ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сравнение методов нанесения покрытий из "Нанесение защитных покрытий в вакууме " Каждый из рассмотренных выше методов нанесения покрытий в вакууме имеет определенные достоинства и недостатки. Так, метод катодного распыления, отличаясь большой универсальностью, ограничен сравнительно низкой скоростью осаждения покрытий термическое напыление в вакууме характеризуется высокой производительностью, но имеет существенный недостаток низкий коэффициент использования испаряемого материала метод ионного осаждения, позволяющий получать покрытия с высокой степенью однородности по толщине и с хорошей адгезией к основе, ограничен трудностью стабилизации плазмы разряда, а также сложностью оборудования, связанной с необходимостью использования инертных газов. [c.15] При сравнении различных методов либо основанных на них технологических процессов, особенно, если речь идет о сравнительно новых методах, необходимо принимать во внимание всю совокупность характеристик и параметров, определяющих экономическую эффективность этих методов. [c.15] Методы термического напыления и ионного осаждения удовлетворяют всем основным критериям прогрессивности. Это, в особенности, относится к непрерывным процессам металлизации. [c.16] Попытка количественного сравнения различных методов нанесения покрытий в вакууме предпринята авторами работы [245], причем в каждом из методов учтены их разновидности. Так, метод термического напыления рассмотрен с точки зрения резистивного метода нагрева испаряемого материала, электронно-лучевого и взрывного с непрерывной догрузкой тигля порошком испаряемого материала. В методе катодного распыления рассмотрены обычное высокочастотное распыление и высокочастотное распыление при наличии отрицательного потенциала на подложке. Метод ионного осаждения представлен процессами с применением плазмы, получаемой в разряде постоянного напряжения и в высокочастотном поле, причем каждая из этих разновидностей рассмотрена с точки зрения резистивного и электронно-лучевого испарителя. Для возможности сравнения все рассматриваемые процессы нанесения покрытий были отнесены к вакуумной камере одного и того же размера — цилиндр диаметром 60 см. [c.16] Время перестройки процесса. . [c.17] Конечно, данные, приведенные в табл. 1, являются весьма относительными, ибо составлены они на основе лабораторной вакуумной установки с небольшой вакуумной камерой (диаметр камеры 60 см). При таком сравнении из поля зрения авторов работы [245] совершенно выпало неоспоримое преимущество метода термического напыления в вакууме для нанесения покрытий на непрерывно движущуюся стальную полосу и другие материалы. Однако ценность исследования неоспорима, поскольку оно позволяет провести правильный выбор метода для того или иного конкретного случая. [c.18] Как уже отмечалось, книга посвящена методу термического напыления в вакууме для получения антикоррозионных и защитнодекоративных покрытий на металлах и неметаллических материалах. Одним из основных параметров процесса является температура защищаемой поверхности, поэтому необходимо рассмотреть тепловой режим подложки в процессе вакуумной металлизации. [c.18] Один ИЗ способов повышения производительности металлизации — интенсификация процесса испарения и конденсации металлов в вакууме. Рассмотрим и проанализируем ограничения, которые препятствуют существенному увеличению скорости испарения и конденсации. [c.19] Процесс нанесения покрытия состоит из трех этапов испарение металлов, перенос паров от испарителя к подложке и конденсация паров с образованием покрытия. Каждый из этих этапов характеризуется особенностями и сопровождается эффектами, которые могут как способствовать интенсификации процесса нанесения, так и затруднять его. [c.19] По интенсификации процессы нанесения покрытий можно условно разделить на три группы. К первой относятся все процессы нанесения тонких пленок в микроэлектронике, оптике, декоративной металлизации и других областях, где скорость конденсации имеет порядок тысячных или сотых долей микрометра в секунду. Во второй группе процессов (нанесение защитных покрытий на детали в установках периодического действия) скорость конденсации составляет десятки микрометров в минуту. Интенсивным можно считать процесс нанесения покрытий, при котором давление паров металла значительно больше давления остаточных газов в вакуумной камере, и скорость конденсации имеет порядок десятков и даже сотен микрометров в секунду. Такие режимы применяют при электронно-лучевом испарении металлов в непрерывных высокопроизводительных линиях металлизации полосовой стали и получения фольги. [c.19] При рассмотрении конденсации в режиме молекулярного испарения (длина свободного пробега больше размеров вакуумной камеры) можно считать, что энергия каждого сконденсированного атома рассеивается в подложке, не изменяя ее температуры. При интенсивных режимах количество поступающих в единицу времени атомов металла так велико, что выделяющаяся энергия приводит к нарастающему нагреву поверхности конденсации. [c.20] Неизбежный нагрев поверхности конденсации является одним из наиболее существенных ограничений при интенсификации процесса нанесения вакуумных покрытий. Современное состояние науки об испарении и конденсации не позволяет проводить очень точные расчеты. Однако основные необходимые для практики данные все же могут быть получены с учетом некоторых допущений. [c.20] Температура подложки при нанесении на нее покрытий (температура конденсации) является важным фактором, определяющим основные свойства покрытий — внешний вид, структуру, адгезию, механические и коррозионные свойства. Предварительный нагрев обычно благоприятно сказывается на свойствах покрытий, однако чрезмерный перегрев подложки нежелателен, так как может привести к уменьшению коэффициента конденсации паров, т. е. к частичному реиспарению конденсата, образованию диффузионных слоев или химических соединений на границе покрытие— подложка, ухудшающих адгезию, а также к изменению свойств подложки. [c.20] Рассмотрим некоторые примеры. Для обеспечения хорошей адгезии алюминиевых покрытий к стали необходим предварительный нагрев ее поверхности до температуры 250—300° С. Однако увеличение температуры выше 460° С приводит к образованию твердого, хрупкого диффузионного слоя сплава, который содержит интерметаллическое соединение Ре2А15, ухудшает адгезию покрытий и делает алюминированную сталь непригодной для глубокой вытяжки. Таким образом, нагрев стали в процессе нанесения алюминиевого покрытия до температуры, превышающей 460° С, недопустим. Коэффициент конденсации алюминия на сталь в диапазоне температур конденсации 250—460°С равен единице, и уменьшение его наблюдается только при температуре 750— 800° С [93]. [c.20] Перегрев стали при нанесении покрытий может отрицательно сказаться на ее механических свойствах, так как уже при температуре 500° С начинается заметная рекристаллизация. Холоднокатаную сталь после отжига подвергают дрессировке (прокатке с небольшой степенью обжатия), в результате чего устраняется холодноломкость, и сталь можно изгибать с малым радиусом кривизны и подвергать штамповке. При нагреве стали до температуры 150—200° С эффект, достигнутый дрессировкой, полностью исчезает, и при изгибе стали возникают линии излома. [c.21] Особенно существенны температурные ограничения при нанесении покрытий на пластмассы, о связано с тем, что пластмассы могут содержать влагу, растворители и пластификаторы, интенсивное выделение которых при нагреве в вакууме приводит к разрушению пластмасс и ухудшению вакуума. Даже при незначительном нагреве могут необратимо изменяться механические и электрические свойства пластмасс. Низкая теплоемкость и теплопроводность пластмасс по сравнению с металлами не обеспечивает эффективного теплоотвода от поверхности конденсации, что приводит к возникновению значительного градиента температуры по толщине подложки и ее деформации вследствие термических напряжений. [c.21] Рассмотренные примеры показывают, что во многих случаях повышение температуры подложки при нанесении на нее покрытий нежелательно, поэтому важным является анализ причин, вызывающих такой нагрев, и путей стабилизации температуры подложки. [c.21] Нагрев подложки при нанесении на нее покрытий в вакууме 10 —10 Па обусловлен выделением теплоты конденсации вследствие перехода вещества покрытия из газообразного в твердое состояние и поглощением теплоизлучения от испарителя. Передача теплоты от испарителя к подложке путем конвекции и теплопроводности остаточных газов пренебрежимо мала уже при давлении 1 Па. [c.21] В табл. 2 приведены рассчитанные нами данные о теплоте, выделяющейся при конденсации наиболее важных металлов, прп- меняемых в качестве покрытий. [c.22] Несмотря на то, что данные табл. 2 получены для температур испарения, соответствующих давлению насыщенных паров 133,3 Па, они с малой погрешностью могут быть применены при других температурах испарения. Это обусловлено тем, что основной вклад в теплоту конденсации (около 80%) вносит удельная теплота парообразования, которая мало зависит от температуры. Приведенные значения удельной теплоты конденсации определяют также испаряемость металла, т. е. затраты энергии на испарение единицы массы или объема металла-покрытия. В расчете на единицу массы металла затраты энергии возрастают в такой последовательности РЬ, Сс1, 2п, Ag, 5п, Аи, Си, М , Мо, Сг, N1, Ре, Т1, А1, Ве. [c.22] Вернуться к основной статье