Звіт з виробничої практики "Методи одержання тонкоплівкових матеріалів"

 

Таблиця 2. 1

Технічні характеристики вакуумного поста ВУП-5М

ХарактеристикаВеличина

Граничний залишковий тиск у робочому об’ємі при охолодженні уловлювача азотом, Па1, 310-4

Граничний залишковий тиск у робочому об’ємі при охолодженні уловлювача водою, Па1, 310-3

Живлення установкиНапруга, В220/380

Частота, Гц50

Споживна потужність без приставок, кВт1, 9

Максимальна споживна потужність, кВт не більше5

Маса приладу, кг300

Розміри поста (не більше), мДовжина0, 54

Ширина0, 91

Висота1, 55

 

Операції по підготовці об'єктів проводяться в робочому об’ємі при залишковому тиску (1, 310-1-1, 310-4) Пa. Для одержання такого тиску розроблена класична вакуумна система із застосуванням пластинчасто- роторного насоса 2НВР-5ДМ для одержання попереднього вакууму й паромасляний дифузійний насос НВДМ-160. Вакуумна система може працювати в ручному й автоматичному режимах.

Вакуумна система (рис. 2. 2.) складається з форвакуумного насоса NL,

паромасляного дифузійного насоса ND, форвакуумного балона BF, робочого об’єму CN, високовакуумного затвора V4, термопарних вакуумметрів P1, P2, P4 типу ПМТ-2 або ПМТ-4 та іонізаційного вакуумметра P3 типу ПМІ-2, вакуумпроводів та вакуумних клапанів V1, V5, V6, V7, V8.

 

Рис. 2. 2. Схема вакуумної системи установки ВУП-5М [8]

 

Оригінальним у конструкції вакуумної системи є високовакуумний клапан.

 

Рис. 2. 3. Високовакуумний затвор: 1 – вакуумпровід; 2 – важіль; 3 – тяга; 4 – пружина; 5 – плунжер; 6 – електромагнітний клапан для відкачування приводу на форвакуум; 7 – електромагнітний клапан для напускання повітря у привід; 8 – пластина [8]

 

Для підготовки до дослідження є пристрої й приставки. Ці пристрої й приставки встановлюються в робочому об’ємі залежно від вибору методики підготовки об'єкта. Кожен із пристроїв має закінчену конструкцію й легко заміняється. Всі операції по підготовці об'єкта контролюються за допомогою індикаторних приладів [8].

Розглянемо принципову схему вакуумної камери ВУП-5М.

 

Рис. 2. 4. Принципова схема вакуумної камери ВУП-5М: 1 – ковпак; 2 -ілюмінатор; 3 – випаровував; 4 – штатив; 5 – підкладки; 6 – підкладкотримач;

7 – опорна плита; 8 – вакуумна резина [8]

 

 

Вибір типу випарника залежить від виду випаровуваного матеріалу, його агрегатного стану і температури в процесі випаровування, а також інших факторів. Матеріали, використовувані для виготовлення випарників, повинні відповідати наступним вимогам:

1) випаровуваність матеріалу випарника при температурі випаровуваної речовини повинна бути порівняно малою;

2) для хорошого теплового контакту матеріал випарника повинен добре змочуватися розплавленою випаровуваною речовиною;

3) між матеріалом випарника і випаровуваної речовини не повинні відбуватися ніякі хімічні реакції, так як це призводить до забруднення плівок і руйнування випарників.

Випарники резистивного типу різних конструктивних варіантів можуть бути з прямим або з непрямим нагрівом випаровуваної речовини. Найбільш широко використовуються дротяні, стрічкові, тигельні і автотигельні випаровувачі дискретної дії.

У випарниках з прямим нагрівом струм в декілька десятків ампер проходить безпосередньо через випаровуваний матеріал. Такий метод випаровування може бути застосований тільки для сублімуючих матеріалів, тобто металів, температура плавлення яких вище температури випаровування.

 

Рис. 2. 5. Випаровувач резистивного прямого нагріву: 1 – контактній зажим; 2 – винт; 3 – випаровуваний матеріал; 4 – потік пару; 5 – підкладка [1]

 

Основна перевага цих випарників – відсутність теплового контакту між їх нагрітими елементами і випаровуючим металом, що забезпечує високу чистоту плівки. Однак вони забезпечують низьку швидкість випаровування, дають можливість випаровувати малу кількість матеріалу, який може бути використаний тільки у вигляді стрічки або дроту, а також не дозволяє випаровувати діелектрики і більшість металів [1].

Випарники з непрямим нагрівом, в яких випаровувана речовина нагрівається за рахунок теплопередачі від нагрівача, більш універсальні, оскільки дозволяють випаровувати провідні і непровідні матеріали у вигляді порошку, гранул, дроту, стрічки та ін.. Але при цьому через контакт з нагрітими частинами випарника, а також через випаровування матеріалу підігрівача осідають менш чисті плівки. Оскільки форма випарника з непрямим нагрівом залежить від агрегатного стану, в якому знаходиться випаровуваний матеріал, то їх підрозділяють на дротяні, стрічкові і тигельні.

Істотним достоїнством дротяних випаровувачів є простота конструкції і можливість модифікації під конкретні технологічні умови. Крім того, вони добре компенсують розширення і стиснення при нагріванні і охолодженні. Недолік – мала кількість випаровуваного за один процес матеріалу.

     

а б в

Рис. 2. 6. Дротяні випаровувачі непрямого нагріву з а – циліндричною спіраллю, б – конічною спіраллю, в – з паралельним розположенням: 1 – відігнутий кінець спіралі, 2, 6 – спіралі, 3 – випаровуваний матеріал, 4 – зажими, 5, 7 – теплові екрани [1]

 

Застосовуються для випаровування речовин, які змочують матеріал нагрівача. При цьому розплавлене речовина силами поверхневого натягу утримується у вигляді краплі на дротовому нагрівачі. Застосовуваний дріт (звичайно діаметром від 0, 5 до 1, 5 мм) повинен мати по всій довжині однаковий перетин, інакше через місцевий перегрів буде порушена рівномірність одержуваного шару і, крім того, дріт швидко перегорить.

Стрічкові випарники