Технологическое обеспечение равномерности покрытий для деталей гироскопических приборов на установках магнетронного напыления (1026305), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Дело в том, что на оптических свойствах детали такие особенностистроения её поверхностного слоя никак не отражаются. Это обусловлено темфактом, что материал, заполняющий целиком поверхностные микротрещины впроцессе полирования, это тот же обрабатываемый материал. Показательпреломления и другие оптические характеристики поверхностного слоя неотличаются от показателя преломления материала в его толще.Однако,наличиерастягивающихмеханическихнапряженийвповерхностном слое деталей в условиях их недополированности приводит кразрушению этого поверхностного слоя.
Сам факт разрушения наступает придостижении поверхностными растягивающими напряжениями определеннойпороговой величины. В тоже время сама величина механических напряженийповерхностного слоя определяется толщиной покрытия.Во всяком случае, при нанесении хромового покрытия можно утверждать,что увеличение толщины покрытия приводит к увеличению остаточныхнапряжений в нём. А вследствие высокой адгезии хрома к стеклу – вповерхностном слое деталей из оптического стекла величина растягивающих148механических напряжений возрастает с ростом толщины покрытия.Подтверждением справедливости описания механизма протекающих принапылении хромового покрытия явлений являются результаты опыта №44. Здесь,образцы-подложки, изготовленные в ООО «Макрооптика», были покрыты слоемхрома высокого качества без отслаивания и скалывания поверхностного слоя принапряжении смещения на магнетроне UСМ = 650 В.
В этом опыте время напылениясоставило t3 = 1,5 мин., следовательно, толщина хромого покрытия была мала, аостаточные напряжения в покрытии – меньше, чем в случае напыления хромовогопокрытия повышенной толщины. Более низкие остаточные напряжения вхромовом покрытии вызывает более низкие по величине растягивающиенапряжения в поверхностном слое подложки.
Эти более низкие напряжения непревышают пороговой величины, приводящей к разрушению поверхностногослоя, поэтому обеспечивается качественное покрытие оптического стекла хромом.Напыление хромового покрытия с возвратно-вращательным движениемподложек (опыт №58 и 59) осуществлено для повышения равномерноститолщины покрытия. О возможности создания достаточно толстого хромовогопокрытия свидетельствуют результаты опыта №58, где напыление хромапроизводили на поликорувую подложку в течении t3 = 30 минут. Толщинахромового покрытия составила 1,58 мкм. Можно оценить скорость ростатолщины хромового покрытия в этом случае и она составляет q = 53 нм/мин.Оказывается, что при возвратно-вращательной схеме напыления скорость ростахромового покрытия примерно в три раза меньше, чем при неподвижной схеменапыления. Это обусловлено тем, что значительную часть времени напыленияподложка обращена к мишени не фронтально, а под углом.
С учётом тогообстоятельства,чтокинематикакаруселипредусматривалавозвратно-вращательное движение подложки с частотой n = 7 дв.ход/мин. Таким образом, заодин двойной ход карусели на подложке осаждается хромовое покрытие,ориентировочно толщиной 7 нм.Возвращаясь к напылению хрома на полированную поверхность подложкииз оптического стекла КУ-1 (опыт №49), можно видеть, что возвратно-149вращательная схема напыления обеспечивает получение качественного хромовогопокрытия толщиной 135 нм за время напыления t3 = 3 минуты. Это соответствуетскорости роста толщины хромового покрытия q = 42 нм/мин., что примерносоответствует скорости осаждения хрома на подложу из поликора.Отметим, что подача опорного напряжения 800 В на карусель в процессенапыления не оказывает существенного влияния ни на скорость роста хромовогопокрытия, ни на его качество.Таким образом, можно считать установленным рациональный режимнапыления хрома на подложки из оптического стекла.
Режим выполненияоперации напыления включает следующие переходы:1. Обработка подложки при её возвратно-вращательном движении ионноплазменным травлением при помощи ИИ с подачей на него напряжения2400…2450 В. Время выполнения этого перехода составляет t1 = 10 мин. придавлении в вакуумной камере 0,08 Па.2. Напыление подложки при её возвратно-вращательном движении у боковогомагнетрона НМ3, несущего хромовую мишень, с подачей на него напряжениясмещения UСМ = 650 В. Время выполнения этого перехода составляет t3 = 3 мин.при давлении в вакуумной камере p = 0,16 Па.При этом формируем качественное хромовое покрытие толщиной 135 нм.Поскольку хромовое покрытие предполагается использовать в качестверезистивного покрытия в составе ТНЭ, представлялось целесообразным такжеэкспериментальное определение рациональных режимов напыления собственнорезистивного тонкоплёночного покрытия, т.
е. покрытия NiCr. Как можно видетьиз Таблицы 7, накопленный опыт напыления хрома позволил создать накерамической подложке, представленной ОАО «НИИ КП», качественноедвухкомпонентное покрытие. Толщина покрытия составила 2…5 мкм. Такойразброс толщин покрытия объясняется неоптимальной кинематической схемойработы карусели вакуумной установки.
Отсюда – актуальность разработки новойконструкции карусели.Саму возможность магнетронного нанесения ферромагнитного материала –150никеля – обеспечило применение в качестве материала спаренных мишенейдуальной схемы никелевого сплава 79НМ, который является неферромагнитным.Можно считать основной возвратно-вращательную схему при следующейпоследовательности переходов операции напыления покрытия NiCr:– Ионно-плазменное травление в течение 60 мин.;– Нанесение хрома в качестве адгезионного подслоя с бокового магнетронапри продолжительности перехода 6 мин.;– Нанесение слоя никеля с дуальной системы магнетронов напылениемосновного слоя в течение 30 мин.4.1.2.
Анализ результатов напыления титанаРассмотрение различных вариантов нанесения титанового тонкоплёночногопокрытия (Таблица 8) на стеклянные подложки магнетронным напылениемпоказывает, что результаты выполнения операции существенно зависят от двухфакторов:1. Состояние поверхностного слоя стеклянной подложки перед напылением;2.
Конфигурациянапыляемыхучастков,формируемыхсприменениемнаносимых масок.Так, напыление титана на стеклянные подложки из кварцевого стекла маркиКУ-1, изготовленные на ОАО «МЗЭМА», даёт хорошее (опыты № 10, 18, 19) илиудовлетворительное (опыт №13) качество покрытия.
В то же время, напылениетитана на подложки, изготовленные ООО «Макрооптика» (опыт №11, 12), даётотрицательный результат, выражающийся в том, что нанесенное покрытиеотрывается вместе с разрушенным поверхностным слоем подложки.Следует отметить, что создание относительно толстого слоя титанатолщиной 4 мкм (опыт №14) или 8 мкм (опыт №15) приводит к разрушениюповерхностного слоя стекла даже на хорошо подготовленных образцах в техслучаях, когда свободной от маски остаются площадки сложной конфигурации.Это можно объяснить недостаточной податливостью относительно толстого слоятитанового покрытия.Показано, что можно получать титановое покрытие хорошего качества151толщиной 3…4 мкм при реализации следующего режима напыления:– Ионно-плазменное травление подложки в течение t1 = 10 мин.;– Нанесение основного слоя титана по дуальной схеме с возвратновращательным движением подложки в течение t3 = 120 мин.
при напряжениисмещения на магнетронах UСМ = 415…465 В, обеспечивающих протеканиекатодного тока I = 5,5 А.Сравнивая результаты опыта №10 с результатами опытов №18 и №19,можно видеть, что интенсифицируя режим напыления, т. е. доводя катодный токдо величин I = 11…12 А, можно толщины покрытия 4 мкм достичь за времянапыления t3 = 60 мин.Общие результаты напыления титана как коррозионно- и химическистойкого материала в целях его использования в качестве маски дляпоследующего ПХТ стекла, показывают, что достижимая толщина в 4 мкмнедостаточна, а для повышения толщины покрытия следует повысить егоподатливость, например, добавляя пластичный материал – алюминий – всоздаваемое двухкомпонентное покрытие.Такимобразом,актуализируютсяисследования,направленныенарасширение области применения разработанного в отрасли покрытия TiAl [85].Вместесцелесообразностьтем,жесткостьразвитиятитановогоисследований,покрытиясвязанныхуказываетснаприменениемизносостойких покрытий, а именно, нитрида титана.
Результаты проверочныхисследований, направленных на развитие технологии износостойких покрытийтипа TiN, представленных в Таблице 14, указывают на проблематичностьполучениякачественныхнитридотитановыхустановке. Очевидно, что покрытияпокрытийиз нитриданатитана сприменяемойтребуемымипоказателями качества могут быть созданы лишь при применении методовцеленаправленно-энергетического воздействия на подложку.О решении задачи создания коррозионно-стойкого и химически-стойкогопокрытия достаточной толщины для использования его в качестве маски наоперациях плазмохимического травления маятникового подвеса свидетельствуют152результаты напыления двухкомпонентного покрытия TiAl, представленных вТаблице 10.
Можно видеть, что создано покрытие толщиной 20 мкм настеклянных подложках из кварцевого стекла марки КУ-1, причём хорошеекачествопокрытияобеспечено даженаобразцах,изготовленных ООО«Макрооптика» (опыт №9). Такая толщина покрытия в состоянии обеспечитьплазмохимическое травление кварцевого стекла на требуемую глубину в200…250 мкм (аналогично результатам в разделе 4.1.5), конечно при условииоптимизации режимов и условий выполнения операции ПХТ.Рациональные режимы напыления покрытия TiAl на подложки изкварцевого стекла можно считать установленными.
Одновременно полученбольшой массив результатов, позволяющих установить взаимосвязь междутолщиной покрытия TiAl и такими факторами процесса напыления, какпродолжительность нанесения собственно слоя TiAl, составляющим t3 = 120 мин.,напряжение смещение на магнетронах в диапазоне UСМ = 450…610 В для титана иUСМ = 400…480 В для алюминия. Эти результаты позволяют получить численныезначения коэффициентов, зависящих от режимов напыления для расчётовожидаемой формы нанесенного покрытия по разработанной методике расчета.Положительный результат применения покрытия TiAl в качестве материаламаскипривыполненииоперацийплазмохимическоготравлениястеклаобъясняется повышением податливости этого материала по сравнению с титаномза счёт введения в его состав алюминия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
