УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ВЗРЫВОМ ФОЛЬГИ Советский патент 1995 года по МПК C23C14/32 

Изобретение относится к нанесению металлических покрытий и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной, радио- и электронной промышленности.

Целью изобретения является улучшение качества покрытия за счет повышения равномерности распределения конденсата по поверхности подложки и увеличение площади наносимого покрытия.

На чертеже схематично показано предлагаемое устройство.

Устройство для нанесения покрытий содержит центральный стержневой электрод 1, межэлектродный изолятор 2, кольцевой электрод 3, опорный изолятор 4 (корпус электродной системы), взрываемую фольгу 5, сопло 6 Лаваля, цилиндрический насадок 7 с перфорацией.

Устройство работает следующим образом.

Взрываемая фольга 5 в виде отдельных квадратиков (или в виде непрерывной ленты) подается специальным механизмом (не показан) в зону взрыва и с помощью сопла 6 плотно прижимается к кольцевому электроду 3 и опорному изолятору 4, благодаря чему обеспечивается плотный электрический контакт между фольгой 5 и кольцевым электродом 3. Торцы центрального электрода 1 и межэлектродного изолятора 2 расположены в одной плоскости, лежащей параллельно и ниже плоскости торца кольцевого электрода 3, причем расстояние h между этими плоскостями обеспечивает отсутствие электрического контакта между взрываемой фольгой 5 и центральным электродом 1 и выбирается из выражения 0,1R<h<(R-r), где R и r - соответственно внутренний радиус кольцевого электрода 3 и радиус центрального электрода 1. При h больше 0,1R исключается возможность контакта фольги 5 с центральным электродом 1 за счет неровностей поверхности (прогиба) фольги 5, а при h меньше R-r затруднена возможность пробой между центральным 1 и кольцевым 3 электродами, так как при этом ток разряда практически не течет по взрываемой фольге 5 и резко возрастает неравномерность ее разрушения и диспергирования.

При подаче высокого напряжения на коаксиальные электроды 1 и 3 сначала происходит пробой воздушного промежутка между центральным электродом 1 и фольгой 5, в результате чего между ними образуется плазменный сгусток, контактирующий с взрывной дозой фольги 5 по площади, ограниченной кольцевым электродом 3. Благодаря этому обеспечивается более равномерное выделение энергии разряда в объеме фольги и, соответственно, более равномерное ее разрушение и диспергирование. Во входной части сопла 6 и в критическом сечении происходит сжатие потока продуктов взрыва и более интенсивный обмен энергией с плазмой, что способствует дальнейшему диспергированию и доиспарению жидкой фазы потока. В выходной части сопла 6 Лаваля происходит расширение и ускорение сверхзвукового потока продуктов взрыва, однако при выходе из сопла Лаваля скорость потока на его оси превышает скорость потока у стенок сопла (из-за трения). При движении потока по цилиндрическому насадку 7 с перфорированными стенками установленному на срезе сопла 6 Лаваля, осуществляется выравнивание профиля скоростей потока. При отсутствии перфорации на стенках насадка 7 происходит отражение возмущений от жесткой стенки, что только усиливает неравномерность движения потока, а при их наличии вследствие расширения сечения сверхзвуковой поток у стенок разгоняется, благодаря чему и выравнивается профиль скоростей потока, что обеспечивает равномерность толщины покрытия, осаждаемого на подложке 8.

Наличие заглубления торцов центрального электрода и межэлектродного изолятора относительно торца кольцевого электрода позволяет, по сравнению с прототипом, устранить резкий спад плотности тока и выделения энергии от центра к периферии фольги и обеспечить более равномерное выделение энергии в объеме фольги и, соответственно, более равномерное и однородное разрушение и диспергирование взрываемого материала, что способствует более равномерному осаждению конденсата на поверхности подложки и увеличению площади напыления. Наличие сопла Лаваля позволяет интенсифицировать процессы диспергирования материала и способствует дальнейшему дроблению и доиспарению жидкой фазы в пароплазменном потоке.

Наличие цилиндрического насадка с перфорацией на срезе сопла Лаваля позволяет, по сравнению с прототипом, выравнивать профиль скоростей потока продуктов взрыва и улучшить равномерность их осаждения на подложке при увеличении площади напыления.

В таблице представлены результаты оценки качества покрытий в зависимости от величины заглубления h центрального электрода и изолятора относительно кольцевого электрода при нанесении покрытий из сплава Zn-Al-Ge на подложку из керамики ВК-94. Диаметр центрального электрода 1 мм, кольцевого - 4 мм, диаметр критического сечения сопла Лаваля 3 мм, диаметр цилиндрического насадка 8 мм. Перфорация на насадке выполнена в виде двух рядов отверстий по окружности насадка на расстоянии 3 мм между рядами и по 6 отверстий в каждом ряду (через 60^о) с диаметром отверстий 1,5 мм в одном ряду и 2 мм в другом.

Сплошность определялась визуально под микроскопом при увеличении х 25, равномерность - измерением толщины покрытия на калиброванной подложке с помощью часового индикатора с точностью 1 мкм.

По этим результатам была выбрана величина заглубления h. Диаметр покрытий составил 8 мм, толщина - 8 мкм, разброс значений по толщине не превышал 10%.

С помощью той же конструкции электродной системы наносились покрытия через сопло с насадками диаметрами 7,2 и 6 мм. Соответственно получены покрытия толщиной 9 и 11 мкм, разброс по толщине в обоих случаях не превышал 10%.

Данное устройство позволяет наносить локально равномерное по толщине покрытие в виде пятен с диаметром, существенно большим диаметра электродной системы, что дает возможность на одном типономинале конструкции электродной системы наносить пятна покрытия, отличающиеся по площади в 5-7 раз, т.е. до 40,7 мм² с равномерностью по толщине до 10%, в то время как устройство-прототип - только площадью до 7 мм² с равномерностью до 30%.

Изобретение может быть использовано в машиностроении, радио- и электронной промышленности для локального нанесения металлических покрытий. Цель изобретения - улучшение качества покрытия за счет повышения равномерности распределения конденсата по поверхности подложки и увеличение площади наносимого покрытия. Для этого центральный электрод 1 и межэлектродный изолятор 2 расположены относительно кольцевого электрода 3 на расстоянии h, выбираемом из выражения 0, 1R < h < (R - r), где R и r - соответственно внутренний радиус кольцевого электрода 3 и радиус центрального электрода 1. Благодаря этому снижается неравномерность распрелеления плотности тока и выделения энергии по радиусу фольги 5. Это, в свою очередь, способствует более равномерному разрушению фольги 5 и однородности образующихся продуктов взрыва. Наличие сопла 6 Лаваля способствует дальнейшему диспергированию и доиспарению жидкой фазы в пароплазменном потоке. На срезе сопла 6 Лаваля установлен цилиндрический насадок 7, стенки которого перфорированы. Наличие перфорации способствует выравниванию профиля скоростей потока продуктов взрыва, улучшению равномерности их осаждения на подложке 8 и увеличению площади равномерного по толщине покрытия. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ВЗРЫВОМ ФОЛЬГИ, содержащее кольцевой и центральный коаксиальные высоковольтные электроды с изолятором между ними и направляющее сопло, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества покрытия за счет повышения равномерности распределения конденсата по поверхности подложки и увеличения площади наносимого покрытия, торцы центрального электрода и изолятора загублены относительно торца кольцевого электрода на расстояние h, выбираемого из выражения 0,1R < h < (R-r), где R и r - соответственно внутренний радиус кольцевого электрода и радиус центрального электрода, а сопло выполнено в виде сопла Лаваля и снабжено установленным на его срезе цилиндрическим насадком с перфорированными стенками.