مقدمة عن تقنية طلاء التبخير الفراغي

2- التسخين بالتبخير

(1) التسخين المقاوم للتبخر
يُعدّ التبخير بالتسخين المقاوم أبسط طرق التسخين وأكثرها شيوعًا، وهو مناسب عمومًا لطلاء المواد ذات درجة انصهار أقل من 1500 درجة مئوية. تُصنع المعادن ذات درجة الانصهار العالية، والمتوفرة على شكل أسلاك أو صفائح (مثل التنجستن، والموليبدينوم، والتيتانيوم، والتنتالوم، ونيتريد البورون، وغيرها)، عادةً على شكل مصدر تبخير مناسب، حيث تُحمّل بمواد التبخير. ومن خلال حرارة جول الناتجة عن التيار الكهربائي، يتم صهر مادة الطلاء أو تبخيرها أو تساميها. تشمل أشكال مصادر التبخير الرئيسية الحلزون متعدد الخيوط، والشكل U، والموجة الجيبية، والصفائح الرقيقة، والقوارب، والسلة المخروطية، وغيرها. في الوقت نفسه، تتطلب هذه الطريقة أن تتمتع مادة مصدر التبخير بدرجة انصهار عالية، وضغط بخار تشبع منخفض، وخصائص كيميائية مستقرة، وألا تتفاعل كيميائيًا مع مادة الطلاء عند درجات الحرارة العالية، وأن تتمتع بمقاومة جيدة للحرارة، وتغير طفيف في كثافة الطاقة، وما إلى ذلك. تعتمد هذه الطريقة على تمرير تيار كهربائي عالٍ عبر مصدر التبخير لتسخينه وتبخير مادة الطلاء عن طريق التسخين المباشر، أو بوضع مادة الطلاء في... بوتقة مصنوعة من الجرافيت وأكاسيد معدنية معينة مقاومة لدرجات الحرارة العالية (مثل A2O2 وB0) ومواد أخرى للتسخين غير المباشر للتبخير.
تُعاني عملية طلاء التبخير بالتسخين المقاوم من بعض القيود: فالمعادن المقاومة للحرارة تتميز بضغط بخار منخفض، مما يُصعّب تكوين طبقة رقيقة؛ كما أن بعض العناصر تتفاعل بسهولة مع سلك التسخين لتكوين سبيكة؛ ويصعب الحصول على طبقة سبيكة ذات تركيب متجانس. ومع ذلك، ونظرًا لبساطة تركيبها وانخفاض تكلفتها وسهولة تشغيلها، تُعدّ طريقة التبخير بالتسخين المقاوم من أكثر طرق التبخير شيوعًا.

(2) التسخين بشعاع الإلكترون والتبخر
التبخير بشعاع الإلكترون هو أسلوب لتبخير مادة الطلاء عن طريق قذفها بشعاع إلكتروني عالي الكثافة، وذلك بوضعها في بوتقة نحاسية مبردة بالماء. يتكون مصدر التبخير من مصدر انبعاث إلكتروني، ومصدر طاقة لتسريع الإلكترونات، وبوتقة (عادةً ما تكون بوتقة نحاسية)، وملف مجال مغناطيسي، ونظام تبريد مائي، وغيرها. في هذا الجهاز، توضع المادة المراد تسخينها في بوتقة مبردة بالماء، ويقذف شعاع الإلكترون جزءًا صغيرًا جدًا منها فقط، بينما يبقى الجزء الأكبر منها عند درجة حرارة منخفضة جدًا بفعل تبريد البوتقة، والذي يمكن اعتباره الجزء المقذوف من البوتقة. وبالتالي، فإن طريقة التسخين بشعاع الإلكترون للتبخير تتجنب التلوث بين مادة الطلاء ومادة مصدر التبخير.
يمكن تقسيم بنية مصدر تبخير حزمة الإلكترونات إلى ثلاثة أنواع: مدافع مستقيمة (مدافع بولز)، ومدافع حلقية (منحرفة كهربائياً)، ومدافع إلكترونية (منحرفة مغناطيسياً). ويمكن وضع بوتقة واحدة أو أكثر في وحدة التبخير، مما يسمح بتبخير وترسيب العديد من المواد المختلفة في آن واحد أو بشكل منفصل.

تتمتع مصادر التبخير بشعاع الإلكترون بالمزايا التالية.
① يمكن لكثافة الحزمة العالية لمصدر تبخير قصف حزمة الإلكترون أن تحصل على كثافة طاقة أكبر بكثير من مصدر التسخين المقاوم، والذي يمكنه تبخير المواد ذات نقطة الانصهار العالية، مثل W و Mo و Al2O3 وما إلى ذلك.
② يتم وضع مادة الطلاء في بوتقة نحاسية مبردة بالماء، مما يمنع تبخر مادة مصدر التبخر، والتفاعل بينهما.
③ يمكن إضافة الحرارة مباشرة إلى سطح مادة الطلاء، مما يجعل الكفاءة الحرارية عالية وفقدان التوصيل الحراري والإشعاع الحراري منخفضًا.
تتمثل عيوب طريقة التبخير بالتسخين بواسطة حزمة الإلكترون في أن الإلكترونات الأولية من مدفع الإلكترون والإلكترونات الثانوية من سطح مادة الطلاء ستؤين الذرات المتبخرة وجزيئات الغاز المتبقية، مما يؤثر على جودة الفيلم في بعض الأحيان.

(3) التسخين بالحث عالي التردد والتبخير
تعتمد عملية التبخير بالتسخين الحثي عالي التردد على وضع بوتقة تحتوي على مادة الطلاء في مركز ملف حلزوني عالي التردد، مما يُولّد تيارات دوامية قوية وتأثيرًا هستيريًا في مادة الطلاء تحت تأثير المجال الكهرومغناطيسي عالي التردد، الأمر الذي يؤدي إلى تسخين طبقة الفيلم حتى تتبخر. يتكون مصدر التبخير عادةً من ملف عالي التردد مُبرّد بالماء وبوتقة من الجرافيت أو السيراميك (أكسيد المغنيسيوم، أكسيد الألومنيوم، أكسيد البورون، إلخ). يستخدم مصدر الطاقة عالي التردد ترددًا يتراوح بين عشرة آلاف ومئات الآلاف من الهرتز، وتتراوح طاقة الإدخال بين بضعة كيلوواط وبضع مئات من الكيلوواط، وكلما صغر حجم مادة الغشاء، زاد تردد الحث. عادةً ما يُصنع ملف الحث من أنبوب نحاسي مُبرّد بالماء.
من عيوب طريقة التسخين بالحث عالي التردد أنها لا تسمح بضبط دقيق للطاقة المدخلة، ولكنها تتمتع بالمزايا التالية.
① معدل تبخر مرتفع
② درجة حرارة مصدر التبخر موحدة ومستقرة، لذلك ليس من السهل حدوث ظاهرة تناثر قطرات الطلاء، ويمكن أيضًا تجنب ظاهرة الثقوب الدقيقة على الفيلم المترسب.
③ يتم تحميل مصدر التبخير مرة واحدة، وتكون درجة الحرارة سهلة وبسيطة نسبياً في التحكم.