УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В РАЗРЯДЕ НА ДИЭЛЕКТРИКИ Российский патент 1996 года по МПК C23C14/18 

Устройство относится к электротермическому машиностроению, в частности к вакуумным установкам для нанесения покрытий в разряде.

Это изобретение может найти широкое применение в машиностроении автостроении, химической промышленности.

Известно устройство для нанесения покрытий в разряде на диэлектрики (И. Л. Ройх, Л.Н.Колтунова, С.Н.Федосов. -М. Машиностроение. 1976 г. С.7, 15), включающее вакуумную камеру, катод (распыляемая мишень), анод, подложку с осажденным слоем покрытия, магнитную отклоняющую систему, эмиттер электронов (горячий катод).

Недостатком устройства является сравнительно низкая скорость конденсации покрытий и повреждение обрабатываемой поверхности микродугами.

Наиболее близким к данному устройству является устройство для вакуумного напыления покрытий в разряде на диэлектрики распылением катода дугой низкого давления (Порошковая металлургия и напыленные покрытия. Под ред. Б.С.Митина. -М. Металлургия. 1987. С. 694), включающее вакуумную камеру, электродуговой испаритель, подложку с отрицательным потенциалом.

Недостатком устройства является интенсивный разогрев обрабатываемого изделия, в частности диэлектрика, в процессе конденсации покрытия, а также повреждение поверхности вследствие воздействия микродуг.

Задачей настоящего изобретения является снижение температуры конденсации покрытий на диэлектрики в разряде, а также предотвращение повреждений обрабатываемой поверхности микродугами.

В устройстве, содержащем вакуумную камеру, электродуговой испаритель, подложку с отрицательным потенциалом решение задачи достигается тем, что располагают электрически изолированный экран между электродуговым испарителем и деталью, а деталь и подложка разделены изолятором с защитным корпусом, причем геометрические размеры и форма экрана соответствуют проекции детали на подложку.

Как известно из физики, всякое изолированное тело в плазме приобретает отрицательный потенциал вследствие большей подвижности электронов по сравнению с положительными ионами. В процессе интенсивной ионной бомбардировки, что имеет место при нанесении покрытий в разряде, в приповерхностном слое диэлектрика накапливается положительный заряд, вследствие чего плотность потока ионов и их энергия резко падают, что приводит к резкому ухудшению адгезии осаждаемого покрытия. Образовавшийся на поверхности слой проводящего покрытия приводит к возникновению интенсивных микродуг в местах контакта диэлектрика с находящейся под отрицательным потенциалом подложкой, так как практически не удается обеспечить плотный контакт диэлектрика с проводящей подложкой. В местах, где есть зазор, образуется локальный перегрев вследствие эффекта "полого катода", в местах, где контакт имеет малое сечение образуется локальный перегрев вследствие высокого сопротивления контакта. Области локального перегрева являются местами возникновения интенсивных микродуг повреждающих поверхность обрабатываемого диэлектрика. Кроме того микродуги возникают и на других участках поверхности вследствие прямого воздействия интенсивного потока заряженных частиц от электродугового испарителя.

Так как вышеизложенные негативные эффекты имеют место лишь при обработке в разряде, то естественным путем решения проблемы является выведение диэлектрика из интенсивного разряда обусловленного горением электродугового испарителя, что достигается помещением его в "тень" изолированного экрана. Таким образом, диэлектрик оказывается в разряде между корпусом камеры и подложкой, где вероятность возникновения микродуг ниже, а повреждения от них на диэлектрике практически отсутствуют вследствие того, что данный разряд является слаботочным. Однако, с другой стороны, чем выше степень ионизации осаждаемого материала покрытия, тем выше адгезия и тем ниже оптимальная температура конденсации, вплоть до комнатной. По этой причине диэлектрик и электрически изолированный экран помещают в центре разряда, где степень ионизации наивысшая.

Для предотвращения интенсивного разогрева диэлектрика (детали) от подложки, а также возникновения микродуг в местах контакта диэлектрика с подложкой при нанесении покрытий, между обрабатываемым диэлектриком и подложкой располагают изолятор.

На чертеже изображена схема устройства для нанесения покрытий в разряде на диэлектрики. Где: 1 вакуумная камера, 2 подложка, 3 изолятор, 4 - защитный корпус. 5 обрабатываемая деталь (диэлектрик), 6 катод испарителя, 7 электрически изолированный экран, 8 анод испарителя.

Работает устройство следующим образом. В вакуумной камере 1 на подложку 2 кладут изолятор 3 накрытый защитным корпусом 4 и на него ставят обрабатываемую деталь (диэлектрик) 5. На некотором расстоянии между деталью и катодом испарителя 6 помещают изолированный экран 7. После зажигания электродугового разряда между анодом 8 и катодом 6 испарителя поток положительно заряженных ионов испаряемого материала начинает двигаться по направлению к подложке, имеющей отрицательный потенциал. Часть ионного потока, огибая изолированный экран 7, достигает поверхности обрабатываемого изделия 5, так как изолированное тело в плазме имеет отрицательный потенциал. Вследствие наличия электрически изолированного экрана 7 и изолятора 3 не происходит интенсивного разогрева обрабатываемого изделия в процессе конденсации. Геометрические размеры экрана 7 и его расстояние от изделия влияют на скорость конденсации покрытия, а следовательно на его адгезию и должны подбираться индивидуально в каждом конкретном случае. Защитный корпус 4 предотвращает попадание электропроводящего покрытия на изолятор 3.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с существующими позволяет:
1. Понизить температуру нанесения покрытий на диэлектрики.

2. Повысить качество конденсируемых покрытий за счет предотвращения повреждений от микродуг.

Понизить температуру нанесения покрытий на металлы (проводники), помещая их непосредственно на подложку, без промежуточного изолятора.

Устройство для нанесения покрытий в разряде на диэлектрики относится к электротермическому машиностроению, в частности к вакуумным установкам для нанесения покрытий в разряде. Задачей изобретения является снижение температуры конденсации покрытий на диэлектрики в разряде, а также предотвращение повреждений обрабатываемой поверхности микродугами. Решение задачи достигается тем, что располагают электрически изолированный экран между электродуговым испарителем и обрабатываемой деталью, а деталь и подложка разделены изолятором с защитным корпусом, причем геометрические размеры и форма экрана соответствуют проекции детали на подложку. 1 ил.

Устройство для нанесения покрытий в разряде на диэлектрики, содержащее вакуумную камеру, электродуговой испаритель, подложку с отрицательным потенциалом для размещения детали, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено электрически изолированным экраном, расположенным между электродуговым испарителем и подложкой, и изолятором с защитным корпусом, установленным между деталью и подложкой, причем геометрические размеры и форма экрана соответствуют проекции детали на подложку.