Устройство механической чистки поверхности
Владельцы патента RU 2393930:
Физико-технический институт Уральского отделения Российской Академии Наук ФТИ УрО РАН (RU)
Автономная некоммерческая организация "Инновационно-технологический центр Удмуртской Республики" (RU)
Изобретение может быть использовано в любых высоко- и сверхвысоковакуумных установках, используемых для анализа или исследования твердотельных материалов, и обеспечивает повышение чистоты поверхности образца при механическом удалении поверхностного слоя образцов, в том числе нестойких к другим способам чистки. Устройство содержит камеру с помещенным в нее упором, выполненным в виде качающейся рейки, и резец, установленный на рейке. Рейка соединена с устройством перемещения и взаимодействует с устройством поджима. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение может быть использовано в любых высоко- и сверхвысоковакуумных установках в диапазоне давлений от атмосферного до 1.3·10-8 Па, используемых для анализа или исследования твердотельных материалов, а именно относится к приспособлениям для чистки поверхности, которые могут использоваться в тех случаях, когда необходимо удалить поверхностный слой образца, который каким-либо образом изменяется (деструктурирует, восстанавливается и пр.) при других способах чистки (ионной бомбардировке, нагреве).
Исследуемый образец в спектрометрах ЭС-3201 и ЭС-2401 крепится на штоке с держателем. В конструкцию штока входит керамический изолятор, расположенный непосредственно перед держателем образца. Из-за хрупкости керамического изолятора использование устройств для скола в спектрометре ЭС-2401 не представляется возможным.
Очистка поверхности может производиться бомбардировкой поверхности изделия ионами плазмы (патент RU 2340704) токопроводящего материала за счет ионного травления поверхности и ионным нагревом изделия. Известно устройство для очистки внутренней поверхности емкости (по заявке RU 97114233), включающее ультрафиолетовый лазер, систему зеркал с органами управления, для передачи луча к поверхности образца, средства извлечения веществ, образующихся в результате очистки. Его недостатком является искажение поверхности образца.
Известно устройство [Шабанова И.Н., Брагин В.Г., Евстафьев А.В., Трапезников В.А. ФММ, 1983, т.55, №4, с.829-831], представляющее собой механизм, который одновременно вращает и передвигает наждачную ленту по поверхности образца. Недостатком этого устройства является неизбежное загрязнение очищаемой поверхности абразивным материалом.
Известно устройство механической чистки образца в вакуумной камере спектрометра, изготовленное в ИФМ УрО РАН [Шабанова И.Н., Брагин В.Г., Евстафьев А.В., Трапезников В.А. ФММ, 1983, т.55, №4, с.829-831], выбранное в качестве прототипа, представляющее собой шток, на который крепится сменный нож. С помощью рукоятки, расположенной вне вакуумной камеры, шток передвигается вдоль поверхности образца, и нож срезает верхний слой образца. Недостатком конструкции является то, что механизм перемещения уплотняется сальниковым уплотнителем (уплотнение Вильсона), которое обладает большим газовыделением (давление в вакуумной камере 10-4 Па), вследствие чего чистота поверхности не может быть сохранена более нескольких десятков секунд. Уплотнение происходит с использованием полимерных материалов (резина, фторопласт), поэтому передвижение штока в вакууме происходит скольжением по фторопластовому уплотнению (ввиду малости коэффициента трения металл - фторопласт). Поджим резца осуществляется вручную, через элементы самого уплотнения благодаря их пластическим свойствам. Контроль усилия прижима при этом невозможен.
Технической задачей изобретения является повышение чистоты поверхности образца при механическом удалении поверхностного слоя образцов, в том числе нестойких к другим способам чистки.
Технический результат достигается в устройстве механической чистки поверхности, включающем камеру с помещенными в нее упором, выполненным в виде качающейся рейки, резец, установленный на рейке. Рейка соединена с устройством перемещения и взаимодействует с устройством поджима. Устройство поджима выполнено в виде качающейся балки, соединенной с направляющей, рейка установлена в направляющей. Качающаяся рейка, устройство перемещения и устройство поджима установлены на сильфонах. Резец установлен на рейке с возможностью самоориентации.
Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - устройство механической чистки поверхности; фиг.2 - держатель с образцом, упор, резец; фиг.3 - схема установки резца на рейке.
Устройство механической чистки поверхности (фиг.1) включает камеру 1 с фланцами 2, 3. В камере 1 расположены: упор, выполненный в виде качающейся на оси 4 рейки 5; резец 6, установленный на рейке 7 с возможностью его самоориентации относительно поверхности образца 8, установленного на держателе 9. Это достигается при фиксации корпуса 10 с резцом 6 к рейке 7 через подшипники 11. Подшипники 11 позволяют качаться резцу 6 относительно рейки 7, а значит и срезаемой поверхности образца 8. Угол качания определяется двумя ограничителями 12. Резец 6 может быть изготовлен из сплава ВК8.
Рейка 7 соединена с устройством перемещения и взаимодействует с устройством поджима. На фланце 3 собраны устройства перемещения и поджима резца 6.
Устройство поджима выполнено в виде качающейся на оси 13 балки 14, соединенной с направляющей 15, рейка 7 установлена в направляющей 15. Поджим резца 6 осуществляется качанием направляющей 15 при вращении маховика 16.
Устройство перемещения выполнено в виде штока 18, шарнирно соединенного с рейкой 7 (соединены осью 19). Перемещение штока 18 осуществляется вращением маховика 20.
На фланце 2 собран упор, предотвращающий излом изолятора держателя 9 образца 8 во время чистки. Качание упора (качающейся рейки 5) осуществляется вращением маховика 21.
Для обеспечения герметичности и подвижности соединений качающаяся рейка 5, устройство перемещения и устройство поджима установлены на металлических сильфонах 17.
Устройство работает следующим образом.
Образец 8 жестко закреплен на держателе 9, который может находиться на подвижной или вращающейся оси. При срезе резец 6 толкается рейкой 7 при вращении маховика 20. Рейка 7 на подшипниках (не показаны) перемещается в направляющей 15, которая при вращении маховика 16 поджимает резец 6 к образцу 8. Толщина среза не контролируется.
Герметизация разъемных соединений осуществляется медными прокладками, подвижных частей - металлическими сильфонами 17. Сверхвысоковакуумное исполнение камеры 1 позволяет получать чистые поверхности материалов, которые не могут быть очищены методом ионной бомбардировки или нагревом (органика, высокотемпературные сверхпроводники и др.). Удаление поверхностного слоя не сопровождается появлением посторонних примесей.
1. Устройство механической чистки поверхности, включающее камеру с помещенными в нее упором, выполненным в виде качающейся рейки, резцом, установленным на рейке, соединенной с устройством перемещения и взаимодействующей с устройством поджима.
2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что качающаяся рейка, устройство перемещения и устройство поджима установлены на сильфонах.
3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что устройство поджима выполнено в виде качающейся балки, соединенной с направляющей, рейка установлена в направляющей.
4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что резец установлен на рейке с возможностью самоориентации.
