Контакты 244851268 Телефон 8(067)6446674
Логин: Пароль: Код проверки: captcha >>Забыли пароль?

Поиск

>>Расширенный

Категории

Новости

Вы здесь: Начало > Новости

Досліди по вакуумному напилювання в домашніх умовах. Частина 3.

  1. Напилення нержавіючої сталі
  2. Інші метали і досвід інших експериментаторів
  3. Інші методи фізичного напилювання
  4. Радіаційна безпека
  5. Конструктивні міркування щодо створення більш досконалої установки
  6. висновок


Продовжуємо знайомство з технологією магнетронного напилення, розпочате тут . На наступній фотографії зображено латунне покриття на склі, судячи з райдужним кільцям, що має товщину порядку декількох мікрон.



Напилення нержавіючої сталі


Наступною мішенню стала велика пластина з немагнітної нержавіючої сталі (мабуть, AISI 304). На підкладці нічого зрозумілого не вийшло, однак кільце іони прогризлі, осадивши навколо тонкі райдужні шари, про вигляду нагадують те, що осіло на підкладці при розпилюванні покритої чимось залізним шайби. Що це? Залізо? Нікель? Хром?



Зрозумілим є одне: потужності для безпосередньо магнетронного розпилення у нас не вистачає. Що ж, спробуємо іонно-плазмовий варіант. Я став шукати щось з нержавійки, близьке до розміру плазмового кільця і ​​не дуже масивне. Вдалося знайти ось таке кільце, розміром трохи менше ідеального.



Плазма стала швидко розігрівати кільце. Якщо відключити струм, то видно, яке воно гаряче.




В результаті кільце не розплавилося, але набуло характерний для прогрітій стали сірий вигляд. Може воно при цьому ще й азотированного?



На підкладці осіло тонке, досить прозоре, рівномірне зеленувате покриття, не схоже на мідь. Але важко сказати, що це і якого складу. Взагалі потрібно якось навчитися визначати склад покриттів. Травленням або якими-небудь методами аналітичної хімії.



Мені прийшла в голову думка, що, може бути, якась істотна частина струму йде під дією магнітного поля прямо по кільцю і розігріває його зразок індукційної печі. Щоб перевірити, чи не так це, я перекусив кільце плоскогубцями. Якщо є якась індукційна складова в його нагріванні, то він повинен значно зменшитися.



Нагрівання кільця анітрохи не зменшився, так що мої підозри були марні. Тоді я вирішив перевірити ще одну ідею - що все-таки нагріває кільце - іонне бомбардування або висока щільність струму на гострих кутах, де йде емісія електронів? Для цього я поклав зверху ще одне кільце, розмірковуючи так: воно ближче до анода, і якщо справа в емісії, то нагріється сильніше воно. А якщо в іонах - то нижня.



Набагато швидше нагрівся нижнє кільце. Таким чином, іонне бомбардування - основне джерело нагріву мішеней в нашому варіанті напилення, а користь від тонких країв маленьких мішеней в основному, мабуть, обумовлена ​​поганим теплоотводом.


Захопившись дослідами я і не помітив, як від нагрівання розмагнітилися магніти. Це і закінчило дану серію експериментів. Потрібна, мабуть, там, котушка, а не магніти. Особливо якщо охолоджувати мішень водою - тоді охолоджувалася б і котушка.


Інші метали і досвід інших експериментаторів



У мене не виявилося під рукою інших металів в прийнятному для мішені вигляді. Однак відомо, що Ryuichi наносив змішані покриття Au-Cu поклавши на мідну мішень золотий ланцюжок, а Віталій Саричев в своїй саморобній установці Напилювана срібло і золото з використанням аргону в якості плазмообразующего газу. Як кухонної альтернативи вакуумному дзвону він використовував не банку, а салатницю, що, звичайно прогресивно, так як покращує огляд, знижує її забруднення парами металу і, в принципі, дає можливість наносити покриття на більшій площі:


Інші методи фізичного напилювання


В обох розглянутих нами поки технологіях для випаровування мішені використаний пучок іонів - будь то азоту в разі магнетронного напилення, або самого матеріалу мішені в разі іонно-плазмового напилення.

Однак існує ряд альтернативних способів нагріти матеріал мішені до температури випаровування. Я сподіваюся випробувати їх в більш досконалих конструкціях напилітельной установки. Таких способів чимало:

  • Резистивний - мішень випаровується пропусканням по ній (або по човнику, в якій вона лежить) електричного струму. Це досить древній і примітивний спосіб, який, звичайно, варто спробувати. У коментарях до першої статті ikaktus запропонував зробити човник з танталу. Це варто спробувати, так як тантал у мене є.
  • Індукційний, запропонований 1i7 - то ж, але без безпосереднього контакту проводів з мішенню. Це, ймовірно, дозволить нагрівати мішень до температур, які б не витримали дроти і напилювати, скажімо, вольфрам.
  • Електродугової, коли для випаровування мішені використовується дуга з низькою напругою і великою силою струму.
  • Нагрівання за принципом лампи з порожнистим катодом - його виділяють в окрему категорію , Але я не цілком зрозумів, чим відрізняється від електродуги.
  • Лазерний - назва його говорить сама за себе. Думаю, для цієї мети підійде завалявся в моєму господарстві 50-ватний ІК лазерний діод .
  • Радіочастотний. Використовує для генерації іонів безелектродний радіочастотний розряд (мабуть, такий як з'являється в розріджених газах поблизу котушки Тесла). Працює при більшому вакуумі (що підвищує якість покриттів) і придатний для напилення діелектриків.
  • Плазмовий (High-target-utilization sputtering, HiTUS). У цьому методі плазма генерується в стороні від мішені і подається на неї щільною струменем.
  • Іонно-променевої. Тут іони утворюються і нейтралізуються в стороні від мішені і на неї надходить потік високоенергетичних нейтральних частинок. Дозволяє напилювати діелектрики, а також незалежно контролювати енергію та інтенсивність пучка іонів.
  • Електронно-променевої - найперспективніший, на мій погляд метод. По-перше, його можна здійснювати в тій же самій установці, помінявши полярність електродів і, можливо, додавши фокусуючу і прискорює системи. По-друге, дозволяє наносити діелектрики. По-третє, електронний промінь дуже управляємо (згадаємо електронно-променеві монітори і електронні мікроскопи) і можна було б з його допомогою не просто розпорошувати мішень як доведеться, а витравляти на ній канавки і фігурки з комп'ютерних моделей. Наприклад, видаляти в потрібних місцях ділянки фоторезиста. Загалом, рухатися далі в бік фотолитографии, МЕМС і всього такого.

Існують також різноманітні модифікації процесу напилення - наприклад, запропоноване vspvsp проведення його не в безперервному, а імпульсному режимі (думаю, це може значно знизити нагрів і окислення покриття, підвищуючи його якість), або метод Ion Assisted Deposition - коли потік нейтральних іонів збиває з підкладки погано закріплені ділянки покриття, а добре зміцнилися - немає. Так вирощують алмазоподібні плівки в NASA.

Популярно і так зване реактивне напилення. Ні, це не напилення за допомогою струменя реактивного двигуна :) Просто в камеру вводиться активний газ - кисень, азот тощо, що вступає в хімічні реакції з атомами мішені на шляху до підкладки. Так саме і отримують різноманітні цікаві покриття типу AlTiN або TiO2.


Радіаційна безпека


Заряджені частинки в камері проходять різниця потенціалів в кілька сотень (приблизно до 1000) вольт. При гальмуванні їх теоретично можливо випромінювання фотонів з енергією до 1 кеВ, що лежить в діапазоні так званого м'якого рентгенівського випромінювання (SX). У передмові до книги Р. Елтона "Рентгенівські лазери" сказано, що довжина пробігу фотонів м'якого рентгена в біоматеріалів становить одиниці - десятки мікрон. Те ж написано і в книзі Е.Кларка "Мікроскопічні методи дослідження матеріалів". Таким чином, навіть якщо м'який рентген при роботі установки і виникає, далі поверхневого шару шкіри він не проникне.


З обговорення в коментарях до відеоролика Ryuichi виходило, що при тих напружених, які присутні в процесі, електрони високої енергії послідовно витрачають її на іонізацію азоту і камера випромінює переважно в області ультрафіолетових хвиль, ефективно поглинаються склом камери.


На користь безпеки процесу говорять два міркування. По-перше, як ми знаємо, напівпровідникові матриці відеокамер фотоапаратів і телефонів показують "сніг" - спалахують пікселі - під дією іонізуючих випромінювань. Я підносив планшет з включеною і прикритої від світла камерою майже впритул до установки і і нічого подібного не помітив. По-друге, ті хто працював зі зварюванням або УФ лампами знають, наскільки неприємне відчуття виникає в очах через деякий час після навіть скороминущого погляду на не самий ще жорсткий ультрафіолет. Я півдня дивився на магнетрон плазму практично в упор і навіть сходив в аптеку за альбуцидом, побоюючись, що з очима почнеться щось жахливе. Але абсолютно нічого не сталося. Мабуть, процес напилення має високий ККД і не розсіює особливо багато енергії у вигляді рентгена та ультрафіолету.


Зважаючи на важливість питання я все-таки знайшов наукове підтвердження безпеки такого роду установок в книзі А. Своллоу "Радіаційна хімія органічних сполук":



Крім того, що обертаються в кільці електрони повинні видавати циклотронне випромінювання в діапазоні радіочастот. Було б цікаво навчитися визначати частоту цього випромінювання, а ще краще зчитувати і використовувати її як параметр контролю роботи установки.


Конструктивні міркування щодо створення більш досконалої установки


Simsun і sevasat зацікавилися можливістю застосування замість вакуумного насоса компресора від холодильника. У мене його на жаль немає. Цікаво, чи існують проекти DIY вакуумних насосів?


Цікаво, також чим можна замінити зв'язку ЛАТР-МОП. Напевно, людство вже придумало щось більш електронне, дешеве і компактне. Який-небудь керований тиристором умножитель або в цьому роді. І, звичайно, варто врахувати справедливе зауваження sjtonic з приводу включених паралельно діодів - цього, звичайно, краще уникнути.


Незважаючи на зручність використання банки або, тим більше, салатниці, неприємним і небезпечним моментом є свердління в них отворів. Це не може не призводити до створення в склі тріщин, сколів і напруг, що загрожує раптовим Лопань банки під нагріванням і вакуумом. Тому я став шукати варіанти компонування робочої області установки, не пов'язані зі свердлінням скла. Варіантів виявилося кілька.


З одного боку, можна було спробувати підвести вакуум і ток до анода через ізольовані отвори в мішені. Тоді банку (або в даному випадку, краще салатницю) можна використовувати як вона є без всякої доопрацювання. Це сильно полегшить і заму банки в разі її засмічення металами або пошкодження. З іншого - якщо навчитися акуратно видаляти дно банки, вийде відмінний скляний циліндр, до якого через другу силіконову прокладку можна прикласти пластину з нержавійки або фторопласта з численними уведеннями-висновками газів і електричних кабелів (до чого мабуть, йде справа.)



Крім того, циліндр має важливу перевагу - з нього можна будувати багатоступінчасті конструкції з вводами і висновками посередині, які нам можу ще не раз стати в нагоді.



Однак після невдалої спроби отримати рівний циліндр з банки за допомогою популярного методу палаючої нитки, і настільки ж невдалого розпилювання банки болгаркою (диском по каменю), я став в ньому сумніватися. Мої сумніви розвіяв vspvsp , Що вказав мабуть найкращий спосіб отримання скляних циліндрів з банок і пляшок шляхом рівного сколювання по попередньо нарізання склорізом контуру з використанням різниці температур .


З іншого боку, можна обійтися і взагалі без банок і циліндричних поверхонь. Адже вони ніяк не беруть участь в самих вакуумних процесах (сподіваюся) і взяті круглими і скляними просто по аналогії з науковими приладами якими ми їх звикли бачити. Що, якщо уявити собі каркас куба до якого з усіх шести сторін атмосферним тиском (або не тільки їм) притиснуті пластини. Будь-яку пластину можна вибрати який заманеться. Це може бути мішень, може бути скло, звичайне і, якщо потрібно, кварцове, може бути пластина металева або діелектрична, повна отворів, патрубків та обладнання. Хоч всі шість пластин можна зробити такими.



А якщо на гранях пластин зробити фаски (або просто взяти пластини трохи менше), то можна об'єднувати куби в тривимірні конструкції, практично необмежені в своїй складності і розташуванні технологічних вводів.



В принципі, використовуючи велику шайбу, можна навіть повертати такі модулі на довільні кути.



В цілому система мені подобається, залишилося придумати тільки як робити самі куби і які конкретні розміри взяти за основу. Можна варити куби з нержавіючого куточка. А можна зі звичайного, а потім покривати фторопластом. Ех, навчитися б вирощувати або напилюють нержавіючі куточки.


У літературі пишуть, що у вакуумній техніці використовується також мідь, алюміній, латунь, дюраль, сталь 20 і сталь 45. Бувалі кажуть, що варити обладнання для вакууму треба не звичайною зварюванням, а аргонно-дугового. Хоча, може бути, напівавтомат з захисним газом теж підійде.


Однак, в високовольтних системах (а у нас, адже, така) металеві куби можуть стати небажаними провідниками. Хороший би їм складатися з чогось вакуум-щільного, але діелектричного. Зі скла такі не зробити. Текстолит? Епоксидні смоли, напевно, виділяють в вакуумі різні гази. Але що, якщо куб з армованої склотканиною епоксидної смоли попередньо прогріти? А потім нанести якийсь вакуум-щільне покриття? Ці питання поки не вирішено. Але, можливо, коли-небудь ми побачимо зручну і просту у виготовленні open source установку, за своїми можливостями не поступається доступне на ринку.


висновок


Вакуумне напилення - красивий і захоплюючий процес, на грунті якого народжується багато наукових, винахідницьких та комерційних ідей. Ви можете підписатися на нашу розсилку , Якщо хочете стежити за подальшим прогресом в цій області (не обіцяю, правда, що він буде швидким). Я буду радий вашим коментарям з приводу поліпшення конструкції установки і ідеям нових дослідів, які можна на ній провести.


У зв'язку з підвищеним інтересом до даної установці і технології, було вирішено провести 14 квітня в ЦМІТ «Лабораторія тривимірного друку» (м Москва) майстер клас по створенню установки вакуумного напилення і роботі з нею. Приходьте, приносьте різні зразки металів і цікавих підкладок, спробуємо зібрати одну або кілька установок. Після цього, я думаю, ні для кого вже не важко буде повторити це у себе вдома. Швидше за все, до цього часу вдасться добути аргон і тантал, так що, думаю, буде цікаво.


І, до речі - це ще не все досліди - далі буде!


Інші статті сайту Науково-технічний онлайн-курс Науково-технічний конструктор
Що це?
Залізо?
Нікель?
Хром?
Може воно при цьому ще й азотированного?
Тоді я вирішив перевірити ще одну ідею - що все-таки нагріває кільце - іонне бомбардування або висока щільність струму на гострих кутах, де йде емісія електронів?
Цікаво, чи існують проекти DIY вакуумних насосів?
Текстолит?
Але що, якщо куб з армованої склотканиною епоксидної смоли попередньо прогріти?
А потім нанести якийсь вакуум-щільне покриття?