изделии. Без соблюдения этого основного условия все усилия по обеспечению качества и проведению самых тщательных проверок будут бессмысленны и безрезультатны.
В стандарте ИСО-9004-94 (раздел 8), приведены основные мероприятия, направленные на обеспечение качества на этапе проектирования и разработки ТУ. Многие авторы [65, 97] отмечают, что главная цель разработки - обеспечение поставок заказчику продукции удовлетворительного качества при минимальных расходах на обеспечение качества. Для этого, должна быть разработана и реализована через документацию эффективная система обеспечения качества (рис. 3.6). Осуществляется это путем последовательного применения аналитических методов, дающих ответы на целый ряд вопросов, в т.ч.: - какие конкретные работы по обеспечению качества необходимо выполнить; - когда: в период разработки, производства или эксплуатации необходимо выполнять те или иные работы; - как следует выполнять работу, какими способами, методами или с использованием какого оборудования; - кто выполняет работу - какое должностное лицо, в каком подразделении; - где ее следует выполнять - на сборочной линии, в лаборатории, у поставщика или на месте эксплуатации;
Создание технологии получения пленочного холодного катода высокой надежности и долговечности
При получении пленок методом термического расширения важно правильно определить количество испаряемого материала, закрепляемого на испарителе.
Состав пленки при полном перемешивании расплава на испарителе и при доставке его паровой фазы к подложке в неизменном составе и полной ее конденсации в твердую пленку определяется из следующего уравнения [80] у = К0Х0(1-ди)Ко-1, (4.1) где х, у - молярные доли напыляемого вещества в конденсированной и паровой фазах соответственно; К0 - равновесный коэффициент распределения, представляющий собой отношение концентраций вещества в паровой и конденсированной фазах; ди - доля испаренного вещества В.
Если концентрации выражены в молярных долях, то для напыляемого вещества В можно записать Ков = Уо / х. Чем больше величина К0в отличается от единицы, тем больше различается составы паровой и конденсированной фаз, тем лучше с термодинамических позиций очистка при напылении вещества В. Уравнение (4.1) можно переписать так: N" = NK0Xo(l-flH)Ko-1, (4.2) где Ng8 и N - атомная концентрация, ат/см , вещества В в пленке после испарения доли материала ди и общее число атомов в единице объема пленки, см .
Толщина пленки, пропорциональная доли испарившейся жидкой фазы, рассчитывается по уравнению h„ = Оди(Р ртв), (4.3) где G - исходная масса расплава, F - площадь поверхности конденсации (подложки), ртв - плотность конденсируемой пленки. Из вышеприведенного ясно, каким образом подходить к подбору материала для напыленного холодного катода и как контролировать толщину напыленной пленки.
Что касается выбора материала для холодных катодов, то к настоящему времени этот вопрос уже решен: исходным материалом должен быть алюминий высокой чистоты.
Разумеется, на работоспособность холодного катода в значительной степени будет влиять оксидная пленка, которая выращивается в кислородосодер-жащей среде на рабочей поверхности катода. От ее параметров зависит долговечность холодного катода.
В значительной степени долговечность такого катода определяется снимаемым с него током, например, при общем разрядном токе 5 мА напыленный алюминиевый катод должен быть таким, чтобы средняя плотность тока (в пересчете на площадь поверхности катода, бомбардируемой в разряде, в гелий-неоновой смеси) не превышала 0,05 мА/см2. Причем не только необходимо обеспечить большую площадь напыленного холодного катода, но и геометрия его должна быть такой, чтобы обеспечивалось однородное распределение тока по рабочей поверхности катода. И еще один важный аспект: должно быть обеспечено достаточное пространство между противоположными стенками холодного катода и вводом разряда в катодную полость, как это показали мы выше. По нашим расчетам диаметр холодного катода для отечественных лазерных датчиков типа ЭК-101 и ЛГК-200 должен быть в пределах 20...35 мм, а ввод разряда таким, как это показано на рис. 4.1.
Прежде чем оптимизировать параметры напыленного алюминиевого покрытия на катодной полости корпуса - моноблока из ситалла, целесообразно проверить альтернативные варианты на металлических, стеклянных и кварцевых подложках (рис. 4.4) в вакуумной лаборатории получения и исследования пленочных покрытий (рис. 4.5). Рис. 4.4. Различные формы и размеры изделий с пленками алюминия.
Для этих целей подложки катодов, показанные на рис. 4.4, получали из сплавов Д16Т и АМГ-6, В95 методами резания и прецизионной расточки. Предварительно заготовки из алюминиевых сплавов получали на токарно-винторезных станках типа 1И611П. Расточка полости подложки катода осуществлялась на станках типа «Шаублин», либо на специальных расточных полуавтоматах с программных управлением, снабженных алмазным резцом. Лучшие результаты получены при использовании полуавтоматов расточки на гидростатических подшипниках типа ВС-597 [84, 85].
На таких подложках методом термического испарения получали различные пленочные сандвич - структуры катодов: «оксид алюминия — алюминий -магний - алюминиевая подложка», «оксид алюминия - алюминий - медь -стеклянная подложка» и др.
Наличие легкоплавкой компоненты (магния) обязательно для пленочной сандвич структуры «оксид алюминия - алюминий - магний - алюминиевая подложка». Причем напыление алюминиевой пленки осуществляется непосредственно на алюминиевую подложку из АМГ-6 или Д16Т, а уже при термообработке (вжигании) между алюминиевой подложкой и алюминиевой напыленной пленкой создается легкоплавкая прослойка из магния, что и обеспечивает прочное сцепление алюминиевой пленки с подложкой из алюминиевого сплава. Это очень тонкий процесс и обеспечивается прецизионным режимом вжигания. Оксид алюминия на поверхности такой структуры образуется в процессе оксидирования.
Одно из устройств для напыления пленок внутрь полых подложек малых диаметров приведено на рис. 2.2. Эти устройства реализовывались в универ сальной вакуумной установке УВЗ-1 (см. рис. 4.6). Ее универсальность заключается в том, что на ее базе отрабатывались не только процессы вакуумного термического испарения, но и другие виды вакуумного напыления, благодаря легкой замене подколпачных устройств в камере, а также замене блоков питания в шкафу управления. Уникальная система газонапуска и наличие переходных фланцев позволяли заменять масляную систему на безмаслянную и осуществлять в ней не только термообработку, но и оксидирование, плазмо-химическую обработку и другие технологические операции. Наличие в устройстве системы передачи давления на деталь, расположенную в рабочей камере позволяли осуществлять диффузионную и электростатическую сварку самых различных деталей из металлов и диэлектриков. Подчеркнем особенности устройств для получения полых пленочных сандвич-структур на металлических и диэлектрических подложках в устройствах (рис. 2.2).
