Технологическое обеспечение равномерности покрытий для деталей гироскопических приборов на установках магнетронного напыления (1026305), страница 20
Текст из файла (страница 20)
В существующих аналогичныхтехнических решениях идет речь о том, что могут быть разные формы толщины164покрытий, но не указывается, какие именно формы приводят в итоге кплоскостности. Мы в данном случае предлагаем: симметричность и вогнутостьили выпуклость слоёв.С помощью предварительных расчетов (эпюры скоростей) и компьютерногоимитационногомоделированиясинергетическиобъединитьпланетарныхтребуемыеимагнетронныхкомплементарныедвиженийрежимыработы(основой оптимизации количества и расположения магнетронов является выбор вкачествекомплементарныхвыпуклойивогнутойсимметричныхформраспределения толщины покрытия.
Расчеты показали, что выпуклая формаполучается при единичном магнетроне, расположенном ортогонально, а вогнутая– при сдвоенных магнетронах, расположенных под углом) количества и взаимногорасположения) магнетронных головок и планетарных движений сателлитов сподложками на водиле карусели с центральным зубчатым колесом – сдополнительной возможностьюдвиженийсателлитовреверсированием––цельуправляемого реверсированияэтогосущественноесинергетическогоповышениеточностипланетарныхобъединенияснаноразмернойравнотолщинности как минимум двухслойного покрытия на подложке, в томчисле плазмонных решеток для комбинированных ГОЭ-ДОЭ.Общая компоновка установки магнетронного напыления показана наРис.
3.1, которая включает три магнетрона, несущих мишени из напыляемогоматериала, ионный источник, а также механизм карусели, расположенные вобъеме вакуумной камеры, образованной корпусом и дверцей установки.Основой оптимизации количества и расположения магнетронов являетсявыбор в качестве комплементарных выпуклой и вогнутой симметричных формраспределениятолщиныпокрытия.Математическоемоделированиеформирования толщины покрытия в различных точках напыляемой поверхностидетали, основанное на рассмотрении кинематики планетарного движения деталиотносительно магнетронов показало, что для получения выпуклой формыраспределения толщин покрытия по напыляемой поверхности необходимоиспользовать единичный магнетрон, как описано выше, а для получения вогнутой165формы – сдвоенные магнетроны, образующие описанную выше дуальнуюсистему.
При этом необходимо обеспечить различные величины соотношениймежду частотами вращения вокруг своих осей водила 4 держателя 5 (см. Рис. 3.1)с возможностью независимого реверсирования каждого из этих вращений.На Рис. 4.3 представлен в разрезе механизм ввода в вакуумную камерупланетарного движения напыляемой детали. Весь механизм размещен на корпусе12 установки и крепится к нему винтами через изоляционные втулки 13.Электрическая изоляция механизма от корпуса установки необходима дляобеспечения возможности подачи на удерживающие напыляемые деталиэлементы конструкции механизма, так называемого опорного электрическогонапряжения.
Герметизацию сочленения корпуса 12 установки с рассматриваемыммеханизмом обеспечивает изоляционно-уплотняющий фланец 18. Герметизациясамого механизма обеспечивается манжетами 15 и 17, которые герметизируютпространства между внутренним валом 7 и полым валом 16, а также между полымвалом 16 и корпусом 19 соответственно.Внутренний вал 7 через шлицевое соединение получает вращение от шкива8, входящего в состав ременной передачи 9. Аналогично, полый вал 16 черезшлицевое соединение получает вращение от шкива 6, входящего в составременной передачи 5. Вращения валов 7 и 16 являются независимыми, могут бытьоднонаправленнымииразнонаправленными,атакженезависимореверсируемыми.
Кроме того, каждый из валов 7 и 16 может совершать возвратновращательные движения, проворачиваясь на определенные углы. Величины этихуглов также могут быть установлены независимо как по размаху, так и порасположению в окружном направлении. К торцу внутреннего вала 7 крепитсяводило 2 планетарного механизма. Внутреннее зубчатое колесо 10 планетарногомеханизма крепится к торцу полого вала 16 и входит в зацепление с сателлитами4, 11 и т.
д., которые смонтированы на валах-держателях 1 напыляемых деталей,которые, в свою очередь, через подшипники 3 установлены в водиле 2. Дляснижения трения при работе рассматриваемого механизма внутренний вал 7 вполом вале 16, а полый вал 16 в корпусе 19 установлены через подшипники 14.19 – корпусизоляционная, 14 – подшипник, 15, 17 – манжета, 16 – вал полый, 18 – фланец уплотняющий изоляционный,вал, 8 – шкив, 9 – ремень, 10 – внутреннее зубчатое колесо, 11 – сателлит, 12 – корпус установки, 13 – втулка1 – держатель, 2 – водило, 3, 14 – подшипник, 4 – зубчатое колесо-сателлит, 5 – ремень, 6 – шкив, 7 – внутреннийРис.
4.3. Конструкция механизма ввода в вакуумную камеру планетарного движения напыляемой детали166167Можно видеть, что, по сравнению с известными конструктивнымирешениями, в предлагаемом механизме выполнены конструктивные изменения вмеханических передачах, а именно – в водиле с центральным зубчатым колесомобеспечена возможность независимой передачи вращения на сателлиты.Для управляемого изменения соотношения между частотами вращенияводила и сателлитов вокруг собственной оси с независимым реверсированиемпланетарных движений сателлитов целенаправленно изменяют частоты инаправления вращения внутреннего и полого валов.Предлагаемая модифицированная установка в общем случае работаетследующим образом.
В начале, вращая при помощи внутреннего вала 7 водило 2,выводят напыляемую деталь, закрепленную на держателе 1, в рабочую область.Рабочими областями являются:1) зона напротив неподвижного магнетрона 9 (см. Рис. 3.1) по направлениюк центру вращения карусели;2) зона, расположенная оппозитно дуальной системе, образованноймагнетронами 7 и 8 (см. Рис. 3.1).В рабочей области деталь располагают по линии симметрии. Далее, принеподвижном водиле 2 вращают внутреннее зубчатое колесо 10 до тех пор, поканапыляемая поверхность детали не будет установлена перпендикулярно линиисимметрии. Это – начальное положение.Далее, после включения заданного режима работы магнетронов, сообщаютнапыляемым деталям возвратно-вращательное планетарное движение.
Для этогопериодически проворачивают по и против часовой стрелке внутренний вал 7 иполый вал 16. Углы поворота в каждую из сторон ограничивают, например, спомощью концевых выключателей или герметичных контактов. При этом угловыескорости и направления вращений валов 7 и 16 согласованы. В процессепланетарноговозвратно-вращательногодвижениянапыляемыхдеталейпроисходит формирование покрытия из материала мишени на напыляемойповерхности детали. Соотношения между угловыми скоростями и направлениямивращений валов 7 и 16 выбирают, исходя из необходимости формирования на168напыляемой поверхности покрытия, имеющего одну из взаимнокомплементарныхформ распределения толщины по напыленной поверхности детали.С точки зрения комплементарности слоев на установке реализуются:1) симметричность;2) вогнутость или выпуклость профиля наносимого слоя.С помощью предварительных расчетов, основанных на рассмотрениикинематики планетарного движения детали относительно магнетронов (онипоясняются планами скоростей на Рис.
4.4 и Рис. 4.5) и компьютерногоимитационного моделирования формирования толщины покрытия в различныхточках напыляемой поверхности детали удалось синергетически объединитьтребуемые комплементарные режимы работы.На Рис. 4.4 представлена схема для расчета кинематики детали принапылении её поверхности в рабочей области у единичного неподвижногомагнетрона. В начальном положении (Рис. 4.4, а) напыляемая деталь 1располагается на расстоянии S от мишени, установленной на единичномнеподвижном магнетроне 9. Формирование покрытия на напыляемой поверхностидетали происходит благодаря эмиссии напыляемого материала из областейраспыления мишени 5.Планетарное движение детали соответствует планетарному движениюсателлита 7 (Рис. 4.4, б). Вращению водила 2 (Рис.
4.4) соответствует эпюраскоростей на Рис. 4.4, б, представляющая собой прямоугольный треугольник,включающий в качестве гипотенузы прямую, наклоненную под углом wВ, причемwВ–это угловая скорость вращения водила, т. е. величина, обусловленнаяскоростью вращения ротора электродвигателя, сообщающего вращение валу 7через ременную передачу 9 (см. Рис. 4.3).НаРис.4.4,б,представленатакжеэпюраскоростейсателлита,представляющая собой прямоугольный треугольник, включающий в качествегипотенузы прямую, наклоненную под углом w12 , причем w12 – это угловаяскорость вращения сателлита.
При этом водило 2 вращается с угловой скоростьюwВ, а внутреннее зубчатое колесо 6 вращается с угловой скоростью w11.169Рис. 4.4. Схема напыления единичным магнетроном (а) и план скоростей принапылении (б)1 – напыляемая деталь, 2 – водило планетарного механизма, 3 – держатель детали,4 – единичный магнетрон, 5 – области распыления мишени, 6 – внутреннеезубчатое колесо, 7 – зубчатое колесо-сателлит170Это приводит к тому, что сателлит 7 вращается с угловой скоростью w12вокруг мгновенного центра скоростей (М.Ц.С.).
Мгновенный центр скоростейобнаруживается следующим образом. На Рис. 4.4, б, имеется вектор V12,направленный вертикально и равный по абсолютной величине произведениювеличины wВ (угловая скорость вращения водила) на величину R (расстояние наводиле от осей вращения сателлитов до центра механизма). Вектор скорости V12одинаков для сателлита и водила.Также имеется вектор V11, направленный вертикально и равный поабсолютной величине произведению величины w11 (угловая скорость вращениявнутреннего зубчатого колеса, т.
е. величина, обусловленная скоростью вращенияротора электродвигателя, сообщающего вращение валу 16 через ременнуюпередачу 5 на Рис. 4.3) на величину rД11 (радиус делительной окружностивнутреннего зубчатого колеса). Вектор скорости V11 одинаков для сателлита ивнутреннего зубчатого колеса, поскольку представляет собой скорость в точкеконтакта делительных окружностей 6 и 7. Мгновенный центр скоростейпредставляет собой точку пересечения прямой, проходящей через концы векторовV11 и V12 с горизонтальной осью. В итоге получается угловая скорость вращениясателлита w12, равная углу наклона упомянутой прямой, ограничивающей эпюрускоростей сателлита.Можно видеть, что кинематический режим (Рис. 4.4, б) характеризуется тем,что внутреннее зубчатое колесо 6 и водило 2 вращаются синхронно в однусторону, а при этом сателлит 7, несущий напыляемую деталь 1, вращаетсясинхронно в противоположную сторону.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
