К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Несмотря на это, при относительно малой и при средней удельной поверхностной, мощности пучка эта формула вполне приемлема дяя ориеигировочных оценок. Связь глубины проплавления с ускоряющим напряжением при условии, что остальные параметры (мощность пучка и диаметр) остаются постоянными, можно представить выражением Ь„, / Ь„г = ((/1 / (/2) 1/2 где Ьв1 соответствует уакорающему напряжению (/1, а Ь,г — (/2. Отношение глубины шва к его ширине пропорционально ускоряющему напряжению где Ь1 соответствует ускоряющему напряжению (/1, а»2 - (/г. При сварке деталей большой толщины ширина шва увеличивается из-за рассеяньи электронов материалом, а таске потому, что лучок имеет форму сходящихся лучей (аппер- МВУОДЫ тура пучка около 10 2 рад). При такой аппертуре на расстоянии точки минимального сечения пучка от поверхности, равном 50 мм, в глубине материала диаметр пучка увеличивается на 1 мм.
Диаметр пучка п2 ф02 +4а2 2 где дт - диаметР пУчка на Расстовнии 2 от фокуса; с(0 - диаметр пучка при 2 = 0; а - аппертура (половина утла раокрьпия) пучка. Колебательные перемещения (осцилляшш) пучка в непосредственной близости от точки сварки дают возможносп дополнительно влиять на процесс сварки, а значит, — и на образование шва. Бсли частота осцнлляции пучка достаточно мала, то паровой капилляр следует за мпювенным положением места бомбардировки поверхности цуч ком.
При более высокой частоте происходит расширение парового капилляра и слоя расплава. Существенным результатом осцилляции пучка является усиление испарения летучих компонент из сварочной ванны. Таким методом, например, можно снизить склонность материала к обраюванию пор. При соответствующем выборе частоты и амплитуды осцилляция пучка приводит к образованию мелкочешуйчатого шва. Иеяареиие материалов. Электроннолучевое осаждение тонких пленок в вакууме- один нз широко применяемых технологических процессов.
Этот метод отличается от других тем, что при нюревании материала электронным пучком подвод потока энергии осуществляется непосредственно к поверхности испаряемото материала, а не к стенкам типы. Преимущество этого метода заключается в том, что при электронно-лучевом испарении можно испарять материалы из водоохлаждаемнх типтей. Водооююждаемый титель необходим при иопарении химически высокоахтивных, особенно тутоллавквх материалов. Это обеспечивает получение покрытий высокой чистоты, потому что почти полностью исключаются реакпни испаряемого материала с материалом охлаидаемото тигля, а матриел титля и лродукпя реакций лракпеюски не испаряются. Используется и бестительное испарение. Другим преимуществом электроннолучевого испарения является возможность управления мощностью, анертией, размером и паюжением в пространстве электронного пучка, что позволяет улравшпь потоком направляемой энергии в испаряемое вещество и воздействовать на скорость испарения и распределение плотности потоков пара.
Управляя пучком, можно испарять материалы из нескольких тиглей последовпельно или одновременно и формировать пленки с разными свойствами. Прн однотигельном испарении сплавов из типы с большим количеспюм расплавленного вещества его испаряют локомпонентно, изменяя мощность пучка по определенному трафику. Для осуществления реактивното осюхдения в технологической камере напуском газа устанавливают требуемое полное нли парциальное давление газа-реатента, в общем случае состаюиющее 0,01 - 0,1 Па. При электронно-лучевом испарении осущестюиется ионное плакетирование (как за счет встраиваемого ионного источника, так и за счет ионизации пара), приводящее к уплотнению покрытия и улучшеншо ето физикохнмическмх свойств.
Наибольшее распространение получили установки с электронно-оптической оистемой, формирующей плоский лучок лли аксиально симметричный, а также с поворотом пучка на 90 ' и более для защиты катода ст паров испаряемото материала. При испарении вещества, нареваемото в вакууме, удельная скорость испарения ч'„ [т / (смз с)), т.е.
масса вещества, испаряющегося с единицы поверхности в единицу времени, определяется уравнением Лешзпора с учетом возврата некоторых часпщ в ванну и с учетом влияния упругости пара, зависящего от температуры: ч,'„4,4 104ар~,~М ! Т, где а - коэффициент испарения; для идеальното испарения а = 1; р - упругость пара прн температуре Т, Па; М- массовое число испаряемото вещества, а.е.мл я - коэффициент передачи пара от испаряемого вещества к подложке, который зависит от остаточното давления в технологической камере; Т - температура испарения, К. Для того чтобы получить в электронном пучке мощность Ро, потребляемая мощность оборудования Р должна быль больше нее на сумму потерь мощности во вторичных источниках питашш и электронно-олтнческих узлах РО Р ~" е. В испаряемом материале в теплоту преобразуется лишь часть мощности пучка Ро, лосколысу пучок на своем пути до материала теряет часть своей мощности при рассеянии в шзе и облаке лара, а при встрече с материалом - вследствие различных вторичных эффектов,) Рр .
Мощность, преобразуемая в теплоту, Глава 2.1. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА Потери мощности при испарении происходят за счет рассеяния электронов, а при высоком даю»енин пара - за счет взаимодействия с облаком пара. При испарении, например алюминия, из керамичеокого тигля и при условии, что подложки достишет только около 40 % исларенного материала„обпшй эффективный КПД равен 0,2 %. Из мощности электронного пучка только 38 - 40 % расходуется на осаждение алюминия, остальная часть - на следующие процессы: рассеяние электронов осшточными газами на стенки камеры - 14 - 16 %; отрахение электронов на стенки камеры - 8 - 10 %, тепловое излучение на стенки камеры - 3 - 4 %; отвол теплоты стенкой типы - 4 — 6 %; рассеяние пара в камере - 21 — 23 %; возбуждение рентгеновского излучения - 1 %.
Вследствие тепловых потерь '> Р,„в расплава из мощности, преобразовавшейся в теплоту Р, лишь часть Р„является полезной, т.е. расходуется на испарение материала. Из тепловых потерь расплава наиболее существенны потери мощности на излучение Р, и теплопроводность Рм Таким обрезом, полезная мощность Рт Рд )' Рэ Ре Рз Р» Если двя упрощения приюпь, что температура Т одинакова по всей поверхности, что излучающая поверхность и поверхность испарения совпадают, что распределение температур, определяющее теплопроводность, постоянно, а удельные скрытые теплоты не зависат от температуры, то полезную мощность можно вычислить с достаточной точностью цо фор- Ру = 4 4'10"4(РГ»с(Т- Тс) +»т, +»»»„])с»~— Гм где Р— площадь поверхности испарения, смз; с - удельная теплоемкость, Дж / (г.К); Т и Тв - соответственно температура испарения и начальная температура вешеспа, К; д» и д»- удельная скрытая теплота соответственно плавления и испарения, Дх / г; а - коэффициент испареюш; М - массовое число испаряемого вещества, а.е.м.
Для предотвращения попадания на катод атомов и ионов пара электронную пушку защищают диафршыами и размещают так, чтобы исключить прямое попадание этих частиц, которые, разрушал катод, снижают работоспособиосп оборудования. Электронный же пучок с помощью отклоняющих магнитных полей поворачивают на большие углы (до 360 ). Управляя токами отклоняющих систем, можно перемешать пучок по поверхности тигля. Чтобы отклонить на такие большие углы пучок без потерь, используются секторные магниты. Такое расположение электронно-оптической системы создает блшоприятные условия для размещения внугрикамерной оснеспси и закрепления на ней подложек непосредспюнно в зоне парообразования. Термическая размершвз обработка тонких слоев.
Используя термическое воздействие электронного пучка на тонкие слои (покрытия), нанесенные на подлохки, можно удювпь участки этих слоев в заданных местах и формировать тем самым различные структуры. Толщина слоев обычно состаюшет 10 - 100 нм. В качестве покрытий чаще всего используются металлы и их сплавы. В отличие от обработки массивных тел в данном случае в результате обработки происходит селекгнвное удаление определенных участков слоя без повреждения подложки. Для этих целей применяют относительно низкие ускоряющие напряжения (20 - 50 кВ). Поэтому поглощение энергии пупе дыхе при большой толщине слоя происходит в основном в подложке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
