Патент на изобретение №2271409

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к установкам для нанесения покрытий в вакууме, и может быть использовано в электрографии, машиностроении, радиоэлектронной и других отраслях промышленности. Установка содержит вакуумную камеру, терморезистивный испаритель для испарения легкоплавких металлов и сплавов, узел крепления и вращения подложки, магнетрон, источник лазерного излучения для распыления и испарения тугоплавких ферромагнитных и неферромагнитных металлов и сплавов и тигель для испарения упомянутых металлов и сплавов. В вакуумной камере выполнен люк для лазерного излучения. Такое выполнение установки позволяет получать разнообразные гаммы покрытий в одной рабочей камере, что значительно удешевляет процесс изготовления изделий с большой номенклатурой функциональных и композиционных покрытий. 1 ил.

Изобретение относится к области нанесения покрытий в вакууме и может быть использовано в электрографии, машиностроении и радиоэлектронной промышленности.

Известно устройство для нанесения легкоплавких полупроводниковых покрытий, содержащее вакуумную камеру, терморезистивный испаритель, узел крепления и вращения подложки (И.Б.Шнейдман. «Электрография на селеновых слоях» М.: Машиностроение, 1982 г., стр.40).

Недостатками известного устройства являются возможность испарения только легкоплавких металлов (Cd, Bi, Sn, Al и др.) и сплавов, низкая адгезия и наличие капельной фазы.

Задачей настоящего изобретения является создание вакуумной установки для нанесения функциональных и композиционных покрытий, оперативно переналаживаемой на различные типы покрытий для распыления и испарения материалов.

Вакуумная установка предназначена для получения гаммы известных в настоящее время покрытий в одной вакуумной камере, обладающих высокой адгезией и требуемыми функциональными свойствами: высокой твердостью, коррозионной стойкостью, жаропрочностью, конгруэнтностью и т.п.

Поставленная задача достигается тем, что устройство, содержащее вакуумную камеру, терморезистивный испаритель, узел крепления и вращения подложки, дополнительно содержит магнетрон и источник лазерного излучения для распыления и испарения легкоплавких, тугоплавких, ферромагнитных и неферромагнитных материалов и сплавов.

Магнетронное распыление – процесс атомарный, формирующий покрытие без капельной фазы. Поскольку мишень в процессе распыления холодная, то процессов фракционирования сплава не происходит, т.е. состав покрытия практически совпадает с составом материала (эффект конгруэнтности). Магнетронное распыление в основном применяют для получения покрытий из тугоплавких и неферромагнитных материалов и сплавов.

Лазерное излучение вводится в рабочую камеру через люк, снабженный кварцевым стеклом. Источник лазерного излучения включает излучатель, систему транспортировки, наведения и фокусировки лазерного излучения.

В излучателе лазера размещены один или более активных элементов, пассивный лазерный затвор, концевой отражатель и поворотные зеркала, установленные с возможностью создания внутрирезонаторных петель, в пересечении которых расположены активные элементы и пассивный затвор.

Концевой отражатель включает светоделитель и систему из двух зеркал, расположенных с образованием плеч интерферометра Саньяка.

В системе транспортировки, наведения и фокусировки последовательно по ходу луча размещены невзаимный оптический элемент на базе вращателя Фарадея, коллиматор, двухкоординатный дефлектор и объектив. Лазерный излучатель используется для испарения тугоплавких металлов и получения конгруэнтных покрытий. При испарении материала лазерным излучением образуется плазменный сгусток, причем ионы обладают энергией до 100 эВ, вследствие чего происходит проникновение этих частиц в приповерхностные слои подложки (детали).

Применение этого эффекта является экономически целесообразным и может быть успешно использовано при «залечивании» пор в окончательно изготовленных сложных дорогостоящих деталях, работающих под высоким давлением.

При изучении других известных технических решений в данной области технические признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, т.е. введение дополнительно испарителя магнетронного типа и источника лазерного излучения для распыления и испарения тугоплавких ферромагнитных и неферромагнитных материалов и сплавов, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявленному техническому решению соответствие критерию «Существенные отличия».

На чертеже показан общий вид вакуумной установки для получения гаммы известных в настоящее время покрытий.

Вакуумная установка включает вакуумную камеру 1, терморезистивный испаритель 2, магнетрон 3, тигель 4 для испарения материала через люк 5 источником лазерного излучения 6. Испарители снабжены узлами защиты 7, представляющими собой герметично закрывающиеся шторки, которые управляются дистанционно. Напыляемые детали 8 располагаются на узле крепления и вращения 9.

Вакуумная установка работает следующим образом.

Каждый испаритель функционирует в автономном режиме. Установка может быть применена для нанесения покрытий, при этом используют как один, так и комплект испарителей. Например, нанесение высокочувствительного полупроводникового покрытия Se-Te на электрофотографические носители производится в соответствии со следующими технологическими операциями.

На цилиндрическую алюминиевую подложку наносят слой олова толщиной 3-5 мкм способом магнетронного распыления, затем терморезистивным способом производят нанесение селенового транспортного слоя толщиной 30-60 мкм.

Для получения конгруэнтного высокочувствительного зарядонакопительного Se-Te-слоя толщиной 1-10 мкм испарение Se-Te-сплава производят из тигля с помощью лазерного источника излучения.

В соответствии с предлагаемым изобретением была изготовлена вакуумная установка для нанесения функциональных и композиционных покрытий.

В вакуумной установке была изготовлена опытная партия электрофотографических носителей с многослойным полупроводниковым покрытием наружным диаметром 250 мм и длиной 620 мм (8 шт.).

Получены высококачественные копии на копировальном аппарате «Konica» с ресурсом носителя не ниже 100 тыс. копий.

Предлагаемая вакуумная установка по сравнению с известными устройствами имеет следующие преимущества:

1. Установка предназначена для получения гаммы известных в настоящее время покрытий в одной рабочей камере.

2. Установку экономически целесообразно использовать при производстве изделий с большой номенклатурой функциональных и композиционных покрытий, при этом вместо нескольких установок используют универсальную специальную установку.

Формула изобретения

Установка для нанесения функциональных и композиционных покрытий в вакууме, содержащая вакуумную камеру, терморезистивный испаритель для испарения легкоплавких металлов и сплавов и узел крепления и вращения подложки, отличающаяся тем, что дополнительно содержит магнетрон и источник лазерного излучения для распыления и испарения тугоплавких ферромагнитных и неферромагнитных металлов и сплавов и тигель для испарения упомянутых металлов и сплавов лазерным излучением, при этом в вакуумной камере выполнен люк для лазерного излучения.

РИСУНКИ