close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

ТУ-Варна кат.МТМ

код для вставкиСкачать
42,43
ЗАЩИТНИ И СВРЪХТВЪРДИ ВАКУУМНИ ПОКРИТИЯ И
СЛОЕВЕ
(материалът е подготвен по докторската дисертация на доц.дтн Руско Шишков-РУ)
ТУ-Варна
кат.МТМ
Вакуумно и вакуумно-дифузионно метализиране
Физическата същност на процеса метализация във вакуум в най-общия смисъл на думата се заключава в получаването при
понижено налягане (вакуум) на пари от вещество, които се отлагат (кондензират) върху друг материал (подложка) и формират
покритие. Връзката между покритието (кондензата) и подложката се изменя с повишаване на температурата от адхезионна
към дифузионна. Когато температурите са достатъчно ниски за дадената система и дифузионно взаимодействие между
кондензата и подложката на практика не протича, процесът обикновено се нарича вакуумно метализиране. В този случай се
говори за отлагане или получаване на вакуумни покрития, като се уточнява, че получаваното покритие е кондензат, процесът
носи общото наименование - физично парно отлагане (PVD). То може да бъде допълнително активирано “плазмено
подпомогнато” (PA-PVD), като паровият поток се йонизира в някаква степен, а подложката се постави под отрицателен
потенциал. В последния случай процесът е прието да се нарича йонно платиране .
В случаите, когато температурите са достатъчно високи (1000 – 1300оС) и продължителността на процесите е значителна (от
порядъка 6 12 часа) и повече, отлаганият кондензат взаимодейства дифузионно с подложката още по време на получаването
на покритието и процесът се нарича вакуумно-дифузионно метализиране. Той съвпада по температура и налягане с така
нареченото химично парно отлагане (CVD).
Технологични пааметри:
Температурата на метализация – Тм;
Време на метализация – tм;
Скорост на кондензация – Vк;
Потенциал на подложката – Uп;
Начален вакуум – Pн и работно налягане – Pр;
Състав на работната атмосфера и динамичност на
вакуума;
Вид и състояние на подложката;
Метод и схема на нагряване;
Ъгъл на атака при кондензация;
Други технологични параметри
Основни параметри на някои от методите за нанасяне на
покрития при понижено налягане
“Термична обработка”
Проф.дтн Р.Русев
2. Основни характеристики на вакуумните и вакуумнодифузионните покрития
Дебелина на покритието;
Кристален строеж;
Плътност и слоистост;
Фазов състав;
Твърдост (микро и нано) и еластично-пластични характеристики;
Кохезия и адхезия;
Експлоатационни характеристики (топлоустойчивост, твърдост и
износоустойчивост, корозоустойчивост, механичната и
термична обработваемост, поглъщателни и радиационни
свойства;
Други свойства;
Методите за получаване на вакуумни покрития се разделят на две основни групи
– за формиране на кондензати (вакуумно метализиране) и за формиране на дифузионни
покрития - вакуумно дифузионно метализиране. Въпреки голямото разнообразие, всички
те могат да бъдат отнесени към две базови групи според характера на основните процеси
– получаването на насищащия елемент в активно атомарно състояние и отлагането му
върху покриваното изделие. Първата група са методите на така нареченото физично
парно отлагане PVD, а втората методите на така нареченото химично парно отлагане
CVD . На базата на тези две основни групи методи са създадени различни разновидности,
които се различават по някои допълнителни особености и различни варианти на техните
комбинации .
От групата на CVD към вакуумните спадат LP-CVD – химично парно отлагане при
понижено налягане, PA-CVD, което на практика е PA-LP-CVD – плазмено подпомогнато
химично парно отлагане при понижено налягане (Фиг.1). Последното по същество е
химично парно отлагане при понижено налягане в условията на нискотемпературна
плазма – тлеещ разряд. Напоследък се появяват и други разновидности като комбинации
на различни техники, но не са получили широко разпространение, а и по същество не
внасят
съществена
промяна
в
механизма
на
процесите.
Към групата на PVD също има създадени разновидности на основния процес
чрез използване на нискотемпературна плазма – PA-PVD, прилагане на преднапрежение,
преминаване от процес на отлагане
през процес на платиране към процес на
имплантиране в зависимост от енергията на йонизираните атоми на отлаганото вещество ,
използване на RF Plasma , пулсиращ магнетронен разряд и др .
PVD
Общо получаване и
йонизиране на парите
Разпрашване
Разделно получаване и
йонизиране на парите
Сублимация
Изпаряване
Получаване на пари и
фрагменти от
изпарявания материал
Платиране
Получаване на пари
само от огледалото на
разтопения материал
< -
>
Кондензация
П р о ц е с
Елементен
(E)
Реакционен
(Р)
Активиран
(A)
Комбиниран
(AР)
Фиг.2. Методи за изпаряване и метализация
ВДМ
Термично
изпаряване
Сублимация
Безконтактно
Контактно
1
2
Индиректно
Директно
Фиг.3. Варианти на процеса вакуумно дифузионно метализиране (ВДМ)
Технологични варианти на процеса Плазмено
вакуумно-дифузионно метализиране
T
[oC]
T
[oC]
tPVD < tDI
tPVD = tDI
tPVD
tDA
tDI
едностадиен едностепенен
t [min]
двустадиен едностепенен
Едностадиен - едностепенен технологичен
вариант на процеса ПВДМ
(tPVD – стадий на кондензация, tDI – стадий
на дифузионно взаимодействие)
T
[oC]
Двустадиен - едностепенен технологичен вариант на
процеса ПВДМ
(tPVD – стадий на кондензация, tDI – стадий на
дифузионно взаимодействие,
T
tDA – допълнително дифузионно отгряване)
[oC]
Т2
Т1
tPVD или tDI
Т1
tPVD = tDI
t [min]
tDA
tPVD
tDI
едностадиен двустепенен
t [min]
Едностадиен - двустепенен технологичен
вариант на процеса ПВДМ
(tPVD – стадий на кондензация, tDI – стадий на
дифузионно взаимодействие)
двустадиен- двустепенен
t [min]
Двустадиен - двустепенен технологичен вариант на
процеса ПВДМ
(tPVD – стадий на кондензация, tDI – стадий на
дифузионно взаимодействие,
tDA – допълнително дифузионно отгряване)
Технологични съоръжения за Плазмено вакуумно
дифузионно метализиране (ПВДМ)
ЕЛ изпарителни системи с плазмиране на паровия поток: а/ дъгов плазмен
източник без катодно петно (SAD), б/ кух катод (HAD), в/ червен (горещ) катод
(RAD)
Вакуумна еднокамерна пещ за ПВДМ , ТО и ХТО
(ВЕП-1)
Обща принципна схема на ВЕП-1: 1вакуумдатчици; 2-вакуумкамера; 3топлоизолационна камера; 4-графитов нагревател;
5- магнетрон; 6- мишена; 7- подложки-изделия; 8термоелемент
Принципна схема на двукамерна пещ СНВ-3.4.3/13, окомплектована за
ПВДМ, ТО и ХТО: 1- предкамера; 2- преден капак; 3- транспортиращо
устройство; 4- палет с детайли; 5- бъркалки; 6- нагревател на маслото;
7- охладител на маслото; 8- вакуумен шибър; 9- топлоизолационен
екран на шибъра; 10- нагревателна камера; 11- топлоизолационна
камера; 12- втулки изолационни; 13- токопроводи; 14- високоволтов
електрод; 15- врата на нагревателната камера; 16- топлоизолационен
екран на капака; 17- носач за палета с детайли; графитов нагревател;
19- вентилатори; 20- МРС; 21- система за газонатичане.
Общ вид на двукамерна вакуумна пещ СНВ3.4.3/13,
[m]
T600оС
T600оС
T650оС
T750оС
(Cr,Fe)7C3
[(Cr,Fe)7C3 + Cr-Fe]
кондензат
(Cr,Fe)7C3
+ Cr-Fe
2-“Fe”
T850оС
1пк
(Cr,Fe)23C6
(Cr,Fe)7C3 Cr-Fe
+
ЗДВк
T [oC]
1-“Cr”
3-“C”
Армко Fe
Fe
ЗДВп
Fe-Cr
(+ перлит)
2кп
Fe-Cr + (Cr,Fe)7C3
1кп
Fe-Cr + (Fe,Cr)3C (Cr,Fe)7C3 +
Кинетика на дифузионното взаимодействие между хром-карбиден
кондензат и подложка от Армко Fe с повишаване на температурата
на метализация при ПВДХ-Р с продължителност 90 min.
T2=450оС
T5=500oC
[m]
T5=550oC
T4=600oC
_(Cr,Fe)N +
(Cr,Fe)2N T5=650oC
T5=750oC
T7=850oC
пк
(Cr,Fe)2CN
(Cr,Fe)2CN +
(Cr,Me)N
Vk2
(Cr,Fe)N
(Cr,Me)2N (Cr,Fe)2CN
конден
зат
ОК
Vk1
2-“C”
ЗДВк
стом
ана
T [oC]
ВДП с ОК
ПрП
1-“N”
3-“Cr”
Fe + карбиди
-(Fe,Cr) + карбиди
ЗДВп
ПДС
кп
(Cr,Fe)2CN +
Cr7C3
Кинетика на дифузионното взаимодействие между кондензат на (Cr,Me)N и
подложка от Х12М при ПВДХ-Р с повишаване на Тм при tм = 60 min
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
19
Размер файла
1 698 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа