Крылова4 Юршев - сборник ЛР-29.12.18 (2). Лазерные и плазменные упрочняющие технологии

• Название: Лазерные и плазменные упрочняющие технологии
• Дата: 30.03.2022
• Размер: 6.14 Mb.
• Имя файла: Крылова4 Юршев - сборник ЛР-29.12.18 (2).docx
• Тип: Документы; #428148
• страница: 8 из 17

2.9 Содержание отчета

2.9.1 Цель работы.

2.9.2 Описание методов и конструкций приборов для измерения толщины покрытия.

2.9.3 Отображение результатов эксперимента.

3 Выводы.

4 Ответы на контрольные вопросы.

3 Лабораторная работа № 3 Очистка поверхности и травление в плазме тлеющего разряда. Назначение и работа вакуумного поста ВУП-4

3.1 Цель работы

Изучить назначение, конструкцию и принцип работы вакуумного универсального поста ВУП-4. Получить практические навыки работы по травлению образцов в плазме тлеющего разряда.

3.2 Общие сведения

3.2.1 Назначение, конструкция и работа вакуумного поста ВУП-4

Вакуумный универсальный пост ВУП-4 является многоцелевым лабораторным прибором, предназначенным для проведения следующих видов работ:

– распыление в вакууме различных металлов и сплавов, включая тугоплавкие металлы (до трёх испарителей);

– получение плёнок заданной толщины на металлах и сплавах с использованием фотодиодного датчика;

– травление образцов плазменным потоком с использованием аргона с целью выявления структуры металлов и сплавов;

– нагрев образцов до заданной температуры (1100 °С) в вакууме с точностью ±1°;

Стенд прибора – корпус, включающий вакуумную систему вакауумопроводов с клапанами вакуумной коммутации, насосом предварительного разряжения (2НВР-5ДМ – насос вакуумный ротационный со скоростью откачки 5 л/с) и диффузионным насосом высокого разряжения (насос пароструйный Н-160/700), входной щиток, систему трансформаторов, обеспечивающих распыление материалов и натекание плазмообразующего газа (аргон) (рисунок 3.1).


1– стенд прибора; 2 – левая стойка прибора; 3 – левый горизонтальный пульт
управления; 4 – левый наклонный пульт управления; 5 – рабочая камера прибора;
6 – правый наклонный пульт; 7 – правый горизонтальный пульт.

Рисунок 3.1 – Общий вид вакуумного поста ВУП-4

Левая стойка прибора содержит блок питания приставки для плазменного травления и автотрансформатор для нагрева образцов.

Левый горизонтальный пульт управления предназначен для контроля за процессом нагрева и охлаждения образца.

Левый наклонный пульт управления предназначен для контроля температуры образца при нагреве и охлаждении, управления и контроля при получении плёнок заданной толщины и контроля параметров травления аргонной плазмой (величина тока плазменного пучка и ускоряющее напряжение).

Рабочая камера прибора предназначена для размещения необходимых для работ устройств по распылению, нагреву, плазменному травлению.

На правом наклонном пульте размещены: управление вакуумной системой и вакуумметр для контроля степени разрежения в вакуумной рабочей камере, амперметр контроля по току при распылении материалов.

На правом горизонтальном пульте размещены: привод натекателя плазмообразующего газа и автотрансформатор управления величиной тока при распылении
материалов.

Основные параметры и характеристики прибора:

– остаточное давление в рабочем объёме при охлаждении ловушки диффузионного насоса водой 1,3·10^-3 Па, время откачки не более 15 мин.;

– остаточное давление в рабочем объёме при охлаждении ловушки диффузионного насоса жидким азотом 1,3·10^-4 Па, время откачки 30 мин.;

– ток накала испарителей до 200 А;

– температура столика для охлаждения объектов до -150 °С. время охлаждения жидким азотом до 30 мин.;

– температура столика для нагрева объектов до 1100 °С, время нагрева не более 15 мин.;

– ускоряющее напряжение на выходе высоковольтного выпрямителя без нагрузки до 7 кВ;

– максимальный ток плазменного потока не менее 47 мА.

На наклонных пультах вакуумного поста находятся контрольно-измерительные приборы, выполняющие следующие функции:

– прибор для измерения остаточного давления в рабочей камере и системах прибора;

– милливольтметр, предназначенный для измерения электродвижущей силы (э.д.с.) термопар платинородий-платина и медь-константан;

– киловольтметр, предназначенный для контроля высокого напряжения при работе приставки для ионного травления;

– миллиамперметр, предназначенный для контроля разрядного тока при работе приставки для ионного травления;

– амперметр, предназначенный для контроля тока испарителей при термическом распылении материалов;

– индикатор напыления, предназначенный для контроля толщины и скорости роста плёнки в процессе вакуумного осаждения.

3.2.2 Порядок работы на приборе

1. Нажать кнопку «СЕТЬ» на правом наклонном пульте.

2. Положение высоковакуумного клапана и клапана напуска воздуха в рабочий объём должно быть закрытым.

3. Нажать кнопку «ФН» (форвакуумный насос) и через 1-3 минуты кнопку «ВВ» (высокий вакуум), откачать объём диффузионного насоса и форвакуумного баллона до давления (2-5) ·10^-2 мм рт.ст.

4. Включить подачу воды для охлаждения диффузионного насоса.

5. Включить нагрев диффузионного насоса кнопкой «ДФ».

6. Через 30-40 минут включить клапан «ПВ» (предварительный вакуум) и откачать объём рабочей камеры до давления (2-5) ·10^-2 мм рт.ст. Контроль предварительного вакуума проводится датчиком ПМТ-3 (преобразователь манометрический термопарный).

7. Переключить клапан из положения «ПВ» в положение «ВВ» и открыть механический высоковакуумный клапан на основании реакционной камеры.

8. Откачать рабочий объём до давления (3-5) ·10^-5 мм рт.ст. Измерение проводится датчиком ПМИ-2 (преобразователь манометрический ионизационный).

9. Прибор готов к проведению намеченной работы.

Порядок выключения прибора:

В случае если продолжения работы на приборе не предусматривается, то следует провести следующие операции.

1. Закрыть механический высоковакуумный клапан.

2. Клапан «ВВ» оставить включённым.

3. Через 30-40 минут выключить подачу воды для охлаждения диффузионного насоса.

4. Клапан перевести в положение «0» (останов).

При последующем продолжении работы необходимо провести следующие операции:

– закрыть высоковакуумный клапан на основании рабочей камеры;

– клапан «ВВ» оставить открытым;

– напустить воздух в рабочую камеру;

– извлечь образцы, поставить другие образцы и проделать последовательно операции 6-8.

3.2.2. Нагрев образцов в вакууме и травление плазмой тлеющего разряда на приборе ВУП-4

Нагрев образцов до заданной температуры используется для технологической операции отпуска закалённых сталей в вакууме с последующим изучением структуры на металлографическом микроскопе и свойств – твёрдости и микротвердости структурных составляющих сплавов. Наиболее эффективно этот метод используется при термическом воздействии на легко окисляемые металлы и сплавы. На вакуумном посту ВУП-4 нагрев образцов осуществляется с помощью приставки для нагрева. Устройство приставки для нагрева образцов приводится на рисунке 3.2. Устанавливается приставка для нагрева образца в рабочей камере в центре основания в специальное гнездо.



1 – образец; 2 – электроды рабочего конденсатора; 3 – ВЧ-генератор; 4 – приспособление для нагрева образца; 5 – электронагревательный элемент; 6 – термопара;
6-1 – термопара-термометр; 7 – защитный экран; 7-1 – амперметр (линейный датчик с выходом по напряжению); 8 – вычислительный блок; 9-1 – микрометр.
Рисунок 3.2 – Приставка для нагрева образцов
Порядок работы, с приставкой следующий: снять верхний металлический корпус, установить на нагревательное устройство образец, закрыть внешний корпус. Откачать объём рабочей камеры на высокий вакуум, нажать кнопку «нагреватель-охладитель». Приводом автотрансформатора установить необходимое напряжение. Контроль температуры проводится по показаниям милливольтметра, расположенным на правом наклонном пульте с использованием градуировочного графика термопары платинородий- платина.

Травление сталей плазмой тлеющего разряда в среде аргона. К тлеющим разрядам относятся разряды, в которых первичные электроны выбиваются из катода под воздействием бомбардировки быстрыми ионами, а также вследствие фотоэмиссии, обусловленной попаданием на катод излучения из разряда и с анода.

Несамостоятельными разрядами принято считать разряды, в которых проводимость газа поддерживается ионизацией с помощью внешнего источника (сильного нагревания, различных видов излучения, быстрых электронов или ионов). В самостоятельных разрядах напротив - проводимость газа поддерживается электрическим полем без внешних воздействий.

Конструкция приставки ионного травления приводится на рисунке 3.3

1 – изолятор; 2 – экран; 3 – катод; 4 – пластины; 5 – вакуумная камера;
6 –бомбардирующий ион аргона; 7 – частица распыленной пластины; 8 – плазма тлеющего разряда; 9 – анод.
Рисунок 3.3 – Приставка для ионного травления


Рисунок 3.4 – График термопары медь-константан