Способ нанесения вакуумных покрытий в отверстиях

 

Изобретение относится к области нанесения покрытий в вакууме, а точнее к нанесению покрытий способом электронно-лучевого нагрева испаряемого материала с одновременным его осаждением на внутренних поверхностях деталей сложной формы. Электронный пучок направляют перпендикулярно к поверхности массивного испарителя, расположенного горизонтально, непосредственно через покрываемые отверстия. Детали с покрываемыми отверстиями располагают на поверхности испарителя, обращенной к электронно-лучевой пушке. Оси отверстий ориентируют перпендикулярно этой поверхности. Отверстия закрываются с двух сторон масками. Маска, прилегающая к испарителю, имеет соосные отверстия, которые обеспечивают поступление паров на покрываемые поверхности. Маска, закрывающая деталь со стороны электронного пучка, выполняет функцию диафрагмы и ограничивает выход паров наружу из напыляемого объема. Для этого отверстия в ней сделаны минимально необходимыми для прохода через них сфокусированного электронного пучка. Технология способа позволяет повысить производительность и стабильность наносимого слоя. 1 ил.

Изобретение относится к области нанесения покрытий в вакууме, а точнее к нанесению покрытий способом электронно-лучевого нагрева испаряемого материала с одновременным его осаждением на внутренних поверхностях деталей сложной формы.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для нанесения покрытий на внутренние поверхности отверстий металлических деталей, предназначенных для пайки со стеклом или керамикой или керамических деталей, паяемых в отверстиях с металлическими или композитными материалами.

Данный способ может также использоваться для металлизации отверстий в деталях из диэлектрических материалов.

Известно устройство и принцип испарения электронным лучом в вакууме с использованием водоохлаждаемого тигля (З. Шиллер и др. Электронно-лучевая технология, М. , "Энергия" 1980, с.171-172). Недостатками данного технического решения являются низкий коэффициент полезного действия процесса, длительное время предварительного разогрева и низкая скорость осаждения паров на поверхностях деталей сложной формы, их загрязнение материалом тигля, а также наличие условий быстрого радиационного перегрева напыляемых деталей от массивного расплавленного слитка в тигле.

Известно также техническое решение "Электронно-лучевой испарительный модуль", описанное в информационном листке ВИМИ 83-0002. В данном способе испарение металла осуществляется из жидкой ванны с торца стержня, заключенного в водоохлаждаемую цангу с отклонением луча на 90o. Недостатком способа в решении задачи напыления отверстий является необходимость в применении сложных водоохлаждаемых испарителей. Кроме того, рекомендуемая авторами величина дистанции напыления 0,06...0,065 м не обеспечит высокого КПД использования испаряемого материала и электроэнергии для напыления отверстий.

Известен способ бестигельного испарения металла из жидкой ванны расплава на поверхности массивного слитка, описанный в З. Шиллер и др. "Электронно-лучевая технология", М. , "Энергия" 1980, с.186-187. Этот способ испарения металла состоит в том, что массивный блок испаряемого металла нагревается сфокусированным электронным пучком в точке с отклонением луча на 90o. Напыляемая поверхность находится над испарителем и отклоняющей системой.

Недостаток известного способа бестигельного вакуумного испарения из жидкой ванны на поверхности массивного слитка заключается в том, что такие элементы деталей, как отверстия покрываются медленно и неравномерно, при этом обязательно применение механизмов перемещения детали по нескольким координатам. При этом коэффициент использования испаряемого материала остается низким из-за удаленности напыляемых поверхностей от источника пара, это же является и причиной того, что полученные покрытия имеют низкую адгезию.

Из известных методов вакуумного испарения наиболее близким по технической сущности является способ выполнения отверстий с их одновременной металлизацией методом лучевого нагрева, описанный в А.С. 213517.

Недостатком данного способа является малая толщина получаемого покрытия, его низкая адгезия и качество нанесенного слоя. Применение прозрачного материала в качестве верхней пластины, препятствующей удалению паров, может быть рассчитано на использование только одного импульса излучения, так как при этом происходит запыление стекла и при следующем импульсе пластина разрушается. Кроме того, электронный луч не может проникать через стекло, как и любой другой материал, без его разрушения к испарителю. Известный способ рассчитан на металлизацию микроотверстий и не может быть использован для прецизионных отверстий с высокой чистотой обработки. Это следует из того, что металлизация отверстий совмещена с их прошивкой, а как известно, при высокой концентрации мощности в луче, необходимой для прошивки, происходит каплевидный перенос металла, что неприемлемо для поверхностей с высоким классом чистоты. Данный процесс металлизации не предназначен для получения прочных покрытий с высокой адгезией, так как использование моноимпульсного нагрева не прогревает напыляемую подложку.

Целью настоящего изобретения является достижение одинаковой толщины напыленного слоя во всех покрываемых отверстиях, повышение адгезии покрытия его качества, увеличение производительности процесса и снижение производственных затрат.

Поставленная цель достигается тем, что электронный пучок направляется перпендикулярно к поверхности массивного испарителя, расположенного горизонтально, непосредственно через покрываемые отверстия.

Детали с покрываемыми отверстиями располагаются на поверхности испарителя, обращенной к электронно-лучевой пушке. Оси отверстий ориентируются перпендикулярно этой поверхности. Отверстия закрываются с двух сторон масками. Маска, прилегающая к испарителю, имеет соосные отверстия, которые обеспечивают поступление паров на покрываемые поверхности. Изменением толщины этой маски и соотношения размеров отверстий в этой маске и детали регулируется распределение толщины покрытия по высоте напыляемого отверстия. Маска, закрывающая деталь со стороны электронного пучка, имеет двойное назначение. Во-первых, она выполняет функцию диафрагмы и ограничивает выход паров наружу из напыляемого объема. Для этого отверстия в ней сделаны минимально необходимыми для прохода через них сфокусированного электронного пучка. Во-вторых, перед напылением детали прогреваются посредством подогрева лучом верхней маски. При этом нижняя маска, обращенная к детали, выполняет функцию теплового барьера, предотвращая отвод тепла в массивный испаритель. Тем самым поддерживается оптимальная рабочая температура детали, необходимая для высокой адгезии покрытия.

Для получения покрытия одинаковой толщины во всех покрываемых отверстиях электронный пучок разделяется в соответствии с их количеством равномерно по мощности и наводится через отверстия верхней маски на центры напыляемых отверстий в плоскости поверхности испарителя.

Для пояснения изобретения ниже описан пример осуществления способа со ссылками на чертеж, который изображает схему осуществления способа электронно-лучевого напыления.

Способ нанесения вакуумных покрытий осуществлен следующим образом: корпус герметичного электроразьема из титана для пайки со стеклом контактных штырей в отверстиях предварительно покрывался коваром для обеспечения растекания стеклянного изолятора. Покрытие наносилось одновременно на все паяемые отверстия диаметром 2,5 мм и высотой 6 мм. Для этого детали устанавливались в камере электронно-лучевой установки.

Массивный испаритель из ковара 1 являлся основанием оснастки. Деталь 2, собранная соосно с нижней маской 3 из молибдена, поджималась верхней маской-диафрагмой 4 к испарителю 1. Отверстия диафрагмы располагались соосно напыляемым отверстиям детали.

Производился предварительный нагрев детали воздействием расфокусированного электронного пучка на поверхность верхней маски 4, изготовленной из молибдена. По достижении температуры 600oС луч 5 фокусировался, разделялся и наводился в отверстия верхней маски, производилось напыление ковара из всех ванн расплава 6 одновременно. В течение 1 минуты осаждалось покрытие толщиной 20 мкм. Мощность в луче при напылении не превышала 150 Вт, при больших значениях происходил перегрев детали до температуры выше 700oС с возникновением взаимной диффузии титана и ковара и образованием сплава, препятствующего в дальнейшем получению паяного соединения. Отводу избытков тепла способствовали массивная верхняя маска и испаритель через контакт с нижней маской.

Ведение процесса при температуре 600-700oС способствовало высокой адгезии покрытия и нанесению его на удаленную от источника верхнюю часть отверстия. Этому же способствовал и дополнительный нагрев пара, проходящим через него электронным пучком.

Предложенный способ нанесения вакуумных покрытий в отверстиях по сравнению с лучшими аналогичными методами позволяет получить покрытия широкого спектра материалов в отверстиях деталей, изготовленных из металла или диэлектрика, экологически чистым методом с высокой производительностью.

Способ позволяет также автоматизировать технологию, что дает возможность осуществлять металлизацию множества отверстий деталей, например печатных плат, крупными сериями.

Выполнение способа нанесения вакуумных покрытий описанным выше образом обеспечивает возможность пайки титановых деталей со стеклом с получением спаев высокой прочности и стабильности геометрических размеров. Вследствие этого становится возможным получение нового качества выпускаемой продукции, в частности высоких электроизоляционных свойств электроразъемов.

Испытания предложенного способа нанесения вакуумных покрытий показали, что достигнута производительность получения покрытий, недостижимая известными ранее методами.

Формула изобретения

Способ нанесения вакуумных покрытий в отверстиях, включающий электронно-лучевой нагрев в вакууме массивного испарителя сфокусированным электронным пучком с осаждением испаряемого материала, при котором детали с покрываемыми отверстиями располагают на поверхности испарителя, а электронный пучок, разделенный равномерно по количеству отверстий, направляют вдоль их осей перпендикулярно к поверхности испарителя, отличающийся тем, что покрываемые отверстия закрывают с двух сторон масками, обеспечивающими проход луча и ограничивающими выход паров.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к изготовлению металлических объектов с внутренними полостями сложной формы и может найти применение в различных отраслях машиностроения при изготовлении турбин, оптических систем лазеров и других

Изобретение относится к приборам для электронно-лучевой обработки объектов и может использоваться для обработки изделий электронным лучом как при вертикальном, так и при горизонтальном положении рабочей камеры и лучевого тракта, в том числе в условиях низкого вакуума в рабочей камере

Изобретение относится к вакуумной технике, в частности к вакуумному напылению пленок, и направлено на повышение качества напыляемых пленок за счет снижения расхода испаряемого материала и увеличения скорости испарения

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в авиационном и энергетическом газотурбиностроении, а также машиностроении для испарения многокомпонентных токопроводящих материалов с целью нанесения защитных покрытий преимущественно на лопатки турбин

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано в точном приборостроении, микроэлектронике, в изготовлении оптических и электронных элементов, в нанесении декоративных рисунков

Изобретение относится к методам модификации поверхностных слоев материалов, в частности к способам формирования поверхностных сплавов с помощью концентрированных потоков энергии (КВЭ)

Изобретение относится к области техники вакуумных электродуговых испарителей и может быть использовано для напыления покрытий и получения тонких пленок

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии вакуумной плазмохимической обработки деталей, заготовок преимущественно электровакуумных приборов, и может быть использовано в технологии изготовления электронных приборов различного назначения

Изобретение относится к электронно-лучевому испарению и осаждению (конденсации) материалов, в частности к осаждению в условиях низкого вакуума

Изобретение относится к защитному элементу для защищенной от подделки бумаги, банкнот, удостоверений личности или иных аналогичных документов, к защищенной от подделки бумаге и ценному документу с таким защитным элементом, а также способу их изготовления

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам нанесения комбинированных покрытий для защиты деталей ГТД от газовой и сульфидной коррозии

Изобретение относится к установке для нанесения покрытий в вакууме на рулонные материалы и может быть использовано в различных областях, например, при производстве электронных компонентов, магнитных носителей записывающих устройств, декоративных покрытий

Изобретение относится к вакуумной ионно-плазменной технологии и может быть использовано, в частности, для обработки длинномерного инструмента (протяжки и др.)

Изобретение относится к металлокерамическим сплавам с металлическим связующим инструментального назначения и может быть использовано для изготовления высокоресурсного режущего инструмента и пар трения для экстремальных условий эксплуатации

Изобретение относится к технологии химико-термической обработки металлов с использованием концентрированных потоков энергии

Изобретение относится к области нанесения покрытий в вакууме электронно-лучевым способом, конкретно к контролю толщины и скорости нанесения покрытий при проведении технологического процесса. Способ включает нагрев испаряемого материала электронным пучком и измерение толщины наносимого покрытия, при этом на анод подают напряжение, создающее между электродами напряжение, соответствующее потенциалу ионизации пара испаряемого материала, формируют стабильный разряд в парах испаряемого материала и поддерживают постоянной величину тока разряда путем корректировки тока электронного пучка при выбранном значении напряжения, а измерение толщины покрытия осуществляют с помощью интегратора тока разряда, сигнал от которого подают на привод заслонки для прекращения процесса напыления по достижении заданной толщины покрытия. Технический результат изобретения - непрерывный контроль толщины и скорости нанесения покрытий непосредственно в ходе проведения технологического процесса без замены элементов измерительного устройства от процесса к процессу, возможность получения наперед заданной толщины покрытия. 1 пр., 7 ил.
Изобретение относится к области медицинской техники, в частности к материалам для травматологии и ортопедии, и предназначено для изготовления медицинских имплантатов остеосинтеза. Бактерицидное покрытие для медицинских изделий состоит из конденсатов, образованных при ионной бомбардировке в процессе вакуумного электродугового испарения металлов в присутствии реагирующего газа - азота, на основе нитрида титана, и дополнительно содержит в своем составе нитрид гафния при следующем соотношении элементов, мас.%: Ti - 17-24, Hf - 70-80 и N - 3-6. Использование изобретения позволяет получить покрытие для медицинских изделий долговременного контакта с тканями живого организма, с повышенной твердостью и бактериостатическими свойствами, что препятствует размножению патогенных микроорганизмов вблизи имплантата. 2 табл., 3 пр.

Изобретение относится к установке для нанесения покрытий на подложки путем электронно-лучевого физического осаждения из паровой фазы. Установка содержит тигельное устройство, содержащее по меньшей мере два тигля, расположенных со смещением друг относительно друга в горизонтальной плоскости. Упомянутое тигельное устройство расположено в раме (1), выполненной с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости. В упомянутой раме под каждым тиглем расположена по меньшей мере одна доставочная шахта (13) для размещения в ней прутка из материала для формирования покрытия, содержащая по меньшей мере одно подъемное устройство (21), выполненное с возможностью введения упомянутого прутка, расположенного в доставочной шахте (13), через основание тигля в тигель для осуществления там испарения упомянутого прутка при бомбардировке его электронным лучом от генератора электронов. Каждый тигель снабжен подъемным устройством (21), расположенным в раме (1), при этом рама (1) выполнена с возможностью линейного перемещения в направлении упомянутого смещения тиглей. Обеспечивается бесперебойная работа установки при большой загрузке материалом для испарения. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области нанесения покрытий в вакууме, а точнее к нанесению покрытий способом электронно-лучевого нагрева испаряемого материала с одновременным его осаждением на внутренних поверхностях деталей сложной формы

Наверх