निर्वात बाष्पीभवन लेपनाचे तत्त्व
१. व्हॅक्यूम इव्हॅपोरेशन कोटिंगची उपकरणे आणि भौतिक प्रक्रिया
व्हॅक्यूम इव्हॅपोरेशन कोटिंग उपकरण मुख्यत्वे व्हॅक्यूम चेंबर आणि इव्हॅक्युएशन सिस्टीमने बनलेले असते. व्हॅक्यूम चेंबरच्या आत बाष्पीभवन स्रोत (म्हणजे इव्हॅपोरेशन हीटर), सबस्ट्रेट आणि सबस्ट्रेट फ्रेम, सबस्ट्रेट हीटर, एक्झॉस्ट सिस्टीम इत्यादी असतात.
कोटिंग मटेरियल व्हॅक्यूम चेंबरच्या बाष्पीभवन स्रोतामध्ये ठेवले जाते आणि उच्च व्हॅक्यूम परिस्थितीत, बाष्पीभवन स्रोताद्वारे गरम करून त्याचे बाष्पीभवन केले जाते. जेव्हा बाष्पाच्या रेणूंची सरासरी मुक्त संचार क्षमता व्हॅक्यूम चेंबरच्या रेषीय आकारापेक्षा जास्त असते, तेव्हा फिल्मच्या बाष्पाचे अणू आणि रेणू बाष्पीभवन स्रोताच्या पृष्ठभागावरून बाहेर पडल्यानंतर, इतर रेणू किंवा अणूंच्या टक्करांमुळे त्यांना क्वचितच अडथळा येतो आणि ते थेट कोटिंग करायच्या सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर पोहोचतात. सब्सट्रेटच्या कमी तापमानामुळे, फिल्मच्या बाष्पाचे कण त्यावर घनीभूत होतात आणि एक थर तयार होतो.
बाष्पीभवन रेणू आणि सब्सट्रेट यांच्यातील आसंजन सुधारण्यासाठी, सब्सट्रेटला योग्य उष्णता देऊन किंवा आयन क्लीनिंगद्वारे सक्रिय केले जाऊ शकते. व्हॅक्यूम इव्हॅपोरेशन कोटिंगमध्ये पदार्थाच्या बाष्पीभवनापासून, वहनापर्यंत आणि नंतर फिल्ममध्ये निक्षेपणापर्यंत खालील भौतिक प्रक्रियांचा समावेश असतो.
(1) उर्जेच्या इतर स्वरूपांचे औष्णिक उर्जेत रूपांतर करण्याच्या विविध पद्धती वापरून, फिल्म मटेरियलला गरम केले जाते जेणेकरून त्याचे बाष्पीभवन किंवा ऊर्ध्वपातन होऊन वायू कणांमध्ये (अणू, रेणू किंवा अणूंचे समूह) रूपांतर होईल, ज्यासाठी ठराविक प्रमाणात ऊर्जा (0.1 ते 0.3 eV) वापरली जाते.
(2) वायूचे कण फिल्मच्या पृष्ठभागावरून निघून सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर एका विशिष्ट गतीने, मूलतः टक्कर न होता, सरळ रेषेत वाहून नेले जातात.
(3) सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर पोहोचणारे वायूचे कण एकत्र येतात आणि केंद्रक तयार करतात, आणि नंतर घन-अवस्थेतील फिल्ममध्ये वाढतात.
(4) फिल्म बनवणाऱ्या अणूंची पुनर्रचना किंवा रासायनिक बंधन.
२、बाष्पीभवन तापन
(1) प्रतिरोधक उष्णता बाष्पीभवन
रेझिस्टन्स हीटिंग इव्हॅपोरेशन ही सर्वात सोपी आणि सामान्यतः वापरली जाणारी तापवण्याची पद्धत आहे, जी साधारणपणे १५००℃ पेक्षा कमी वितळणबिंदू असलेल्या कोटिंग मटेरियलसाठी लागू होते. उच्च वितळणबिंदू असलेले धातू (उदा. W, Mo, Ti, Ta, बोरॉन नायट्राइड, इत्यादी) वायर किंवा शीटच्या स्वरूपात असतात. त्यांना सामान्यतः योग्य आकाराचा इव्हॅपोरेशन सोर्स बनवून, त्यात इव्हॅपोरेशन मटेरियल भरले जाते आणि विद्युत प्रवाहाच्या जूल उष्णतेद्वारे प्लेटिंग मटेरियल वितळवले जाते, त्याचे बाष्पीभवन किंवा ऊर्ध्वपातन केले जाते. इव्हॅपोरेशन सोर्सच्या आकारात प्रामुख्याने मल्टी-स्ट्रँड स्पायरल, U-आकार, साइन वेव्ह, पातळ प्लेट, बोट, कोन बास्केट इत्यादींचा समावेश असतो. त्याच वेळी, या पद्धतीसाठी इव्हॅपोरेशन सोर्स मटेरियलमध्ये उच्च वितळणबिंदू, कमी संपृक्त बाष्प दाब, स्थिर रासायनिक गुणधर्म, उच्च तापमानात कोटिंग मटेरियलसोबत रासायनिक अभिक्रिया न होणे, चांगली उष्णता प्रतिरोधकता, पॉवर डेन्सिटीमध्ये कमी बदल इत्यादी गुणधर्म असणे आवश्यक आहे. यामध्ये इव्हॅपोरेशन सोर्समधून उच्च विद्युत प्रवाह सोडून त्याला थेट तापवून फिल्म मटेरियलचे बाष्पीभवन केले जाते, किंवा फिल्म मटेरियलला एका विशिष्ट क्रुसिबलमध्ये ठेवले जाते. ग्राफाईट आणि काही उच्च तापमान प्रतिरोधक धातू ऑक्साईड (जसे की A202, B0) आणि अप्रत्यक्ष उष्णतेने बाष्पीभवन करण्यासाठी इतर साहित्य.
रेझिस्टन्स हीटिंग इव्हॅपोरेशन कोटिंगच्या काही मर्यादा आहेत: उच्च तापमान सहन करणाऱ्या धातूंचा बाष्प दाब कमी असतो, ज्यामुळे पातळ थर बनवणे कठीण होते; काही मूलद्रव्ये हीटिंग वायरसोबत सहजपणे मिश्रधातू बनवतात; आणि मिश्रधातूच्या थराची एकसमान रचना मिळवणे सोपे नसते. रेझिस्टन्स हीटिंग इव्हॅपोरेशन पद्धतीची साधी रचना, कमी किंमत आणि सुलभ हाताळणीमुळे, बाष्पीभवन पद्धतीमध्ये याचा वापर खूप सामान्यपणे केला जातो.
(2) इलेक्ट्रॉन बीम हीटिंग इव्हॅपोरेशन
इलेक्ट्रॉन बीम बाष्पीभवन ही एक पद्धत आहे, ज्यामध्ये लेप सामग्रीला पाण्याने थंड केलेल्या तांब्याच्या मुशीत ठेवून, त्यावर उच्च-ऊर्जा घनतेच्या इलेक्ट्रॉन बीमचा मारा करून तिचे बाष्पीभवन केले जाते. बाष्पीभवन स्रोतामध्ये इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन स्रोत, इलेक्ट्रॉन प्रवेगक ऊर्जा स्रोत, एक मुशी (सहसा तांब्याची मुशी), एक चुंबकीय क्षेत्र कॉइल आणि शीतलक जल संच इत्यादींचा समावेश असतो. या उपकरणामध्ये, तापवलेली सामग्री पाण्याने थंड केलेल्या मुशीत ठेवली जाते आणि इलेक्ट्रॉन बीम सामग्रीच्या केवळ एका लहान भागावर मारा करतो, तर उर्वरित बहुतेक सामग्री मुशीच्या शीतलन प्रभावाखाली अत्यंत कमी तापमानावर राहते, ज्याला मुशीचा मारा झालेला भाग मानले जाऊ शकते. अशाप्रकारे, बाष्पीभवनासाठी इलेक्ट्रॉन बीम तापवण्याच्या पद्धतीमुळे लेप सामग्री आणि बाष्पीभवन स्रोत सामग्री यांच्यातील दूषितीकरण टाळता येते.
इलेक्ट्रॉन बीम बाष्पीभवन स्रोताच्या रचनेचे तीन प्रकारांमध्ये वर्गीकरण करता येते: स्ट्रेट गन्स (बाउल्स गन्स), रिंग गन्स (विद्युतदृष्ट्या विचलित) आणि ई-गन्स (चुंबकीयदृष्ट्या विचलित). बाष्पीभवन सुविधेमध्ये एक किंवा अधिक क्रुसिबल ठेवता येतात, जे एकाच वेळी किंवा स्वतंत्रपणे अनेक वेगवेगळ्या पदार्थांचे बाष्पीभवन आणि निक्षेपण करू शकतात.
इलेक्ट्रॉन बीम बाष्पीभवन स्रोतांचे खालील फायदे आहेत.
① इलेक्ट्रॉन बीम बॉम्बार्डमेंट इव्हॅपोरेशन सोर्सच्या उच्च बीम घनतेमुळे रेझिस्टन्स हीटिंग सोर्सपेक्षा खूप जास्त ऊर्जा घनता मिळवता येते, ज्यामुळे W, Mo, Al2O3, इत्यादींसारख्या उच्च वितळणबिंदू असलेल्या पदार्थांचे बाष्पीभवन करता येते.
2) लेपन सामग्री पाण्याने थंड केलेल्या तांब्याच्या मुशीमध्ये ठेवली जाते, ज्यामुळे बाष्पीभवन स्रोत सामग्रीचे बाष्पीभवन आणि त्यांच्यातील प्रतिक्रिया टाळता येते.
③ उष्णता थेट लेप पदार्थाच्या पृष्ठभागावर दिली जाऊ शकते, ज्यामुळे औष्णिक कार्यक्षमता वाढते आणि उष्णता वहन व उष्णता विकिरणामुळे होणारे नुकसान कमी होते.
इलेक्ट्रॉन बीम हीटिंग इव्हॅपोरेशन पद्धतीचा तोटा हा आहे की, इलेक्ट्रॉन गनमधून निघणारे प्राथमिक इलेक्ट्रॉन आणि कोटिंग मटेरियलच्या पृष्ठभागावरील दुय्यम इलेक्ट्रॉन हे बाष्पीभवन होणाऱ्या अणूंना आणि अवशिष्ट वायूच्या रेणूंना आयनीकृत करतात, ज्यामुळे काहीवेळा फिल्मच्या गुणवत्तेवर परिणाम होतो.
(3) उच्च वारंवारता प्रेरण उष्णता बाष्पीभवन
उच्च-फ्रिक्वेन्सी इंडक्शन हीटिंग इव्हॅपोरेशनमध्ये, कोटिंग मटेरियल असलेली क्रुसिबल उच्च-फ्रिक्वेन्सी स्पायरल कॉइलच्या मध्यभागी ठेवली जाते, जेणेकरून उच्च-फ्रिक्वेन्सी इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डच्या प्रेरणेखाली कोटिंग मटेरियलमध्ये तीव्र एडी करंट आणि हिस्टेरेसिस इफेक्ट निर्माण होतो, ज्यामुळे फिल्मचा थर गरम होऊन त्याचे बाष्पीभवन होईपर्यंत तो तापतो. बाष्पीभवन स्रोतामध्ये सामान्यतः पाण्याने थंड केलेली उच्च-फ्रिक्वेन्सी कॉइल आणि ग्रॅफाइट किंवा सिरॅमिक (मॅग्नेशियम ऑक्साईड, ॲल्युमिनियम ऑक्साईड, बोरॉन ऑक्साईड, इत्यादी) क्रुसिबल यांचा समावेश असतो. उच्च-फ्रिक्वेन्सी पॉवर सप्लायमध्ये दहा हजार ते काही लाख हर्ट्झची फ्रिक्वेन्सी वापरली जाते, इनपुट पॉवर काही ते काहीशे किलोवॅट असते, मेम्ब्रेन मटेरियलचे आकारमान जितके लहान असेल, तितकी इंडक्शन फ्रिक्वेन्सी जास्त असते. इंडक्शन कॉइलची फ्रिक्वेन्सी सामान्यतः पाण्याने थंड केलेल्या तांब्याच्या नळीपासून बनवलेली असते.
उच्च-फ्रिक्वेन्सी इंडक्शन हीटिंग बाष्पीभवन पद्धतीचा तोटा हा आहे की इनपुट पॉवर अचूकपणे समायोजित करणे सोपे नसते, त्याचे खालील फायदे आहेत.
① उच्च बाष्पीभवन दर
2) बाष्पीभवन स्रोताचे तापमान एकसमान आणि स्थिर असल्यामुळे, कोटिंगच्या थेंबांची उडण्याची घटना सहज घडत नाही आणि जमा झालेल्या फिल्मवर बारीक छिद्रे पडण्याची घटना देखील टाळता येते.
③बाष्पीभवन स्रोत एकदाच भरला जातो आणि तापमान नियंत्रित करणे तुलनेने सोपे आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: २८ ऑक्टोबर २०२२