Применение
Схема получения многокомпонентных покрытий
Высокоскоростные магнетронные системы
Схемы
Методы нанесения алмазоподобные покрытий
· Ионное нанесение.
· Распыление с ионным асистированием.
· Распыление или магнетронный способ.
· Катодно-дуговой разряд (включая импульсные методы).
· Импульсное лазерное нанесение.
Обязательные условия, при которых формируется алмазоподобные углеродные слои:
1. Отсутствие окислительной среды.
2. Наличие атомов и ионов углерода с энергией 20-80 эВ.
А) Ионное напыление.
рисунок
мы видем нагретую нить и систему сеток,
Б) Ионное асистированное напыление. Есть ионнолучевая пушка которая направляется на графитовую мишень, атомы отдачи распыляются ( могут иметь энергию 20 эВ) из них можно формировать алмазоподобные покрытия.
рисунок
В) Спатеринг, (распыление)
Графитовая мишень, подложка располагается за магнетроном, при таком магнетронном распылении можно формировать алмазоподобные покрытия и другие
Рисунок
Г) Нанесение из плазмы катодно-дугового разряда. Есть графитовый катод, анод в виде стенки камеры, поджигающий электрод, анод, и подложка.
Д) Импульсное лазерное нанесение.При импульсным лазерном нанесении получают стабильные алмазные плёнки.
Е) Высокочастотное плазменное нанесение (метод CVD непонятно что тут делает).
Вот эти схимы, основаны на том что реализованы условия образования атомов с энергией 20-80эВ которые направляются на подложку.
Суть этого метода.Распыление мишени происходит ионами аргона которые получаются из плазмы аномально тлеющего разряда в скрещенном электрическом и магнитном поле. Распылённые атомы создают поток который направляется на поверхность обрабатываемого изделия с образованием покрытия. Всё происходит в вакуумных установках.
Сценарии развития:
Совершенствуются решения
Появление новые решения на базе, перейти на более качественный уровень
Совершенствование по первому сценарию. Обычно магнетроны работают в диапазоне плотностей мощностей от 40 Вт/см3
Для увеличения производительности:
Путь 1 это увеличение количества (4-ре, 6-ть) магнетронов. Такие системы позволяют наносить покрытия со скоростью 10-15 мкм/ч, а для химических соединений и композитов не более 5 мкм/ч.
Путь 2. Получение многокомпонентных покрытий с большим набором легирующих элементов, используются много катодная магнетронная система. При этом мишени могут быть многокомпонентными и создаваться по различным технологиям, в частности методом порошковой металлургии либо металлургическим способом. Решения могут выполняются из материала в который может входить только один хим элемент.
Для увеличения производительности нужно увеличить мощность ионного потока на распыляемую мишень.
Магнетронный метод является универсальным методом позволяющем наносить покрытия из металлов, сплавов, композитов, химических соединений, изделия на которые наносят покрытия могут изготавливаться как из термостойких покрытий, (керамика, стёкла, металлы) так и их менее термостойких материалов в частности полимерные материалы. Форма может быть различной: тела вращения, плоские листы, полости труб.
Совершенствование по 2-му сценарию. Более 10-ти лет назад были разработаны высокоскоросные распылительные электронные системы, в которых особенность конструкции заключ в том что на поверхности создаются магнитное поле с напряжённостью с В больше 0.025 Тл Получается 2-3 раза выше концентрация плазмы, а для отвода тепла мишени, которая нагревается при бомбардировки мишени поверхности аргона, предусмотрена высокоэффективная система охлаждения. За счёт такой высокой концентрации плазмы на расстоянии 50-60 мм от мишени было получены скорости нанесения до 150 мкм/ч.
Создание таких мощных систем стимулировали создание работ связанных с распылением многокомпонентных материалов созданием многослойных сложнолегированных покрытий Возобновились работы по распылению мозаичных мишеней (составная мишень состоящая из нескольких компонентов, основа + компоненты).
А-графит
В-титан
С-медь
рисунок
При распылении мозаичных решений особенно из графита металлов при плотности мощности более 40 В/см2 был обнаружен эффект равноскоростного распыления.
Эффект заключается в следующем: при совместном распылении из одной мишени мозаичного типа материалов с разным коэфф распыления в наносимом покрытии устанавливается их соотношение пропорционально площади занятой материалами мозаичных мишеней.
Объясняется тем, что материал с малым коэффициентом распыления попадает в зону с большой концентрацией ионов плазмообразующего газа, а материал с большим коэффициентом с меньшей концентрацией ионов плазмообразующего газа (Поучается что в магнетронном разряде происходит самоорганизация)
Вот наличие такого скоростного распыления даёт кардинальный прорыв в конструировании и создании новых покрытий, регулируя концентрацию необходимых элементов, соотношение площадей, занимаемых ими мозаичными мишенями.
Применение мозаичной мишени существенно упрощает и удешевляет процесс изготовления многокомпонентной мишени. В 15 раз удешевляется цена мишени. Кроме низкой стоимости мишени можно распылять в 10 раз быстрее.
Применение мозаичной мишени даёт в руки материаловедов скоростную экономную методику создания новых материалов в том числе конструкционных, т.к. это даёт возможность получать покрытие 100-1000 мкм из улучшаемых или вновь создаваемых материалов. На таких образцах можно провести исследование широкой гаммы свойств, включая основные технологических характеристики, и это позволяет резко сократить длительность научно-исследовательских работ.
· Заменить частично использование экологически вредных химических и гальванических технологий,
· Коррозионностойкие покрытия на основе хрома и алюминия. Покрытия на основе углерод и металлов. Покрытия алмазоподобные
· Увеличение ресурсы работы элементов компрессоров (лопаток).
· Создание жаростойких и жаропрочных покрытий.
· В архитектуре и строительстве (выпуск архитектурного стекла и панелей селективными свето- и теплоотражающими защитными покрытиями).