Волчкевич Л.И., Кузнецов К.И - Методические указания к курсовой работе (1031851), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Если давление близко к атмосферному, внешние признаки разрядаотсутствуют, в диапазоне давлений от нескольких миллиметров до 5·103 ммрт. ст. возникает интенсивное свечение, при меньших давлениях – пучокискр. Место течи обнаруживается перемещением острия щупа по шву.Приближение острия к дефекту оболочки (волосяные каналы, трещины)сопровождаетсяпоявлениемтонкогоярко-белогоискровогопучка,направленного точно на место расположения течи. Достоинства метода:простота реализации и наглядность, недостатки: низкая чувствительность иприменимость только для стеклянных оболочек, например, ЦЭЛТ, где такойконтроль позволяет выбраковать прибор, не проводя дальнейших операций(высоковакуумная откачка, активация катода и т.п.).Манометрический метод (схема рис. 1.4) основан на регистрациидавления в объеме в течение некоторого периода времени. В испытуемомобъеме создается избыточное давление контрольного газа, изменениекоторого контролируется манометром высокого класса точности.
ПослезавершенияДостоинстваиспытаний,метода:контрольныйпростотагазудаляетсяреализации(нетчерезклапан.необходимостивдополнительных сложных приборах и измерительных схемах) недостатки:низкаячувствительность,невозможностьПрименение – в баллонах, резервуарах и т.п.23нахожденияместатечей.24Рис. 1.Галогенный метод (схема рис.
1.5) применяется при контролегерметичности больших объемов или разветвленных коммуникаций. Вкачествепробныхвеществиспользуютразнообразныефреоны,четыреххлористый углерод и т.д.; ионизация газа происходит притемпературе 800-900°С, для чего применяется такой материал, как платина.Количество и давление пробного газа оценивается по ионному току.Катарометрический метод (схема рис. 1.6) близок к предыдущему, хотяи отличается применяемыми физическими эффектами. Газовая смесь утечки(пробного вещества) поступает в камеру 2, внутри которой находитсянагреваемый проводник 1, температура наружных стенок камеры зависит отвеличины теплового потока QI, а следовательно – от давления пробного газаутечки.Достоинства последних методов: невысокая стоимость конструкции,простотаэксплуатации,портативность;недостаток–низкаячувствительность.Среди методов, не рассмотренных в данном обзоре, можно упомянутьметод накопления гелия в вакуумной камере, внутри которой помещаетсяиспытуемыйобъект,т.е.электровакуумныйприбор,предварительнооткачанный и заполненный гелием под определенным давлением.
Методприменяется для контроля весьма малых течей.Как видно из обзора, для электровакуумных приборов существуютальтернативные методы, применение которых определяется противоречиемдвух основных показателей – чувствительности и сложности.В данном дипломном проекте в дальнейшем было обоснованоприменение масс-спектрометрического метода путем более подробныхрасчетов и обоснований. Основная значимость данного подраздела – вформировании эрудиции дипломанта в умении давать предварительнуюкачественную оценку вариантов.25Приложение №2: Пример расчета циклограммы.Объект: «Установка нанесения тонкопленочных покрытий на плоскиеподложки».В«Техническомзадании»напроектированиебылирегламентированы следующие параметры:1.
Диаметр подложек d=100 мм2. Наносимый материал – алюминий3. Толщина слоя h=0.8 мкм с отклонениями ±5%4. Предельное давление в камере Р=1·10-3 Па5. Требуемая производительность Qтр=55-60 шт/смену6. Режим эксплуатации – односменныйВ соответствии с этим на этапе «Технического предложения» былавыбрана структурно-компоновочная схема установки, приведенная на рис. 1,а именно – вертикального типа, с расположением подложек на непрерывновращающемся диске с подложкодержателями, их число выбрано по опытуразработчика (n=15 штук), привод вращения диска – нижний, центральный.Прогрев и обезгаживание подложек производятся при температуре Т=200 °Си длительностиt=5 мин. Откачка – с применением механическогофорвакуумного и диффузионного паромасляногонасосов.
Нанесениепокрытий – термическим испарением материала в тигле с косвеннымподогревом (сфокусированный пучок электронов).Оставляя в стороне иные структурно-компоновочные варианты(например, с верхним приводом карусели подложек, прямым термическимподогревом материала, неподвижной камеры с герметизирующей дверцей ит.д.), рассмотрим устройство и работу компонентов установки, а далее –расчеты длительности основных элементов рабочего цикла.Основными компонентами, согласно рис. 2, являются: 1) вакуумнаякамера, 2) механизм подъема-опускания камеры, 3) механизмы и устройствананесения покрытий, 4) устройство нагрева и обезгаживания подложек, 5)механизм вращения карусели с подложками, 6) вакуумный агрегат.26Рис.
2. Принципиальная схема установки нанесения тонкопленочныхпокрытий в вакууме1 – карусель с подожками, 2 – блок нагрева и обезгаживания подложек,3 – вакуумная камера, 4 – механизм подъема-опускания камеры, 5 – базоваяплита, 6 – затвор,7 – диффузионный насос, 8 – форвакуумный насос, 9 –натекатель атмосферы, 10 – заслонка с приводом поворота, 11 – тигель сиспаряемым материалом, 12 – электронно-лучевой испаритель, 13 – экраны.27Диаметр вакуумной камеры выбирается, исходя из габаритов каруселис подложками плюс необходимый зазор, после чего окончательно диаметрподбирается из типоразмерного ряда по справочнику. В результате выбираемдиаметр камеры Dк=800 мм, толщина стенок 4.5 мм, материал –нержавеющая сталь.
Высота камеры Hк выбирается, исходя из вертикальныхгабаритов испарителя и необходимого пути пролета частиц, к этомудобавляется необходимая высота диска нагрева подложек и т.д.. Итоговысота камеры Hк=600 мм, объем V=340 л, вес G=90 кг.. Отсюда все расчетыдля вакуумной системы и механизма подъема.Механизм подъема-опускания камеры может иметь механический илипневматический привод. Поскольку в установке отсутствуют другиепневмогидравлическиеустройства,применяеммеханическийвариант:вращающийся ходовой винт с гайкой. При необходимой высоте подъемакамеры L=500 мм (чтобы не затруднять замену подложек) и рекомендуемойскорости подъема-опускания V=25 мм/с, рассчитываем время подъемаопускания; в соответствии с весом камеры подбираем ходовой винт сдиаметром 14 мм и шагом резьбы 2 мм, что обеспечивает самоторможение.Далее следует подбор двигателя (по каталогу).
Необходимая мощностьсоставляет всего 0.16 кВт, однако, асинхронных двигателей такой малоймощности не имеется, в итоге выбираем двигатель 90LA8 N=0.75 кВт, n=705об/мин, тогда время подъема-опускания – по 0.35 мин.Подробно методика расчета и выбора механизма подъема-опусканиякамеры была рассмотрена в курсе «Расчет и конструирование привода», еюможно воспользоваться в данной курсовой работе, и в последующемдипломном проектировании.Проработкаподсистемынанесенияпокрытий(испаритель,нагревающее устройство, экраны, заслонка) базируется на курсах «Элионныетехнологии»и«Термическиепроцессывэлектронике».Расчетнагревательного устройства производится путем анализа тепловых потоковпри нагреве, исходя из нагрева алюминия в тигле до температуры плавления28Т=1605 °С за время t=5 мин. Расчет потока паров алюминия через начальнуюскорость дает в результате интенсивность осаждения V=1.8 нм/с инеобходимое время нанесения заданной толщины (0.8 мкм) tн=6.6 мин.
Таккак факел испарения захватывает единовременно 2 подложки из 15,расположенных на карусели, общее время нанесения для всей партии каквремя рабочих ходов цикла составляет tр=68 мин. Поверочный расчетпоказывает, что при диаметре подложки 100 мм и выбранном ранеерасстоянии от тигля до центра подложки 300 мм неравномерность толщинысоставит Δh=3,4%, что допустимо (см.
курс «Элионные технологии»).Проработкаустройстванагреваиобезгаживанияподложек,расположенного над каруселью, включает также к анализ и расчет тепловыхпотоков (см. курс «Термические процессы в электронике»). Для достижениятемпературы Т=200 °С требуется t=6 мин; обычно эти величины заданы поТ.З., предметом расчета является необходимая мощность нагревателя ипараметры нагревательных элементов.Карусель подложек (см.
рис. 2) является наиболее простым узлом; поопыту выбирают частоту вращения n=20 об/мин, необходимая мощностьсоставляет менее 0.1 кВт. Асинхронных двигателей с такими параметрами несуществует,возможноприменениередукторов,шаговыхдвигателей,асинхронных двигателей с регулируемой частотой и т.д.Формально такиерешения должны исходить из материалов курса «Электротехника».Вакуумный агрегат (см. рис. 2) для своей проработки требует решениядвух взаимосвязанных задач: 1) выбора типоразмера форвакуумного насоса;2) расчет длительности откачки.Расчет общей длительности откачки при заданных исходных данных(объем камеры и предельный вакуум) рассматривался в курсе «Вакуумнаятехника», а также в соответствующем курсовом проекте (правда, без увязки свыбором насосов). Исходные данные в данном случае известны: объемкамеры Vк=340 л, предельный вакуум Р=1·10-3 Па, поэтому расчетдлительности откачки при использовании конкретных насосов трудности не29составляет.
Остается выбрать форвакуумный насос и соответствующий емудиффузионный.Задача решается по новому для студентов критерию – заданнойпроизводительности установки, чего до сих пор не было, поэтомурассмотрим решение более подробно. Возможно в качестве примераприменение двух вариантов насосов:1)пластинчато-роторного 3НВР-1Д, производительность Sн=1 л/сек,общее время откачки данного объема камеры (V=340 л.) tотк=82 мин2)пластинчато-роторного 2НВР-5ДМ, производительность Sн=5л/сек, время откачки того же объема камеры tотк=20 минИзкурса«Основыпроектированияавтоматизированногооборудования» известно, что реальный сменный фонд времени всегдаменьше номинального (480 мин) ввиду наличия неизбежных простоев.
Вданном случае к ним относятся: а) время прогрева агрегата в начале сменыΘП1=25 мин, б) время уборки и очистки по завершении смены ΘП2=5 мин.Итого реальный фонд Θсм=480-30=450 мин.Сопоставим его с длительностью рабочего цикла данной установки прииспользованииразличныхнасосов.Поэлементнымрасчетомвсехсоставляющих цикла установлено, что их суммарная длительность (помимооткачки) составит Σti=92 мин (расшифровку см.
табл. 4).Тогда длительность рабочего цикла с учетом откачки:T = ∑ t i + t отк = 92 мин + t откВариант 1: При использовании «однолитрового» насоса:T = 92 + 82 = 174 минЧисло циклов в смену z =Θ см 450== 2.6 цикла, т.е. выполняется 2174Tполных цикла, сменная производительность Qсм = z ⋅ n = 2 ⋅ 15 = 30 шт/смену, чтогораздо ниже заданного. Простои из-за некратности цикла составят:ΔΘ = Θ см − 2 ⋅ T = 450 − 2 ⋅ 174 = 100 мин30Это – дополнительные оргпростои, так как новый цикл до конца сменыустановка выполнить не успеет, а режим работы- односменный. Длявыполнения программы необходимо ставить параллельно две установки.Вариант 2: При использовании «5-литрового» насоса:T = 92 + 20 = 112 мин, z =Θ см 450== 4.01 цикла, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
