Vakuumli bug'lanish qoplamasining printsipi
1, Vakuumli bug'lanish qoplamasining uskunalari va fizik jarayoni
Vakuumli bug'lanish qoplama uskunasi asosan vakuum kamerasi va evakuatsiya tizimidan iborat. Vakuum kamerasining ichida bug'lanish manbai (ya'ni bug'lanish isitgichi), substrat va substrat ramkasi, substrat isitgichi, egzoz tizimi va boshqalar mavjud.
Qoplama materiali vakuum kamerasining bug'lanish manbaiga joylashtiriladi va yuqori vakuum sharoitida bug'lanish manbai tomonidan qizdirilib, bug'lanadi. Bug' molekulalarining o'rtacha erkin diapazoni vakuum kamerasining chiziqli o'lchamidan kattaroq bo'lganda, plyonka bug'ining atomlari va molekulalari bug'lanish manbai yuzasidan chiqib ketgandan so'ng, boshqa molekulalar yoki atomlarning to'qnashuvi bilan kamdan-kam hollarda to'sqinlik qiladi va to'g'ridan-to'g'ri qoplanadigan substrat yuzasiga yetib boradi. Substratning past harorati tufayli plyonka bug'i zarralari uning ustida kondensatsiyalanadi va plyonka hosil qiladi.
Bug'lanish molekulalari va substratning yopishishini yaxshilash uchun substratni to'g'ri isitish yoki ionlarni tozalash orqali faollashtirish mumkin. Vakuumli bug'lanish qoplamasi materialning bug'lanishi, tashishdan tortib plyonkaga cho'ktirilishigacha quyidagi fizik jarayonlardan o'tadi.
(1) Boshqa energiya shakllarini issiqlik energiyasiga aylantirishning turli usullaridan foydalangan holda, plyonka materiali ma'lum miqdorda energiya (0,1 dan 0,3 eV gacha) bilan bug'lanish yoki gazsimon zarrachalarga (atomlar, molekulalar yoki atom klasterlari) sublimatsiya qilish uchun qizdiriladi.
(2) Gazsimon zarrachalar plyonka yuzasidan chiqib ketadi va substrat yuzasiga ma'lum bir harakat tezligida, asosan to'qnashuvsiz, to'g'ri chiziq bo'ylab tashiladi.
(3) Substrat yuzasiga yetib kelgan gazsimon zarrachalar birlashadi va yadrolanadi, so'ngra qattiq fazali plyonkaga aylanadi.
(4) Plyonkani tashkil etuvchi atomlarning qayta tashkil etilishi yoki kimyoviy bog'lanishi.
2, bug'lanish bilan isitish
(1) Qarshilik bilan isitish bug'lanishi
Qarshilik bilan isitish bug'lanishi eng oddiy va eng ko'p ishlatiladigan isitish usuli bo'lib, odatda 1500 ℃ dan past erish nuqtasiga ega qoplama materiallariga, sim yoki varaq shaklidagi yuqori erish nuqtasiga ega metallarga (W, Mo, Ti, Ta, bor nitridi va boshqalar) qo'llaniladi. Odatda bug'lanish manbai mos shaklga keltiriladi, bug'lanish materiallari bilan to'ldiriladi, elektr tokining Joule issiqligi orqali qoplama materialini eritish, bug'lantirish yoki sublimatsiya qilish mumkin. Bug'lanish manbai shakli asosan ko'p simli spiral, U shaklidagi, sinus to'lqini, yupqa plastinka, qayiq, konus savati va boshqalarni o'z ichiga oladi. Shu bilan birga, usul bug'lanish manbai materialining yuqori erish nuqtasiga, past to'yingan bug' bosimiga, barqaror kimyoviy xususiyatlarga ega bo'lishini, yuqori haroratda qoplama materiali bilan kimyoviy reaksiyaga kirishmasligini, yaxshi issiqlikka chidamliligini, quvvat zichligining kichik o'zgarishini va boshqalarni talab qiladi. Bug'lanish manbai orqali yuqori tokni qabul qilib, uni to'g'ridan-to'g'ri isitish orqali plyonka materialini qizdiradi va bug'lantiradi yoki plyonka materialini grafit va ba'zi yuqori haroratga chidamli metall oksidlaridan (masalan, A202, B0) va bilvosita isitish uchun boshqa materiallardan yasalgan tigelga soladi.
Qarshilikli isitish bug'lanish qoplamasining cheklovlari bor: olovga chidamli metallar past bug' bosimiga ega, bu esa yupqa plyonka hosil qilish qiyin; ba'zi elementlar isitish simi bilan qotishma hosil qilish oson; qotishma plyonkasining bir xil tarkibini olish oson emas. Qarshilikli isitish bug'lanish usulining oddiy tuzilishi, arzonligi va oson ishlashi tufayli bug'lanish usuli juda keng tarqalgan qo'llanilish sohasi hisoblanadi.
(2) Elektron nurlari bilan isitish bug'lanishi
Elektron nurli bug'lanish - bu qoplama materialini suv bilan sovutilgan mis tigelga joylashtirish orqali uni yuqori energiyali zichlikdagi elektron nuri bilan bombardimon qilish orqali bug'lantirish usuli. Bug'lanish manbai elektron emissiya manbai, elektron tezlanish quvvat manbai, tigel (odatda mis tigel), magnit maydon bobini va sovutish suvi to'plami va boshqalardan iborat. Ushbu qurilmada qizdirilgan material suv bilan sovutilgan tigelga joylashtiriladi va elektron nuri materialning juda kichik qismini bombardimon qiladi, qolgan materialning ko'p qismi esa tigelning sovutish ta'siri ostida juda past haroratda qoladi, bu esa tigelning bombardimon qilingan qismi deb hisoblanishi mumkin. Shunday qilib, bug'lanish uchun elektron nurli isitish usuli qoplama materiali va bug'lanish manbai materiali o'rtasidagi ifloslanishning oldini olishi mumkin.
Elektron nurli bug'lanish manbasining tuzilishini uch turga bo'lish mumkin: to'g'ri to'pponchalar (Boules to'pponchalari), halqali to'pponchalar (elektr yo'nalishi bo'yicha yo'naltirilgan) va elektron to'pponchalar (magnit yo'nalishi bo'yicha yo'naltirilgan). Bug'lanish moslamasiga bir yoki bir nechta tigellar qo'yilishi mumkin, ular bir vaqtning o'zida yoki alohida-alohida ko'plab turli moddalarni bug'lantirishi va cho'ktirishi mumkin.
Elektron nurlarining bug'lanish manbalari quyidagi afzalliklarga ega.
①Elektron nurlarini bombardimon qilish bug'lanish manbasining yuqori nur zichligi qarshilik isitish manbasiga qaraganda ancha yuqori energiya zichligiga ega bo'lishi mumkin, bu esa W, Mo, Al2O3 va boshqalar kabi yuqori erish nuqtasi materiallarini bug'lantirishi mumkin.
②Qoplama materiali suv bilan sovutilgan mis tigelga joylashtiriladi, bu esa bug'lanish manbai materialining bug'lanishini va ular orasidagi reaksiyani oldini oladi.
③ Issiqlik to'g'ridan-to'g'ri qoplama materialining yuzasiga qo'shilishi mumkin, bu esa issiqlik samaradorligini yuqori va issiqlik o'tkazuvchanligi va issiqlik nurlanishining yo'qolishini kamaytiradi.
Elektron nurli isitish bug'lanish usulining kamchiligi shundaki, elektron tabancadan birlamchi elektronlar va qoplama materiali yuzasidan ikkilamchi elektronlar bug'lanayotgan atomlar va qoldiq gaz molekulalarini ionlashtiradi, bu esa ba'zan plyonka sifatiga ta'sir qiladi.
(3) Yuqori chastotali induksion isitish bug'lanishi
Yuqori chastotali induksion isitish bug'lanishi qoplama materiali solingan tigelni yuqori chastotali spiral bobinning markaziga joylashtirishdan iborat, shunda qoplama materiali yuqori chastotali elektromagnit maydon induksiyasi ostida kuchli quyuq oqim va gisterezis effektini hosil qiladi, bu esa plyonka qatlamining bug'lanib, bug'lanib ketguncha qizib ketishiga olib keladi. Bug'lanish manbai odatda suv bilan sovutilgan yuqori chastotali bobin va grafit yoki keramik (magniy oksidi, alyuminiy oksidi, bor oksidi va boshqalar) tigeldan iborat. Yuqori chastotali quvvat manbai o'n mingdan bir necha yuz ming Gts gacha chastotadan foydalanadi, kirish quvvati bir necha yuzdan bir necha kilovattgacha, membrana materialining hajmi qanchalik kichik bo'lsa, induksion chastotasi shuncha yuqori bo'ladi. Induksion bobin chastotasi odatda suv bilan sovutilgan mis naychadan tayyorlanadi.
Yuqori chastotali induksion isitish bug'lanish usulining kamchiligi shundaki, kirish quvvatini aniq sozlash oson emas, u quyidagi afzalliklarga ega.
①Yuqori bug'lanish tezligi
②Bug'lanish manbasining harorati bir xil va barqaror, shuning uchun qoplama tomchilarining sachrash hodisasini keltirib chiqarish oson emas va bu shuningdek, cho'ktirilgan plyonkada teshiklar paydo bo'lishining oldini olishi mumkin.
③Bug'lanish manbai bir marta yuklanadi va harorat nisbatan oson va boshqarish oson.
Nashr vaqti: 2022-yil 28-oktabr