Лако-красочные материалы — производство

Тонкопленочные металлополимерные материалы (металлизированные полимеры, изделия из металаа с узким полимерным покрытием, мультислойные системы и др.), создаваемые способами вакуумной технологии, характеризуются высочайшими служебными качествами и отлично применяются при решении разных технических задач. Их применение почти во всем обусловило заслуги оптики, электро- и радиотехники, хим технологий и ряда других отраслей индустрии. При всем этом в последнее время может быть еще больше обширное внедрение вакуумно-плазменных способов при формировании тонкопленочных металлополимерных материалов, что связано, во-1-х, с развитием технической оснащенности, с разработкой и внедрением высокоэффективных технологических процессов, а именно, с внедрением непрерывных автоматических вакуумных установок и, во-2-х, с видными фуррорами в исследовании закономерностей осаждения вакуумных железных и полимерных покрытий.

Основной особенностью формирования данных материалов является протекание сложных физико-химических процессов на границе раздела фаз, их зависимость от критерий и режимов осаждения слоев. Конкретно по этой причине рассмотрение даже самой обычный в технологическом отношении двухслойной системы металл-полимер подразумевает, а именно, учет состояния граничного полимерного слоя как основного ее элемента. Структура и характеристики данного слоя определяются кинетикой протекания диффузионных, контактных хим процессов, имеющих, обычно, релаксационную природу и зависящих от природы взаимодействующих материалов и технологических характеристик формирования адгезионного контакта. В текущее время накоплен большой экспериментальный материал о природе и механизме протекания межфазных взаимодействий, структуре и свойствах граничных слоев, воздействии на особенности и свойства межфазных процессов природы взаимодействующих материалов и наружных термических и механических воздействий. Теоретические исследования, основной целью которых является аналитическое описание межфазных процессов, наименее многочисленны, что разъясняется сложностью протекающих процессов, воздействием огромного числа причин, степень и нрав воздействия которых на межфазные процессы детально не исследованы.

Вакуумное напыление

Вакуумное напыление — перенос частиц напыляемого вещества от источника (места его перевода в газовую фазу) к поверхности детали осуществляется по прямолинейным траекториям при вакууме 10-2 Па и ниже (вакуумное испарение) и методом диффузионного и конвективного переноса в плазме при давлениях 1 Па (катодное распыление) и 10-1-10-2 Па (магнетронное и ионно-плазменное распыление). Судьба каждой из частиц напыляемого вещества при соударении с поверхностью детали находится в зависимости от ее энергии, температуры поверхности и хим сродства материалов пленки и детали. Атомы либо молекулы, достигшие поверхности, могут или отразиться от нее, или адсорбироваться и через некое время покинуть ее (десорбция), или адсорбироваться и создавать на поверхности конденсат (конденсация). При больших энергиях частиц, большой температуре поверхности и малом хим сродстве частичка отражается поверхностью. Температура поверхности детали, выше которой все частички отражаются от нее и пленка не появляется, именуется критичной температурой напыления вакуумного; ее значение находится в зависимости от природы материалов пленки и поверхности детали, и от состояния поверхности. При очень малых потоках испаряемых частиц, даже если эти частички на поверхности адсорбируются, но изредка встречаются с другими такими же частичками, они десорбируются и не могут создавать эмбрионов, т.е. пленка не вырастает. Критичной плотностью потока испаряемых частиц для данной температуры поверхности именуется меньшая плотность, при которой частички конденсируются и сформировывают пленку. Структура напыленных пленок находится в зависимости от параметров материала, состояния и температуры поверхности, скорости напыления. Пленки могут быть бесформенными (стеклообразными, к примеру оксиды, Si), поликристаллическими (металлы, сплавы, Si) либо монокристаллическими (к примеру, полупроводниковые пленки, приобретенные молекулярно-лучевой эпитаксией). Для упорядочения структуры и уменьшения внутренних механических напряжений пленок, увеличения стабильности их параметров и улучшения адгезии к поверхности изделий сразу после напыления без нарушения вакуума создают отжиг пленок при температурах, несколько превосходящих температуру поверхности при напылении. Нередко средством вакуумного напыления делают мультислойные пленочные структуры из разных материалов.

Установки вакуумного напыления

Для вакуумного напыления употребляют технологическое оборудование повторяющегося, полунепрерывного и непрерывного деяния. Установки повторяющегося деяния производят один цикл нанесения пленок при данном числе загружаемых изделий. Установки непрерывного деяния употребляют при серийном и массовом производстве. Они бывают 2-ух видов: многокамерные и многопозиционные однокамерные. 1-ые состоят из поочередно расположенных напылительных модулей, в каждом из которых осуществляется напыление пленок определенных материалов либо их термообработка и контроль. Модули объединены меж собой шлюзовыми камерами и транспортирующим конвейерным устройством. Многопозиционные однокамерные установки содержат несколько напылительных постов (расположенных в одной вакуумной камере), соединяемых транспортным устройством конвейерного либо роторного типа. Главные узлы и системы установок для вакуумного напыления представляют собой самостоятельные устройства, выполняющие данные функции:

• создание вакуума
• испарение либо распыление материала пленок
• транспортировку деталей
• контроль режимов вакуумного напыления и параметров пленок
• электропитание

Напыление вакуумное

Нанесение пленок либо слоев на поверхность деталей либо изделий в критериях вакуума (1,0-1 • 10-7 Па). Напыление вакуумное употребляют в планарной технологии полупроводниковых микросхем, в производстве тонкопленочных гибридных схем, изделий пъезотехники, акустоэлектроники и др. (нанесение проводящих, диэлектрических, слоев защиты, масок и др.), в оптике (нанесение просветляющих, отражающих и др. покрытий), ограниченно — при металлизации поверхности пластмассовых и изделий из стекла, тонировании стекол автомобилей. Способом напыления вакуумного наносят металлы (Al, Au, Cu, Cr, Ni, V, Ti и др.), сплавы (к примеру, NiCr, CrNiSi), хим соединения (силициды, оксиды, бориды, карбиды и др.), стекла сложного состава (к примеру, I2О3 • В2О3 • SiO2 • Аl2О3 • СаО, Та2О • В2О3 • I2О3 • GeO2), керметы.

Напыление вакуумное основано на разработке направленного потока частиц (атомов, молекул либо кластеров) наносимого материала на поверхность изделий и их конденсации. Процесс включает несколько стадий: переход напыляемого вещества либо материала из конденсирированной фазы в газовую, перенос молекул газовой фазы к поверхности изделия, конденсацию их на поверхность, образование и рост эмбрионов, формирование пленки.

Обычно установка для вакуумного напыления включает последующие узлы:

• рабочую камеру, в какой осуществляется напыление пленок;
• источники испаряемых либо распыляемых материалов с системами их энергопитания и устройствами управления;
• откачную и газораспределительную системы, обеспечивающие получение нужного вакуума и компанию газовых потоков (состоят из насосов, натекателей, клапанов, ловушек, фланцев и крышек, ср-в измерения вакуума и скоростей газовых потоков);
• систему электропитания и блокировки всех устройств и рабочих узлов установки;
• систему контроля и управления установкой вакуумного напыления, обеспечивающую данные скорость напыления, толщину пленок, температуру поверхности деталей, температуру отжига, физические характеристики пленок (содержит набор датчиков, связанных через управляющую микропроцессорную ЭВМ с исполнительными механизмами и устройствами вывода инфы);
• транспортирующие устройства, обеспечивающие ввод и вывод деталей в рабочую камеру, четкое размещение их на постах напыления и перевод из одной позиции напыления на другую при разработке мультислойной системы пленок;
• систему вспомогательных устройств и технологическую оснастку (состоят из внутрикамерных экранов, заслонок, манипуляторов, гидро- и пневмоприводов, устройств чистки газов).

Технологии вакуумного напыления являются очень энергозатратными, и в почти всех странах преобразуются в нишевой продукт. Многие компании подменяют вакуумное напыление на более производительное и наименее не дешевое атмосферное плазменное напыление.

Термовакуумное напыление.

Термовакуумный способ получения тонких пленок основан на нагреве в вакууме вещества до его активного испарения и конденсации испаренных атомов на поверхности подложки. К плюсам способа осаждения тонких пленок тепловым испарением относятся высочайшая чистота осаждаемого материала (процесс проводится при высочайшем и сверхвысоком вакууме), универсальность (наносят пленки металлов, сплавов, полупроводников, диэлектриков) и относительная простота реализации. Ограничениями способа являются нерегулируемая скорость осаждения, низкая, непостоянная и нерегулируемая энергия осаждаемых частиц.

Вещество, подлежащее напылению, помещают в устройство нагрева (испаритель) , где оно при довольно высочайшей температуре активно испаряется. В вакууме, который создается снутри камеры особыми насосами, молекулы испаренного вещества свободно и стремительно распространяются в окружающее место, достигая, а именно, поверхности подложки . Если температура подложки не превосходит критичного значения, происходит конденсация вещества на подложке, другими словами рост пленки. На исходном шаге испарения во избежание загрязнения пленки за счет примесей, адсорбированных поверхностью испаряемого вещества, также для вывода испарителя на рабочую температуру употребляется заслонка , временно перекрывающая поток вещества на подложку. Зависимо от многофункционального предназначения пленки в процессе осаждения контролируется время напыления, толщина, электронное сопротивления либо какой-нибудь другой параметр. По достижении данного значения параметра заслонка вновь перекрывает поток вещества и процесс роста пленки прекращается. Нагрев подложки при помощи нагревателя  перед напылением содействует десорбции адсорбированных на ее поверхности атомов, а в процессе осаждения делает условия для улучшения структуры возрастающей пленки. Безпрерывно работающая система откачки поддерживает вакуум порядка 10-4 Па.

Разогрев испаряемого вещества до температур, при которых оно активно испаряется, производят электрическим либо лазерным лучом, СВЧ-излучением, при помощи резистивных подогревателей (методом конкретного пропускания электронного тока через эталон из подходящего вещества либо теплопередачей от нагретой спирали). В целом способ отличается огромным многообразием как по методам разогрева испаряемого вещества, так и по конструкциям испарителей.

Если требуется получить пленку из многокомпонентного вещества, то употребляют несколько испарителей. Так как скорости испарения у разных компонент различные, то обеспечить воспроизводимость хим состава получаемых многокомпонентных пленок достаточно трудно. Потому способ термовакуумного напыления употребляют в главном для незапятнанных металлов.

Весь процесс термовакуумного напыления можно разбить на три стадии: испарение атомов вещества, перенос их к подложке и конденсация. Испарение вещества с поверхности имеет место, вообщем говоря, при хоть какой температуре, хорошей от абсолютного нуля. Если допустить, что процесс испарения молекул (атомов) вещества протекает в камере, стены которой довольно очень нагреты и не конденсируют пар (отражают молекулы), то процесс испарения становится сбалансированным, другими словами число молекул, покидающих поверхность вещества, равно числу молекул, возвращающихся в вещество. Давление пара, соответственное сбалансированному состоянию системы, именуется давлением насыщенного пара, либо его упругостью.

Практика указывает, что процесс осаждения пленок на подложку происходит с применимой для производства скоростью, если давление насыщенного пара приблизительно равно 1,3 Па. Температура вещества, при которой ри = 1,3 Па (ри – давление насыщенного пара при температуре испарения), именуют условной температурой Тусл. Для неких веществ условная температура выше температуры плавления Тпл, для неких – ниже. Если Тусл < Тпл, то это вещество можно активно испарять из жесткой фазы (возгонкой). В неприятном случае испарение производят из водянистой фазы. Зависимости давления насыщенного пара от температуры для всех веществ, применяемых для напыления тонких пленок, представлены в разных справочниках в форме подробных таблиц либо графиков

2-ая стадия процесса напыления тонких пленок – перенос молекул вещества от испарителя к подложке. Если обеспечить прямолинейное и направленное движение молекул к подложке, то можно получить высочайший коэффициент использования материала, что в особенности принципиально при осаждении дорогостоящих материалов. При иных равных критериях это увеличивает также и скорость роста пленки на подложке.

По мере испарения вещества интенсивность потока и диаграмма направленности для большинства типов испарителей равномерно изменяются. В этих критериях поочередная обработка недвижных подложек приводит к разбросу в значениях характеристик пленки в границах партии, обработанной за один вакуумный цикл. Для увеличения воспроизводимости подложки инсталлируются на крутящийся диск-карусель. При вращении карусели подложки попеременно и неоднократно проходят над испарителем, за счет чего нивелируются условия осаждения для каждой подложки и устраняется воздействие временной непостоянности испарителя. Третьей стадией процесса напыления тонких пленок является стадия конденсации атомов и молекул вещества на поверхности подложки. Эту стадию условно можно разбить на два шага: исходный шаг – от момента адсорбции первых атомов (молекул) на подложку до момента образования сплошного покрытия, и оканчивающий шаг, на котором происходит гомогенный рост пленки до данной толщины.