Держатель изделий, имеющих сквозную полость

Решение относится к устройствам для позиционирования изделий при нанесении покрытий в установках, работающих по методу конденсации с ионной бомбардировкой (КИБ). Устройства предусматривают, что изделия выполнены из материалов, не обладающих электропроводностью, например, из стекла, и имеют сквозную полость.
Уровень развития техники известен из решения [US4558388A, С23С 14/50, Опубликовано 10.12.1985]. Данное решение описывает способ нанесения покрытия и устройство для реализации способа. Они служат для нанесения покрытия на изделия (подложки), имеющие периферийную кромку которая обычно является плоской или выпуклой, выполнена с канавкой на такой кромке, посредством чего подложка удерживается лезвием, входящим в зацепление с указанной канавкой на краю подложки. Изобретение также относится к подложке, имеющей такую рифленую кромку, и к покрытой подложке, имеющей такую рифленую кромку. Под подложкой в данном решении понимается магнитные диски как носители информации, применяемые в компьютерах.
Устройство для нанесения покрытия выполнено двухкамерным в вертикальной плоскости. Заготовка изделия, выполненного предпочтительно в виде жесткого немагнитного алюминиевого диска, перемещается специальным лезвием вертикально между камерой вакуумной обработки и камерой нанесения вакуумного напыления и обратно. Устройство сопряжено в горизонтальной плоскости со специальным сектором для остывания изделий после нанесения покрытия. Подложка удерживается лезвием таким образом, чтобы подложка висела своим центральным отверстием на лезвии. Лезвие, в дополнение к удержанию подложки на месте во время операции нанесения покрытия, является частью конструкции для подъема и опускания подложки между держателем и положением, в котором выполняется нанесение покрытия. Единственное лезвие - это единственный предмет, который соприкасается с подложкой, когда подложка поднимается, опускается и удерживается на месте.
Недостатком данного решения является его сложность (две камеры и специальный сектор), трудоемкость нанесения покрытия, предназначение устройства (диски для компьютеров), применение распыления покрытия (в предлагаемом нами решении используется простая конструкция установки, осуществляющей нанесение покрытия конденсацией с ионной бомбардировкой (КИБ).
Известно решение [Патент РФ №162503 на полезную модель «Подложкодержатель». Опубл. 10.06.2016, Бюл. №16].
В нем подложкодержатель выполнен пустотелым с прорезями (полостями) для размещения изделий при нанесении покрытий в установках, работающих по методу конденсации с ионной бомбардировкой (КИБ). В качестве изделий рассмотрены сменные пластины режущих инструментов. Преимущественно пластины выполнены из твердого сплава (хорошая электропроводность материала) или режущей керамики (низкая электропроводность материала). Размер пластин превышает размер прорезей в подложкодержателе.
Недостатком решения является отсутствие возможности позиционировать изделия, имеющие сквозную открытую полость и выполненные из материала, не обладающего электропроводностью, например, из стекла, на наружную поверхность которых требуется нанести покрытие. Отсутствие электропроводности у материалов таких изделий не позволяет обеспечить электрический потенциал между изделиями и катодом установки, при испарении которого ионы металла при горении электрической дуги проходят через газообразнуую среду, например, через азотную среду, камеры установки, в которой установлен подложкодержатель, и в обычных условиях оседают в виде покрытия, например, нитрида титана, на поверхностях изделий.
Наиболее близким к заявляемому решению является решение [Патент РФ №154036 МПК С23С 14/00 от 10.08.2015, Бюл. №22]. В нем предложено устройство для формирования локальной зоны для нанесения металлического покрытия на наружной поверхности защитной трубчатой оболочки, выполненной из лейкосапфира газоразрядной лампы с цезиевым наполнением, содержащее вертикально установленный с возможностью вращения вокруг своей оси металлический стержневой держатель, предназначенный для размещения на нем упомянутой оболочки с примыканием внутренней ее части к наружной поверхности держателя, маску, соосную с держателем и состоящую из полого металлического цилиндра и металлического диска, расположенных соответственно на держателе у противоположных концов упомянутой оболочки, при этом на конце держателя, на котором расположен полый цилиндр маски, выполнена кольцевая ступень, а упомянутый цилиндр маски с внутренней стороны имеет кольцевую ступень и закреплен на держателе с примыканием одной стороны ступени к кольцевой ступени держателя, а другой - к оболочке, а металлический диск выполнен со сквозным отверстием, в котором жестко закреплен держатель оболочки посредством фиксирующего элемента, и с кольцевой ступенью на торцевой поверхности со стороны примыкания к нему наружной поверхности упомянутой оболочки, при этом обращенные друг к другу торцы диска и цилиндра расположены на расстоянии, соответствующем заданной длине зоны нанесения металлического покрытия на наружной поверхности упомянутой оболочки, а полый цилиндр маски выполнен длиной, выбранной из условия обеспечения экранирования упомянутой оболочки за исключением зоны нанесения на нее покрытия.
Недостатком данного решения является ограниченная область его применения, т.е. нанесение металлического покрытия обеспечивается только на наружной поверхности защитной трубчатой оболочки, выполненной из лейкосапфира.
Техническим результатом заявляемого решения является усовершенствование конструкции держателя изделий для обеспечения возможности нанесения покрытий на изделия, выполненные из материалов, не обладающих электропроводностью, и имеющих сквозную (открытую) коническую полость.
Технический результат достигается тем, что держатель выполнен из электропроводного теплопроводного (теплоемкого) материала и выполнен с возможностью расположения внутри конической полости изделия. Его размеры меньше соответствующих размеров внутренней поверхности изделия для того, чтобы образовать зазоры. Зазоры образованы (выполнены) везде за исключением мест, в которых держатель контактирует с внутренней поверхностью изделия. Эти места образованы за счет наличия у держателя опор, выполненных, например, в виде поясков.
Размеры и форма поясков, как и самого держателя, роли не играют. Но чем больше объем держателя, тем больше он передаст тепла изделию, тем больше нагреется изделие, тем выше будет прочность сцепления покрытия с изделием.
Под воздействием потока ионов, испаряемых с поверхности катода, под действием электрического потенциала между держателем (к нему подведен электрический ток, он электропроводен) и катодом держатель разогревается до необходимой температуры и передает свое тепло материалу изделия, при этом на поверхностях изделия оседает покрытие.
Таким образом, заявляемое решение, как и в прототипе, представляет собой электропроводный держатель для неэлектропроводного изделия со сквозной конической полостью, позиционируемого в камере установки для нанесения покрытия методом конденсации с ионной бомбардировкой
Однако заявляемый держатель отличается тем, что он выполнен с возможностью расположения внутри конической полости изделия с зазорами, снабжен упорами в виде поясков для контактирования с внутренней поверхностью изделия. На фигуре представлена принципиальная схема и расположение держателя при конической форме поверхности изделия.
На фигуре представлена принципиальная схема и расположение держателя в камере для нанесения покрытия. Для нанесения покрытий на изделия со сквозной конической полостью держатель 1 установлен на опору 2, монтируемую на столе камеры установки, предназначенной для нанесения покрытия. На держатель 1 установлено изделие 3, выполненное из материала, не имеющего электропроводности или имеющего низкую электропроводность. Изделие 3 со сквозной конической полостью на держателе 1 открытой полостью большего диаметра ориентировано вниз. Размеры держателя меньше размеров полости изделия на величину зазоров 4 за исключением тех мест, где зазоров нет в силу того, что держатель снабжен опорами 5, выполненными, например, в виде поясков, размеры которых соответствуют размерам поверхности изделия, имеющего коническую форму сквозной полости.
К опоре подведен токопровод 6. Камеру установки вакуумируют, опоре 2 задают вращение (либо вращают стол установки, на котором установлены несколько опор с изделиями), между токопроводом 6 опоры 2 и катодом 7 задают необходимый электрический потенциал U, зажигают искру на катоде, камеру установки заполняют газом, например, азотом, ионы испаряемого катода 4, проходя через газовую среду, воздействуют на материал держателя и нагревают его до необходимой температуры. Тепло от держателя передается материалу изделия, ионы испаряемого катода оседают на наружной поверхности изделий в виде покрытия, например, нитрида циркония, титана и т.д. В качестве материала держателя можно использовать разные тугоплавкие материалы, например, сформованную (она измельчена, спрессована) стружку, образующуюся при обработке сталей резанием. Стружка должна быть очищена и промыта. Более технологично изготовление держателя из дробленного лома твердого сплава, который спечен в нужные размеры по методу порошковой металлургии. Такой материал держателя позволяет нагреть держатель до более высоких (чем при использовании стружки) температур, что способствует повышению прочности сцепления покрытия с поверхностью изделия.
Размеры и форма поясков, как и самого держателя, роли не играют. Но чем больше объем держателя, тем больше он передаст тепла изделию, тем больше нагреется изделие, тем выше будет прочность сцепления покрытия с изделием.
Таким образом, обеспечено достижение указанного технического результата.