Вакуум ууршуулах бүрхүүлийн зарчим
1, Вакуум ууршуулах бүрхүүлийн тоног төхөөрөмж ба физик процесс
Вакуум ууршуулах бүрхүүлийн тоног төхөөрөмж нь голчлон вакуум камер болон нүүлгэн шилжүүлэх системээс бүрддэг бөгөөд вакуум камерын дотор ууршуулах эх үүсвэр (жишээ нь ууршуулах халаагуур), суурь болон суурь хүрээ, суурь халаагуур, яндангийн систем гэх мэт зүйлс байдаг.
Бүрхүүл материалыг вакуум камерын ууршуулах эх үүсвэрт байрлуулж, өндөр вакуум нөхцөлд ууршуулах эх үүсвэрээр халааж ууршуулдаг. Уурын молекулуудын дундаж чөлөөт хүрээ вакуум камерын шугаман хэмжээнээс том байх үед ууршуулах эх үүсвэрийн гадаргуугаас хальсан уурын атом ба молекулууд гарсны дараа бусад молекул эсвэл атомуудын мөргөлдөөнд бараг саад болж, бүрэх субстратын гадаргуу дээр шууд хүрдэг. Субстратын бага температураас шалтгаалан хальсан уурын хэсгүүд түүн дээр конденсацлагдаж, хальс үүсгэдэг.
Ууршилтын молекул болон суурь материалын наалдацыг сайжруулахын тулд суурь материалыг зохих ёсоор халаах эсвэл ионоор цэвэрлэх замаар идэвхжүүлж болно. Вакуум ууршилтын бүрхүүл нь материалын ууршилт, тээвэрлэлтээс эхлээд хальсан бүрхүүлд хуримтлагдах хүртэл дараах физик процессуудыг дамждаг.
(1) Бусад төрлийн энергийг дулааны энерги болгон хувиргах янз бүрийн аргыг ашиглан хальсан материалыг тодорхой хэмжээний энерги (0.1-0.3 эВ) ашиглан ууршуулах эсвэл хийн бөөмс (атом, молекул эсвэл атомын бөөгнөрөл) болгон хувиргахын тулд халаана.
(2) Хийн хэсгүүд хальсны гадаргуугаас гарч, тодорхой хурдтайгаар, мөргөлдөөнгүйгээр, шулуун шугамаар суурь гадаргуу руу зөөгддөг.
(3) Субстратын гадаргуу дээр хүрсэн хийн хэсгүүд нийлж, цөм болж, дараа нь хатуу фазын хальс болж ургадаг.
(4) Хальсыг бүрдүүлдэг атомуудын дахин зохион байгуулалт буюу химийн холбоо.
2, Ууршилтын халаалт
(1) Эсэргүүцлийн халаалтын ууршилт
Эсэргүүцлийн халаалтын ууршилт нь хамгийн энгийн бөгөөд хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг халаалтын арга бөгөөд ерөнхийдөө 1500℃-аас доош хайлах цэгтэй бүрэх материалд, утас эсвэл хуудас хэлбэртэй өндөр хайлах цэгтэй металлууд (W, Mo, Ti, Ta, борын нитрид гэх мэт)-д хэрэглэгддэг. Ууршилтын эх үүсвэрийг тохиромжтой хэлбэртэй болгож, ууршилтын материалаар дүүргэж, цахилгаан гүйдлийн Жоуль дулаанаар бүрэх материалыг хайлуулж, ууршуулж эсвэл сублимация хийдэг. Ууршилтын эх үүсвэрийн хэлбэр нь голчлон олон судалтай спираль, U хэлбэрийн, синус долгион, нимгэн хавтан, завь, конус сагс гэх мэтийг агуулдаг. Үүний зэрэгцээ, энэ арга нь ууршилтын эх үүсвэрийн материал нь өндөр хайлах цэгтэй, бага ханасан уурын даралттай, тогтвортой химийн шинж чанартай, өндөр температурт бүрэх материалтай химийн урвалд орохгүй, сайн дулаанд тэсвэртэй, чадлын нягтрал бага зэрэг өөрчлөгдөх гэх мэтийг шаарддаг. Энэ нь ууршилтын эх үүсвэрээр дамжуулан өндөр гүйдэл дамжуулж, хальсан материалыг шууд халаах замаар халааж, ууршуулдаг эсвэл хальсан материалыг бал чулуу болон зарим өндөр температурт тэсвэртэй металлын исэл (жишээ нь A202, B0) болон бусад материалаар хийсэн тигель рүү хийж, шууд бус халаалтаар ууршуулдаг.
Эсэргүүцлийн халаалтын ууршилтын бүрхүүл нь хязгаарлалттай: галд тэсвэртэй металлууд нь бага уурын даралттай тул нимгэн хальс хийхэд хэцүү байдаг; зарим элементүүд нь халаалтын утсаар хайлш үүсгэхэд хялбар байдаг; хайлшийн хальсны жигд найрлагыг олж авахад амаргүй байдаг. Эсэргүүцлийн халаалтын ууршилтын аргын энгийн бүтэц, хямд үнэ, ашиглахад хялбар байдлаас шалтгаалан энэ нь ууршилтын аргын маш түгээмэл хэрэглээ юм.
(2) Электрон цацрагийн халаалтын ууршилт
Электрон цацрагийн ууршилт гэдэг нь бүрэх материалыг өндөр энергийн нягтралтай электрон цацрагаар бөмбөгдөж, усаар хөргөсөн зэс тигельд байрлуулах замаар ууршуулах арга юм. Ууршуулах эх үүсвэр нь электрон ялгаруулалтын эх үүсвэр, электрон хурдатгалын эрчим хүчний эх үүсвэр, тигель (ихэвчлэн зэс тигель), соронзон орны ороомог, хөргөлтийн усны багц гэх мэтээс бүрдэнэ. Энэ төхөөрөмжид халсан материалыг усаар хөргөсөн тигельд байрлуулж, электрон цацраг нь материалын маш бага хэсгийг бөмбөгддөг бол үлдсэн материалын ихэнх хэсэг нь тигелийн хөргөлтийн нөлөөн дор маш бага температурт үлддэг бөгөөд үүнийг тигелийн бөмбөгдсөн хэсэг гэж үзэж болно. Тиймээс ууршилтын зорилгоор электрон цацрагийн халаалтын арга нь бүрэх материал болон ууршуулах эх үүсвэрийн материалын хоорондох бохирдлоос зайлсхийх боломжтой.
Электрон цацрагийн ууршуулах эх үүсвэрийн бүтцийг гурван төрөлд хувааж болно: шулуун буу (Boules буу), цагираг буу (цахилгаанаар хазайсан) болон электрон буу (соронзоноор хазайсан). Ууршуулах байгууламжид нэг буюу хэд хэдэн тигелийг байрлуулж болох бөгөөд энэ нь олон төрлийн бодисыг нэгэн зэрэг эсвэл тусад нь ууршуулж, хуримтлуулж чаддаг.
Электрон цацрагийн ууршилтын эх үүсвэрүүд нь дараах давуу талуудтай.
1 Электрон цацрагийн бөмбөгдөлтийн ууршуулах эх үүсвэрийн өндөр цацрагийн нягтрал нь эсэргүүцлийн халаалтын эх үүсвэрээс хамаагүй илүү их энергийн нягтралтай байж болох бөгөөд энэ нь W, Mo, Al2O3 гэх мэт өндөр хайлах цэгтэй материалыг ууршуулж чаддаг.
2 Бүрхүүлтэй материалыг усан хөргөлттэй зэс тигельд байрлуулсан бөгөөд энэ нь ууршилтын эх үүсвэрийн материалын ууршилт болон тэдгээрийн хоорондох урвалаас зайлсхийх боломжтой.
③Дулааныг бүрэх материалын гадаргуу дээр шууд нэмж болох бөгөөд энэ нь дулааны үр ашгийг өндөр болгож, дулаан дамжуулалт болон дулааны цацрагийн алдагдлыг бууруулдаг.
Электрон цацраг халаалтын ууршуулах аргын сул тал нь электрон буунаас гарч буй анхдагч электронууд болон бүрэх материалын гадаргуугаас гарч буй хоёрдогч электронууд нь ууршиж буй атомууд болон үлдэгдэл хийн молекулуудыг ионжуулдаг бөгөөд энэ нь заримдаа хальсны чанарт нөлөөлдөг.
(3) Өндөр давтамжийн индукцийн халаалтын ууршилт
Өндөр давтамжийн индукцийн халаалтын ууршилт гэдэг нь бүрэх материалтай тигелийг өндөр давтамжийн спираль ороомгийн төвд байрлуулах явдал юм. Ингэснээр бүрэх материал нь өндөр давтамжийн цахилгаан соронзон орны индукцийн дор хүчтэй хуйларсан гүйдэл болон гистерезисийн нөлөө үүсгэдэг бөгөөд энэ нь хальсан давхаргыг ууршуулж, ууршуулах хүртэл халаахад хүргэдэг. Ууршилтын эх үүсвэр нь ерөнхийдөө усаар хөргөсөн өндөр давтамжийн ороомог болон бал чулуу эсвэл керамик (магнийн исэл, хөнгөн цагааны исэл, борын исэл гэх мэт) тигельээс бүрдэнэ. Өндөр давтамжийн цахилгаан хангамж нь арван мянгаас хэдэн зуун мянган Гц хүртэлх давтамжийг ашигладаг бөгөөд оролтын чадал нь хэдэн зуун киловатт, мембраны материалын эзэлхүүн бага байх тусам индукцийн давтамж өндөр байдаг. Индукцийн ороомгийн давтамжийг ихэвчлэн усаар хөргөсөн зэс хоолойгоор хийдэг.
Өндөр давтамжийн индукцийн халаалтын ууршуулах аргын сул тал нь оролтын чадлыг нарийн тохируулахад хялбар биш бөгөөд дараах давуу талуудтай.
①Ууршилтын өндөр түвшин
2 Ууршилтын эх үүсвэрийн температур жигд бөгөөд тогтвортой тул бүрхүүлийн дусал цацрах үзэгдлийг бий болгоход амаргүй бөгөөд хуримтлагдсан хальсан дээр нүх үүсэхээс сэргийлж чадна.
③Ууршилтын эх үүсвэрийг нэг удаа ачаалдаг бөгөөд температурыг харьцангуй хялбар бөгөөд хянахад хялбар байдаг.
Нийтэлсэн цаг: 2022 оны 10-р сарын 28