Αρχή της επίστρωσης με εξάτμιση κενού
1, Εξοπλισμός και φυσική διαδικασία επίστρωσης εξάτμισης κενού
Ο εξοπλισμός επίστρωσης με εξάτμιση κενού αποτελείται κυρίως από θάλαμο κενού και σύστημα εκκένωσης. Μέσα στον θάλαμο κενού, υπάρχουν πηγή εξάτμισης (δηλαδή θερμαντήρας εξάτμισης), υπόστρωμα και πλαίσιο υποστρώματος, θερμαντήρας υποστρώματος, σύστημα εξάτμισης κ.λπ.
Το υλικό επικάλυψης τοποθετείται στην πηγή εξάτμισης του θαλάμου κενού και, υπό συνθήκες υψηλού κενού, θερμαίνεται από την πηγή εξάτμισης για να εξατμιστεί. Όταν η μέση ελεύθερη εμβέλεια των μορίων ατμού είναι μεγαλύτερη από το γραμμικό μέγεθος του θαλάμου κενού, αφού τα άτομα και τα μόρια του φιλμ ατμού διαφύγουν από την επιφάνεια της πηγής εξάτμισης, σπάνια εμποδίζονται από τη σύγκρουση άλλων μορίων ή ατόμων και φτάνουν απευθείας στην επιφάνεια του υποστρώματος που πρόκειται να επικαλυφθεί. Λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας του υποστρώματος, τα σωματίδια ατμού του φιλμ συμπυκνώνονται πάνω του και σχηματίζουν μια μεμβράνη.
Προκειμένου να βελτιωθεί η πρόσφυση των μορίων εξάτμισης και του υποστρώματος, το υπόστρωμα μπορεί να ενεργοποιηθεί με κατάλληλη θέρμανση ή καθαρισμό με ιόντα. Η επίστρωση εξάτμισης κενού περνάει από τις ακόλουθες φυσικές διεργασίες, από την εξάτμιση του υλικού, τη μεταφορά έως την εναπόθεση σε μια μεμβράνη.
(1) Χρησιμοποιώντας διάφορους τρόπους μετατροπής άλλων μορφών ενέργειας σε θερμική ενέργεια, το υλικό της μεμβράνης θερμαίνεται για να εξατμιστεί ή να εξαχνωθεί σε αέρια σωματίδια (άτομα, μόρια ή ατομικά συσσωματώματα) με μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας (0,1 έως 0,3 eV).
(2) Τα αέρια σωματίδια εγκαταλείπουν την επιφάνεια της μεμβράνης και μεταφέρονται στην επιφάνεια του υποστρώματος με μια ορισμένη ταχύτητα κίνησης, ουσιαστικά χωρίς σύγκρουση, σε ευθεία γραμμή.
(3) Τα αέρια σωματίδια που φτάνουν στην επιφάνεια του υποστρώματος συγχωνεύονται και πυρηνοποιούνται και στη συνέχεια αναπτύσσονται σε μια μεμβράνη στερεάς φάσης.
(4) Αναδιοργάνωση ή χημικός δεσμός των ατόμων που αποτελούν την μεμβράνη.
2, Θέρμανση με εξάτμιση
(1) Εξάτμιση με θέρμανση αντίστασης
Η εξάτμιση με θέρμανση αντίστασης είναι η απλούστερη και πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος θέρμανσης, γενικά εφαρμόσιμη σε υλικά επικάλυψης με σημείο τήξης κάτω από 1500℃. Τα μέταλλα υψηλού σημείου τήξης σε σχήμα σύρματος ή φύλλου (W, Mo, Ti, Ta, νιτρίδιο του βορίου, κ.λπ.) συνήθως κατασκευάζονται σε κατάλληλο σχήμα πηγής εξάτμισης, φορτωμένα με υλικά εξάτμισης, μέσω της θερμότητας Joule του ηλεκτρικού ρεύματος για να λιώσουν, να εξατμίσουν ή να εξαχνώσουν το υλικό επιμετάλλωσης. Το σχήμα της πηγής εξάτμισης περιλαμβάνει κυρίως πολυκλωνική σπείρα, σχήματος U, ημιτονοειδές κύμα, λεπτή πλάκα, βάρκα, κωνικό καλάθι, κ.λπ. Ταυτόχρονα, η μέθοδος απαιτεί το υλικό πηγής εξάτμισης να έχει υψηλό σημείο τήξης, χαμηλή πίεση κορεσμού ατμών, σταθερές χημικές ιδιότητες, να μην έχει χημική αντίδραση με το υλικό επικάλυψης σε υψηλή θερμοκρασία, καλή αντοχή στη θερμότητα, μικρή αλλαγή στην πυκνότητα ισχύος, κ.λπ. Υιοθετεί υψηλό ρεύμα μέσω της πηγής εξάτμισης για να θερμανθεί και να εξατμιστεί το υλικό της μεμβράνης με άμεση θέρμανση ή να τοποθετηθεί το υλικό της μεμβράνης στο χωνευτήριο από γραφίτη και ορισμένα οξείδια μετάλλων ανθεκτικά σε υψηλή θερμοκρασία (όπως A202, B0) και άλλα υλικά για έμμεση θέρμανση για εξάτμιση.
Η επίστρωση εξάτμισης με θέρμανση αντίστασης έχει περιορισμούς: τα πυρίμαχα μέταλλα έχουν χαμηλή τάση ατμών, η οποία είναι δύσκολο να κατασκευαστεί λεπτή μεμβράνη. ορισμένα στοιχεία είναι εύκολο να σχηματίσουν κράμα με το θερμαντικό σύρμα. δεν είναι εύκολο να επιτευχθεί ομοιόμορφη σύνθεση της μεμβράνης κράματος. Λόγω της απλής δομής, της χαμηλής τιμής και της εύκολης λειτουργίας της μεθόδου εξάτμισης με θέρμανση αντίστασης, είναι μια πολύ κοινή εφαρμογή.
(2) Εξάτμιση θέρμανσης με δέσμη ηλεκτρονίων
Η εξάτμιση με δέσμη ηλεκτρονίων είναι μια μέθοδος εξάτμισης του υλικού επικάλυψης μέσω βομβαρδισμού του με μια δέσμη ηλεκτρονίων υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, τοποθετώντας την σε ένα υδρόψυκτο χάλκινο χωνευτήριο. Η πηγή εξάτμισης αποτελείται από μια πηγή εκπομπής ηλεκτρονίων, μια πηγή ισχύος επιτάχυνσης ηλεκτρονίων, ένα χωνευτήριο (συνήθως ένα χάλκινο χωνευτήριο), ένα πηνίο μαγνητικού πεδίου και ένα σετ ψυκτικού νερού κ.λπ. Σε αυτή τη συσκευή, το θερμαινόμενο υλικό τοποθετείται σε ένα υδρόψυκτο χωνευτήριο και η δέσμη ηλεκτρονίων βομβαρδίζει μόνο ένα πολύ μικρό μέρος του υλικού, ενώ το μεγαλύτερο μέρος του υπόλοιπου υλικού παραμένει σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία υπό την ψυκτική επίδραση του χωνευτηρίου, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ως το βομβαρδισμένο τμήμα του χωνευτηρίου. Έτσι, η μέθοδος θέρμανσης με δέσμη ηλεκτρονίων για εξάτμιση θα μπορούσε να αποφύγει τη μόλυνση μεταξύ του υλικού επικάλυψης και του υλικού πηγής εξάτμισης.
Η δομή της πηγής εξάτμισης δέσμης ηλεκτρονίων μπορεί να χωριστεί σε τρεις τύπους: ευθύγραμμα όπλα (όπλα Boules), δακτυλιοειδή όπλα (ηλεκτρικά εκτρεπόμενα) και ηλεκτρονικά όπλα (μαγνητικά εκτρεπόμενα). Ένα ή περισσότερα χωνευτήρια μπορούν να τοποθετηθούν σε μια εγκατάσταση εξάτμισης, η οποία μπορεί να εξατμίσει και να εναποθέσει πολλές διαφορετικές ουσίες ταυτόχρονα ή ξεχωριστά.
Οι πηγές εξάτμισης με δέσμη ηλεκτρονίων έχουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα.
① Η υψηλή πυκνότητα δέσμης της πηγής εξάτμισης βομβαρδισμού με δέσμη ηλεκτρονίων μπορεί να επιτύχει πολύ μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα από την πηγή θέρμανσης αντίστασης, η οποία μπορεί να εξατμίσει υλικά με υψηλό σημείο τήξης, όπως W, Mo, Al2O3, κ.λπ.
②Το υλικό επικάλυψης τοποθετείται σε ένα χωνευτήριο χαλκού που ψύχεται με νερό, το οποίο μπορεί να αποφύγει την εξάτμιση του υλικού πηγής εξάτμισης και την αντίδραση μεταξύ τους.
③Η θερμότητα μπορεί να προστεθεί απευθείας στην επιφάνεια του υλικού επικάλυψης, γεγονός που καθιστά την θερμική απόδοση υψηλή και την απώλεια θερμικής αγωγιμότητας και θερμικής ακτινοβολίας χαμηλή.
Το μειονέκτημα της μεθόδου εξάτμισης με θέρμανση δέσμης ηλεκτρονίων είναι ότι τα πρωτογενή ηλεκτρόνια από το ηλεκτρονικό πιστόλι και τα δευτερογενή ηλεκτρόνια από την επιφάνεια του υλικού επικάλυψης ιονίζουν τα άτομα που εξατμίζονται και τα υπολειμματικά μόρια αερίου, γεγονός που μερικές φορές επηρεάζει την ποιότητα της μεμβράνης.
(3) Εξάτμιση θέρμανσης με επαγωγή υψηλής συχνότητας
Η εξάτμιση με επαγωγή υψηλής συχνότητας με θέρμανση και επαγωγή είναι η τοποθέτηση του χωνευτηρίου με υλικό επικάλυψης στο κέντρο του σπειροειδούς πηνίου υψηλής συχνότητας, έτσι ώστε το υλικό επικάλυψης να παράγει ισχυρό ρεύμα δινορρεύματος και φαινόμενο υστέρησης υπό την επαγωγή ηλεκτρομαγνητικού πεδίου υψηλής συχνότητας, το οποίο προκαλεί τη θέρμανση του στρώματος μεμβράνης μέχρι να εξατμιστεί και να εξατμιστεί. Η πηγή εξάτμισης αποτελείται γενικά από ένα πηνίο υψηλής συχνότητας που ψύχεται με νερό και ένα χωνευτήριο από γραφίτη ή κεραμικό (οξείδιο του μαγνησίου, οξείδιο του αργιλίου, οξείδιο του βορίου κ.λπ.). Η τροφοδοσία υψηλής συχνότητας χρησιμοποιεί συχνότητα από δέκα χιλιάδες έως αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες Hz, η ισχύς εισόδου είναι αρκετές έως αρκετές εκατοντάδες κιλοβάτ, όσο μικρότερος είναι ο όγκος του υλικού μεμβράνης, τόσο υψηλότερη είναι η συχνότητα επαγωγής. Η συχνότητα του πηνίου επαγωγής είναι συνήθως κατασκευασμένη από υδρόψυκτο χάλκινο σωλήνα.
Το μειονέκτημα της μεθόδου εξάτμισης θέρμανσης με επαγωγή υψηλής συχνότητας είναι ότι δεν είναι εύκολο να ρυθμιστεί η ισχύς εισόδου, έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα.
①Υψηλό ποσοστό εξάτμισης
②Η θερμοκρασία της πηγής εξάτμισης είναι ομοιόμορφη και σταθερή, επομένως δεν είναι εύκολο να παραχθεί το φαινόμενο του πιτσιλίσματος σταγονιδίων επικάλυψης και μπορεί επίσης να αποφευχθεί το φαινόμενο των οπών στην εναποτιθέμενη μεμβράνη.
③Η πηγή εξάτμισης φορτώνεται μία φορά και η θερμοκρασία είναι σχετικά εύκολη και απλή στον έλεγχο.
Ώρα δημοσίευσης: 28 Οκτωβρίου 2022