УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ С ЗАДАННОЙ АРХИТЕКТУРОЙ МЕТОДОМ МАГНЕТРОННО-ИОННОГО РЕАКТИВНОГО РАСПЫЛЕНИЯ

Установка для нанесения многослойных покрытий с заданной архитектурой методом магнетронно-ионного реактивного распыления
Полезная модель относится к области нанесения покрытий методом магнетронно-ионного реактивного распыления и может найти свое применение в различных отраслях промышленности для упрочнения рабочих поверхностей деформирующего инструмента, пар трения и пр.
Известна установка для нанесения тонкослойных покрытий, содержащая магнетронную распылительную систему (МРС), размещенную в герметизированной рабочей вакуумной камере, систему питания МРС, вакуумную систему и систему напуска газа в рабочую вакуумную камеру, шлюзовые камеры на входе и выходе рабочей вакуумной камеры и механизм перемещения подложек, отличающаяся тем, что система питания МРС снабжена блоком сравнения средних значений мощности, а также скоростей изменения тока и напряжения с опорными сигналами, выход блока сравнения подключен к прерывателю тока в цепи питания МРС и, через линию задержки, к стартовому устройству запуска системы питания МРС (см. патент РФ №2138094, H01J 37/317, С23С 14/35, от 04.02.1997, опубл. 20.09.1999), выбранная в качестве прототипа.
Недостатком данного технического решения, является ограничение функциональных возможностей, за счет конструкции установки. На данной установке существует возможность обработки, только крупногабаритных, плоских и листовых деталей и заготовок. Кроме того, использование рольгангов для передвижения обрабатываемого материала внутри рабочей вакуумной камеры, способствует быстрому осаждению на их поверхности частиц напыляемого вещества. Однако в отличие от покрытия, оно не обладает значительной плотностью структуры и абсорбирует в себя различные примеси (пары воды, воздух, частицы масла и пр.). Т.к. рабочая вакуумная камера имеет значительные габариты из-за применения в ее составе, шлюзовых камер, то замена рольгангов представляет весьма трудоемкую задачу. Накапливаясь на поверхности рольгангов, абсорбированные вещества выделяются в рабочую вакуумную камеру в процессе работы установки и, попадая в поток ионов, осаждаются на поверхность обрабатываемой детали, вместе с покрытием. Примеси подобных веществ в покрытии, ухудшают его физико-механические свойства.
Кроме того, рольганги, на которых размещаются подложки для напыления покрытия, вращаются с постоянной частотой, соответственно подложки так же перемещаются внутри рабочей вакуумной камеры с постоянной скоростью. МРС может быть оснащена мишенями из разных материалов, следовательно, их коэффициенты распыления тоже различаются. Перемещаясь внутри рабочей вакуумной камеры с постоянной скоростью подложки, будут получать разное количество распыляемого вещества от разных мишеней, что ограничивает возможные варианты архитектуры покрытия и, соответственно, снижает его функциональные свойства в целом. Указанные недостатки сужают функциональные возможности установки, не позволяя в полной мере управлять архитектурой наносимого покрытия.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей установки, благодаря возможности изменять скорость движения тележки в зависимости от расхода газа и давления внутри рабочей вакуумной камеры.
Установка для нанесения многослойных покрытий с заданной архитектурой на крупногабаритные плоские заготовки методом магнетронно-ионного реактивного распыления, содержащая магнетронную распылительную систему (МРС), размещенную в герметизированной рабочей вакуумной камере, систему питания МРС, вакуумную систему, систему напуска газа в рабочую вакуумную камеру и блок управления МРС, отличающаяся тем, что установка снабжена тележкой для размещения заготовок с приводом ее перемещения, датчиком давления и регулятором расхода газа, причем привод тележки, датчик давления и регулятор расхода газа соединены с блоком управления МРС, выполненным с возможностью изменения скорости движения тележки в зависимости от расхода газа и давления внутри рабочей камеры, а МРС состоит из планарных магнетронов на постоянных магнитах, установленных вертикальной вдоль боковых стенок камеры в шахматном порядке.
Сущность полезной модели поясняется схемой. На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство для нанесения покрытий с МРС 1, планарного типа, имеющее свои магнитные системы, расположенные вертикально в шахматном порядке вдоль боковых стен и подключенные к системе питания 2. МРС размещены в протяженной (вытянутой) рабочей вакуумной камере 3. В рабочей вакуумной камере имеется герметичная дверь 4, для загрузки и выгрузки обрабатываемых изделий, а так же обслуживания и чистки оборудования. Рабочая вакуумная камера 3 через вакуумный вентиль (натекатель) 5, подключена к вакуумной системе (не показана). Через вентиль 6 к рабочей вакуумной камере 3 подключен плазмообразующий газ (аргон). Через вентиль 7 осуществляется подача технологических (реактивных) газов или их смесей (азот, кислород, метан). Скорость подачи газов через вентили 6 и 7 отслеживается с помощью регуляторов расхода газа 8. Концентрация, скорость подачи, а так же откачка плазмообразующего и технологических газов, регулируются с помощью системы управления 9, соединенной с регуляторами расхода газа 8, датчиком давления 10, а так же соответствующими вентилями 5, 6 и 7. Обрабатываемый материал 11, расположен на тележке 12, которая перемещается возвратно-поступательно вдоль направляющей 13.
Установка для нанесения покрытий работает следующим образом. Перед началом работы в рабочую вакуумную камеру 3, через дверь 4, загружаются обрабатываемый материал И, на тележку 12. Далее, дверь закрывается и с помощью системы управления 8, открывается клапан 5, через который с помощью вакуумной системы (не показана) производится откачка. После достижения необходимого значения вакуума, система управления 9, на основе сигналов от регулятора расхода газа 8 и датчика давления 10, заполняет рабочую вакуумную камеру 3 плазмообразующим газом (аргоном) до определенного давления с помощью клапанов 5 и 6. При этом, значение давления внутри рабочей вакуумной камеры 3, созданное добавлением плазмообразующего газа, является базовым и выдерживается в течение всего технологического цикла. После достижения рабочего давления, с помощью системы управления 9, на основе управляющей программы включается технологический процесс напыления покрытия на обрабатываемый материал 11. В течение технологического процесса, система управления 9, получая сведения от датчика давления 10, регуляторов расхода газа 8, системы питания 2, может изменять скорость движения тележки 12. Благодаря этому можно управлять количеством вещества осаждаемого на обрабатываемый материал 11, замедляя, либо ускоряя движение тележки 12 вдоль МРС 1, в зависимости от условий внутри рабочей вакуумной камеры. В результате на поверхности обрабатываемого материала 11 можно равномерно осаждать покрытие и управлять его архитектурой изменяя количество вещества осаждаемого на поверхность обрабатываемого материала 11 в любой момент времени.
Эффектом является расширение функциональных возможностей установки, благодаря возможности изменять скорость движения тележки в зависимости от расхода газа и давления внутри рабочей вакуумной камеры, что позволяет управлять архитектурой покрытия. Кроме того, обеспечивается удобный доступ к внутренней поверхности рабочей вакуумной камеры, для обслуживания и чистки МРС, тележки и стенок рабочей вакуумной камеры.