Технологическое обеспечение равномерности покрытий для деталей гироскопических приборов на установках магнетронного напыления (1026305), страница 19
Текст из файла (страница 19)
3.39 и 3.40 позволяет сделать заключение отом, что форма нанесённого покрытия при дуальной схеме напыления для случая,когда частота вращения сателлита планетарного механизма по абсолютнойвеличине больше частоты вращения водила, является вогнутой. При этом самаотносительная неравномерность толщины покрытия может быть значительноуменьшена за счёт подбора рационального соотношения между частотамиуказанных вращений. В любом случае заложенное в конструкцию серийнойустановки Unicoat600 соотношение nC/nB=5 не является рациональным с точкизрения обеспечения равномерности покрытия при дуальной схеме напыления.Более подробное исследование влияния соотношения частот nC/nB наравномерность создаваемого покрытия, результаты которого представлены награфиках Рис.
3.41 и 3.42, позволяет установить рациональную величину этогосоотношения, а именно nC/nB = –1,1. При этом исследованы не только варианты,когда частота вращения сателлита по модулю больше частот вращения водила, нои варианты |nC/nB|<1. Оказалось, что принятая конструкция планетарногомеханизма с неподвижным внутренним зубчатым колесом не обеспечиваетминимальности разнотолщинности при дуальной схеме напыления.Возвращаясь к последнему утверждению о том, что соотношение nC/nB=–1,1является наиболее рациональным, необходимо, тем не менее, отметить, что и вэтом случае форма нанесенного покрытия остаётся вогнутой.Попытки изменения формы распределения тонкоплёночного покрытия свогнутой на выпуклую за счёт изменения углов наклона магнетронов,работающих по дуальной схеме, отражена графиками на Рис.
3.43. Оказывается,что получить выпуклую форму напыленного покрытия не удается, а изменениеуглов наклона θ в диапазоне от 0° до 40° влияет на равномерность толщиныпокрытия слабо. При этом минимальность неравномерности толщины покрытиядостигается при значениях углов наклона магнетронов θ = 30°, который иприменялся при экспериментальных исследованиях. Расчетная минимизация160неравномерности покрытия, произведенная более детально и отраженнаяграфиком на Рис.
3.44, б, даёт величину θ = 37°.При напылении двухкомпонентного покрытия по дуальной схеме, когдарежимы работы правого и левого магнетрона различны, наиболее рациональныеуглы наклона q могут быть различными для правого и левого магнетронов. Таккак можно видеть из анализа графиков, представленных на Рис. 3.45, принанесении покрытия TiAl наиболее рациональные углы наклона магнетроновсоставляют θЛ = 38° (титановая мишень) и θП = 40° (алюминиевая мишень).
Этообъясняется различием в электрических параметрах работы левого и правогомагнетронов, приводящим к перераспределению содержания вдоль поверхностиподложки каждого из наносимых материалов.Тем не менее, даже при напылении двухкомпонентного покрытия приварьировании углами наклона магнетронов, использование дуальной схемыприводит к возникновению вогнутости как формы распределения толщиныпокрытия.
Иными словами, дуальная схема напыления приводит к вогнутостираспределения толщины покрытия при всех заложенных в конструкцию установкиUnicoat600 вариантах применения кинематических и геометрических параметровнапыления.Поэтому становится очевидной необходимость внесения в конструкциюустановкиUnicoat600модернизации,заключающейсявснабженииеёдополнительным боковым магнетроном.Результаты работы этого магнетрона представлены на графиках Рис. 3.46 иРис. 3.47. Можно видеть, что, в зависимости от знака соотношения nC/nB можетбыть обеспечено как получение вогнутости (Рис. 3.46), так и выпуклости(Рис.
3.47) распределения толщины покрытия. При этом выпуклость образуется нево всём диапазоне положительных значений указанного соотношения, а лишь вслучаях, когда соотношение nC/nB лежит в диапазоне от 0,1 до 2.Это открывает возможности для разработки нового способа напыления иреализующего его устройства.1614.3. Модернизация оборудования для магнетронного напыленияравнотолщинного нанопокрытия4.3.1. Обоснование модернизации установки напыления типа UniCOAT600+Задачами модернизации являются [92]:1) расширение функциональных возможностей модифицированной установки,заключающееся, в частности, в обеспечении возможности изменения и выборасоотношения между направлениями и частотами вращений сателлита и водилапланетарного механизма, а также в назначении взаимно комплементарныхрежимов нанесения покрытий на подложки;2) упрощение и соответственно удешевление получения равнотолщинногодвухслойногонанопокрытиясвысокойстепеньюточностиприработемодифицированной магнетронной установке карусельного типа.Для достижения указанных технических результатов по нашему мнениюнеобходимо следующее.Магнетроннаяустановка,содержащаявакуумнуюкамеру,всвоейцентральной части должна содержать карусельный планетарный механизм ссателлитами для планетарного движения напыляемых деталей, закрепленных насателлитах.
Дуальная магнетронная система, состоящая из двух магнетронов,симметрично наклонно расположенных к фронтальной плоскости вакуумнойкамеры должна быть направленасвоими мишенями в сторону центрапланетарного механизма. При этом установка содержит дополнительныйединичный магнетрон, установленный сбоку от дуальной магнетронной системытаким образом, что плоскость его мишени перпендикулярна фронтальнойплоскости камеры, а плоскость симметрии мишени проходит через центрвращениякарусели.Карусельныйпланетарныймеханизмдолжениметьвозможность независимого реверсирования направлений вращения водилапланетарного механизма и его сателлитов, несущих напыляемые детали, иизменения соотношения между угловыми скоростями вращения водила исателлитов за счет наличия независимых приводов, сообщающих независимые понаправлению и соотношению величин вращательные движения водилу и162внутреннему зубчатому колесу планетарного механизма, предназначенному длявращения сателлитов с напыляемыми деталями.Способ магнетронного напыления равнотолщинного покрытия долженвключать два перехода с последовательным нанесением на плоскую деталь двухслоев покрытия с комплементарными профилями слоев, которые при наложениидруг на друга дают результирующее равнотолщинное покрытие.
При реализацииэтого способа используется вышеописанная установка.Как показывают математические исследования, один комплементарныйпрофиль слоя покрытия должен быть симметричным выпуклым, получаемымнапылением от единичного магнетрона при исходном положении напыляемойдетали на сателлите напротив мишени этого магнетрона и при вращениивнутреннего зубчатого колеса и водила планетарного механизмасинхронно водну сторону с обеспечением вращения сателлита, несущего напыляемую деталь,синхронно в противоположную сторону.
Диапазоны углов поворота водила ивнутреннего зубчатого колеса на основе соответствующего расчета ограничивают.При этом угловая скорость вращения сателлита по абсолютной величине меньше,чем угловая скорость вращения водила.Другой комплементарный профиль слоя покрытия является симметричнымвогнутым, получаемым напылением от дуальной системы двух магнетронов приисходном положении напыляемой детали на сателлите напротив и по осисимметрии перед мишенями этих магнетронов и при вращении внутреннегозубчатого колеса и водила синхронно в одну сторону с обеспечением вращениясателлита, несущего напыляемую деталь синхронно в ту же сторону. Диапазоныуглов поворота водила и внутреннего зубчатого колеса для этого случая такжеопределяют расчетом. При этом угловая скорость вращения сателлита поабсолютной величине больше, чем угловая скорость вращения водила.Для нанесения равнотолщинного металлического нанопокрытия на плоскойдетали при создании, например, плазмонной решетки следует использоватьследующий набор величин самых значимых кинематических и временныхпараметров работы магнетронной установки.163Симметричныйвыпуклыйкомплементарныйпрофильполучаетсянапылением от единичного бокового магнетрона при возвратно-вращательномдвижении детали напротив этого магнетрона, при этом водилу придаютвозвратно-вращательные движения с частотой nВ = 7,8 дв.ход/мин., с размахомуглов поворота водила от –110° до +110°; одновременно и синхронно внутреннемузубчатому колесу планетарного механизма придают возвратно-вращательныедвижения в ту же сторону с частотой nЦ = 10,8 дв.ход/мин, с размахом угловповоротавнутреннегозубчатогоколесаот–154°до+154°.Расчетнаяпродолжительность процесса напыления на этом переходе 120 c, при этомполучается толщина симметричного выпуклого слоя покрытия в диапазоне10,9…11,9 нм.Симметричныйвогнутыйкомплементарныйпрофильполучаетсянапылением от дуальной системы двух магнетронов при возвратно-вращательномдвижении детали напротив сдвоенных магнетронов, водилу придают возвратновращательные движения с частотой nВ = 7,8 дв.ход/мин., с размахом угловповорота водила от –20° до +20°; одновременно и синхронно внутреннемузубчатому колесу планетарного механизма придают возвратно-вращательныедвижения в ту же сторону с частотой nЦ = 1,6 дв.ход/мин., с размахом угловповоротавнутреннегозубчатогоколесаот–4°до+4°.Расчетнаяпродолжительность процесса напыления на этом переходе составляет 30 c, и приэтом получается толщина симметричного вогнутого слоя покрытия в диапазоне31…32 нм, а в качестве суммарной толщины результирующего двухслойногоравнотолщинного нанопокрытия получается величина 42,9 нм с математическинулевым разбросом толщины профиля по площади напыленного покрытияплоской детали.По сути, мы выделяем именно режимы, так называемые комплементарные(взаимодополняющие,согласованные,чтобынедостатокодногослоякомпенсировался комплементарным недостатком другого слоя, а в суммеполучалось бы близко к тому, что требуется).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
