Вакуумно-дуговая напылительная установка ВДНУ

1. Вакуумно-дуговая напылительная установка ВДНУ

Подготовил :
студент гр.2341-21
Проверила:
Карибуллина
Фарида Рахимова

2. Введение

Данная презентация посвящена описанию крупномасштабной
вакуумно-дуговой напылительной установки (ВДНУ),
разработанной для Ланчжоуского института физики Китайской
аэрокосмической корпорации. Установка предназначена для
нанесения различных функциональных покрытий (нитриды,
оксиды и карбиды металлов) методом вакуумно-дугового
осаждения на металлические и неметаллические изделия. Она
обеспечивает вакуумную откачку, создание требуемой для
технологических процессов газовой среды, финишную ионную
очистку и нанесение покрытий: на трубы (длиной от 1 до 3 м,
диаметром от 10 до 60 мм, с максимальной загрузкой 40 штук),
листы (размером 2 м 1 м, с максимальной загрузкой 5 штук) и
антенны (диаметром до 2 м).

3. Конструктивная схема ВДНУ

Рис. 1. Конструктивная схема вакуумно-дуговой напылительной установки ВДНУ:
1 - основание; 2 - патрубок для подсоединения средств откачки;
3 - эллиптическая крышка; 4 - привод вакуумный прижимной;
5 - окно смотровое; 6 - секция экрана; 7 - планетарный механизм вращения;
8 - механизм перемещения; 9 - электродуговой источник; 10 - ионный источник

4. Общий вид вакуумно-дуговой напылительной установки ВДНУ

Установка состоит из следующих систем:
камеры с внутрикамерной оснасткой; системы вакуумной откачки;
системы газопитания (газонапуска, поддержания и контроля давления);
системы внутрикамерного нагрева изделий;
системы источников финишной ионной очистки;
системы электродуговых источников металлической плазмы;
системы подачи и поддержания напряжения смещения;
системы электропитания и управления; системы водяного охлаждения.

5. Вакуумная камера с внутрикамерной оснасткой

Вакуумная камера выполнена из нержавеющей
стали и снабжена каналами для водяного
охлаждения. Внутренний диаметр камеры 2400 мм,
внутренняя длина 4400 мм. Вакуумная камера
состоит из стационарного и подвижного модулей.
Загрузка (выгрузка) изделий осуществляется в
положении, когда подвижный модуль отведён от
стационарного модуля.

6. Системы вакуумной откачки и газопитания

На структуру и свойства наносимых на изделия
покрытий существенное влияние оказывает
первоначально достигнутая степень разрежения в
вакуумной камере и чистота используемых
технологических газов. Для эксплуатации установки в
промышленном режиме, кроме того, остро встает
вопрос достижения требуемой степени разрежения за
минимально возможное время. С учётом этого система
высокопроизводительной безмасляной вакуумной
откачки ВДНУ разработана на основе двух криогенных
насосов НВК 630-20 с быстротой действия 20 м3/с
каждый.

7.

8. Система газопитания

Система газопитания обеспечивает подачу
технологических газов N2, O2, CxHy, Ar и их смесей в
вакуумную камеру и поддержание необходимого
давления для реализации технологических
процессов синтеза и осаждения покрытий. Плавное
регулирование и установка необходимых потоков
технологических газов осуществляются с помощью
четырёхканального регулятора массового расхода
газов 1179G (MKS Instruments, США).

9. Системы внутрикамерного нагрева и охлаждения

Система внутрикамерного нагрева обеспечивает
нагрев изделий в вакууме (до максимальной
температуры 400 С) перед нанесением покрытия и
поддержания необходимых температурных режимов
во время технологического процесса. Для определения
оптимального сценария нагрева изделий: достижение
требуемой температуры за приемлемое время (за
время вакуумной откачки) с минимальными
энергозатратами и поддержания температуры во время
процесса напыления, а также для выбора
нагревательного элемента - были проведены тепловые
расчёты.

10. Система водяного охлаждения

Система водяного охлаждения обеспечивает
автономное охлаждение наружной поверхности
вакуумной камеры, защитного теплового экрана
криогенных насосов, механических вакуумных
насосов, компрессоров криогенных насосов,
электродуговых и ионных источников.

11. Системы источников ионной очистки и электродуговых источников металлической плазмы

Система источников ионной очистки обеспечивает
финишную ионную очистку и активацию поверхности
изделий перед нанесением покрытия. Система
электродуговых источников металлической плазмы
обеспечивает генерацию и подачу в вакуумную камеру
металлической плазмы для осуществления процессов
синтеза и осаждения на поверхности изделий покрытий
из нитридов, оксидов, карбидов металлов и их
комбинаций, так же как и осаждение чистых
металлических покрытий

12. Система подачи и поддержания напряжения смещения

Для реализации технологических процессов в вакуумнодуговом способе осаждения покрытий необходимо
поддержание на напыляемом изделии в процессе
напыления отрицательного потенциала (разном для
реализации различных технологий). Для ВДНУ
разработан специальный импульсный источник
напряжения смещения для подачи и поддержании на
изделии отрицательного потенциала с амплитудой
выходного напряжения 10 - 1000В, максимальной
амплитудой выходного тока 70А при частоте выходных
импульсов 25 – 25000Гц, длительности импульсов 20 –
2000мкс, скважности 5 – 50%.

13. Система электропитания и управления

Структурная схема системы управления установкой
приведена на рис. 4. В состав системы управления установкой
входят:
HOST-PC, содержащий два одинаковых двухпортовых
адаптера асинхронной связи RS-485(CI 132).
Три программируемых логических контроллера (PLC1 – PLC3).
Связь HOST-PC c PLC1 – PLC3 осуществляется по трём витым
парам. PLC1 управляет работой систем откачки, газонапуска,
нагрева, охлаждения, вращения внутрикамерных
механизмов и подачи напряжения смещения. Возможны два
варианта управления работой PLC1.

14. Вне зависимости от того, откуда ведётся управление, по требованию HOST-PC контроллер передаёт ему информацию о текущем состоянии исполнитель

Вне зависимости от того, откуда ведётся управление, по требованию HOST-PC
контроллер передаёт ему информацию о текущем состоянии исполнительных устройств,
блокировках вакуумметров, температуре и давлении в камере, величине расходов
технологических газов, параметрах импульсного источника напряжения смещения. Все
эти данные отображаются на экране HOST-PC.

15.   Технические характеристики ВДНУ

Технические характеристики ВДНУ
Вакуумная камера (нержавеющая сталь, водоохлаждаемая):
внутренний диаметр, мм
внутренняя длина, мм
Вакуумная откачка (на основе криосорбционных насосов):
предельное остаточное давление, Па
время откачки до предельного остаточного давления, ч
Внутрикамерный нагрев изделий (с возможностью регулировки):
максимальная мощность, кВт
максимальная температура нагрева изделий, С
Система подачи технологических газов:
(четыре канала), см3/мин
Механизмы внутрикамерного перемещения изделий:
держатель для труб (длиной до 3 м, диаметром до 60мм),
обеспечивающий их планетарное внутрикамерное перемещение,
держатель для листов (длиной до 2 м, шириной до 1 м),
обеспечивающий их внутрикамерное вращение,
держатель для антенны (диаметром до 2 м),
обеспечивающий ее внутрикамерное вращение
2400
4400
5х10-4
1
55
400
0 - 1000

16.

Система источников ионной очистки изделий: 11 источников
ионной очистки с возможностью регулировки ионного тока и
ускоряющего напряжения:
ток ионного пучка, мА
рабочее ускоряющее напряжение, кВ
Система электродуговых источников металлической плазмы
(11 электродуговых источников с возможностью регулировки
тока дуги и распределения плазменного потока):
рабочий ток, А
рабочее напряжение, В
Источник импульсного напряжения смещения, подаваемого на изделие:
напряжение импульса, В
ток импульса, А
частота следования импульсов, Гц
коэффициент заполнения импульса,
Система общего электропитания и управления установкой:
программно-логическое управление вакуумной
откачкой, работой ионных и дуговых источников,
возможность компьютерного управления установкой.
максимальная потребляемая мощность, кВт
максимальный расход воды, м3/час
150 30
1-4
40 - 130
25 - 35
0 -1000
0 - 70
25 -25000
5 -50
150
6,2

17. Список литературы

1. Handbook of vacuum arc science and technology: fundamentals and applications/
Edited by R.L. Boxman, P.J. Martin, D. Sanders// Noyes Publications, New Jersey, USA,
1995.
2. Nanotechnology: Benefits, Challenges, and Risks/ A.D. Romig, Jr., and T.A.
Michalske//
46th Annual Technical Conference Proceeding of the Society of Vacuum Coaters. 2003.
p. 3 – 8.
3. Two- chamber vacuum – arc plant “DECOR” for deposition of functional and
decorative coatings/ M.V. Gordienko, V.V. Ivanov, D.A. Karpov, V.Y. Moiseev, L.I.
Popkov, A.I. Prudnikov and V.N. Sharonov// Plasma Devices and Operations. 1997.
vol.5. p. 227 – 237.
4. Cathodic arc deposition of TiN and Zr(C,N) at low substrate temperatures using a
pulsed bias voltage/ J. Fessmann, W. Olbrich and G. Kampschulte// Materials Science
and Engineering. 1991. vol. A140. p. 830 – 837.
5. Experiments on thick coatings deposited by means of arc technology/ D.A. Karpov,
I.F. Kislov, A.I. Ryabchikov, A.A. Ganenko// Surface and Coatings Technology. 1997. vol.
89. p. 58 – 61.