Особенности выполнения плазменного напыления: характеристика и задачи диффузной металлизации. Плазменное напыление металла

Плазменное напыление металла: оборудование, фото, видео

Виды и применение процессов плазменного напыления металлов

Плазменное напыление (или, другими словами – диффузионная металлизация) эффективный способ изменения физико-механических свойств, а также структуры основной поверхности. Поэтому он часто используется с декоративными целями, и для увеличения стойкости конечного продукта.

Плазменное напыление металла

Принцип плазменного напыления

Как и традиционные методы поверхностных покрытий, при диффузионной металлизации происходит осаждение на поверхности металла слоя другого металла или сплава, который обладает необходимыми для последующего применения детали свойствами – нужным цветом, антикоррозионной стойкостью, твёрдостью. Отличия заключаются в следующем:

1. Высокотемпературная (5000 — 6000 °С) плазма значительно ускоряет процесс нанесения покрытий, который может составлять доли секунд.
2. При диффузионной металлизации в струе плазмы в поверхностные слои металла могут диффундировать также химические элементы из газа, где проводится обработка. Таким образом, регулируя химический состав газа, можно добиваться комбинированного поверхностного насыщения металла атомами нужных элементов.
3. Равномерность температуры и давления внутри плазменной струи обеспечивает высокое качество конечных покрытий, чего весьма трудно достичь при традиционных способах металлизации.
4. Плазменное напыление отличается чрезвычайно малой длительностью процесса. В результате не только повышается производительность, но также исключается перегрев, окисление, прочие нежелательные поверхностные явления.

Рабочие установки для реализации процесса

Поскольку чаще всего для инициации высокотемпературной плазмы используется электрический разряд – дуговой, искровой или импульсный – то применяемое для такого способа напыления оборудование включает:

• Источник создания разряда: высокочастотный генератор, либо сварочный преобразователь;
• Рабочую герметизированную камеру, где размещается подвергаемая металлизации заготовка;
• Резервуар для газа, в атмосфере которого будет производиться формирование высокотемпературной плазмы;
• Насосной или вакуумной установки, обеспечивающей необходимое давление для прокачки рабочей среды или для создания требуемого разрежения;
• Системы управления за ходом протекания процесса.

Работа плазмотрона, выполняющего плазменное напыление, происходит так. В герметизированной камере закрепляется напыляемая деталь, после чего между поверхностями рабочего электрода (в состав которого входят напыляемые элементы) и заготовкой возбуждается электрический разряд. Одновременно через рабочую зону с требуемым давлением прокачивается жидкая или газообразная среда. Её назначение – сжать зону разряда, повысив тем самым объёмную плотность его тепловой мощности. Высококонцентрированная плазма обеспечивает размерное испарение металла электрода и одновременно инициирует пиролиз окружающей заготовку среды. В результате на поверхности образуется слой нужного химического состава. Изменяя характеристики разряда – ток, напряжение, давление – можно управлять толщиной, а также структурой напыляемого покрытия.

Схема плазменного напыления

Аналогично происходит и процесс диффузионной металлизации в вакууме, за исключением того, что сжатие плазмы происходит вследствие разницы давлений внутри и вне её столба.

Технологическая оснастка, расходные материалы

Выбор материала электродов зависит от назначения напыления и вида обрабатываемого металла. Например, для упрочнения штампов наиболее эффективны электроды из железо-никелевых сплавов, которые дополнительно легируются такими элементами, как хром, бор, кремний. Хром повышает износостойкость покрытия, бор – твёрдость, а кремний – плотность финишного покрытия.

При металлизации с декоративными целями, главным критерием выбора металла рабочего электрода является конфигурация напыляемой поверхности, а также её внешний вид. Напыление медью, например, производят электродами из электротехнической меди М1.

Важной структурной составляющей процесса является состав среды. Например, при необходимости получить в напыляемом слое высокостойкие нитриды и карбиды, в газе должны присутствовать органические среды, содержащие углерод или азот.

Последующая обработка готового покрытия

В силу особенностей процесса плотность напылённого слоя и прочность его сцепления с основным металлом не всегда бывают достаточными для обеспечения долговечности покрытия. Поэтому часто после обработки деталь подвергается последующему поверхностному оплавлению с использованием кислородно-ацетиленового пламени, либо в термических печах. Как следствие, плотность покрытия возрастает в несколько раз. После этого продукцию шлифуют и полируют, применяя твердосплавный инструмент.

С учётом последующей доводки изделия, толщину слоя металла после обработки принимают не менее 0,8 — 0,9 мм.

Для придания детали окончательных прочностных свойств её закаливают и отпускают, применяя технологические режимы, рекомендуемые для основного металла.

Плазменное напыление повышает теплостойкость, износостойкость и твёрдость изделий, увеличивает их способность противодействовать коррозионным процессам, а напыление с декоративными целями значительно улучшает внешний вид деталей.

Ограничениями технологии диффузионного плазменного напыления считаются чрезмерная сложность конфигурации заготовки, а также относительная сложность используемых установок.

При невысоких требованиях к равномерности образующегося слоя можно использовать и более простые установки, конструктивно напоминающие сварочные полуавтоматы. В этом случае плазменное напыление производится в воздушном пузыре, который образуется при обдуве зоны обработки компрессором. Электроды, в составе которых имеется напыляемый металл, последовательно перемещаются по контуру изделия. Для улучшения сцепления напыляемого металла с основой внутрь зоны напыления вводится также присадочный материал.

Процесс напыления металлического порошка на токарном станке

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

stankiexpert.ru

Плазменное напыление как способ защиты изделий диффузной металлизацией

Металлизация – эффективный способ придать конечному продукту дополнительные технические и эксплуатационные характеристики. Плазменное напыление представляет собой совершенный вариант диффузной обработки металлических поверхностей для создания качественного покрытия из другого металла или сплава. Диффузная металлизация позволяет улучшить твердость, прочность, цвет и антикоррозийные свойства исходной детали.

Отличительные особенности диффузного напыления

При работе с металлическими поверхностями часто возникает необходимость придать конечному продукту дополнительные характеристики, чтобы расширить область применения детали. Можно защитить металлическую поверхность от воздействия влаги, высокой температуры и агрессивной химической среды. Плазменное напыление имеет ряд особенностей, которые отличают процесс металлизации от других вариантов обработки металлических поверхностей:

1. Ускоренный процесс нанесения покрытий благодаря высокотемпературному воздействию на обрабатываемую поверхность – порядка 5000-6000° C. Технологически напыление может длиться доли секунд для получения необходимого результата.
2. Плазменная обработка металлов позволяет создать на поверхности комбинированный слой. Диффундировать можно не только металлические частицы, но и элементы газа из плазменной струи. В итоге металл насыщается атомами нужных химических элементов.
3. Традиционная металлизация протекает неравномерно и характеризуется длительностью технологического процесса и возможными окислительными реакциями. Струя высокотемпературной плазмы создает равномерную температуру и давление, обеспечивая высокое качество финальных покрытий.
4. При помощи плазменной струи перенос частиц металла и атомов газа происходит мгновенно. Процесс относится к области сварки с применением порошков, стержней, прутков и проволоки. Перенесенные частицы образуют слой толщиной от нескольких микрон до миллиметров на поверхности твердого тела.

Современная диффузная металлизация предполагает использование более сложного оборудования, чем в случаях, когда применяют газоплазменное оборудование. Для организации процесса диффузной обработки требуется одновременно наличие газовой и электрической аппаратуры.

Оборудование для диффузного воздействия

Ионно-плазменное напыление по поверхности металлов проводится с использованием высокотемпературной технической плазмы – совокупности большого количества частиц (квантов света, положительных ионов, нейтральных частиц, электронного газа). Под воздействием высокой температуры за счет электрических разрядов в газах происходит интенсивная термоионизация частиц, которые сложно взаимодействуют друг с другом и окружающей средой. Благодаря этому различают плазму, ионизированную слабо, умеренно и сильно, которая, в свою очередь, бывает низкотемпературной и высокотемпературной.

Создать необходимые условия для протекания процесса плазменной ионизации и обработки металлических покрытий помогает специальное оборудование – плазменные установки. Обычно для работы используется дуговой, импульсный или искровой электрические разряды.

Для реализации технологического процесса требуются следующие установки:

1. Генератор высокочастотного типа (можно использовать сварочный преобразователь) – служит источником разряда.
2. Герметизированная камера, в которую помещают детали для нанесения покрытий методом плазменного напыления.
3. Газовый резервуар. В его атмосфере выполняется ионизация частиц под действием электрического разряда.
4. Установка, создающая давление газа. Можно использовать вакуумную или насосную аппаратуру.
5. Система, при помощи которой можно качественно изменять токовые характеристики, давление, напряжение, тем самым увеличивая или уменьшая толщину напыляемых покрытий.

Как происходит плазменное напыление: в герметизированной камере фиксируют обрабатываемую деталь, создают электрический разряд, прокачивают рабочую среду с необходимым давлением и напыляемыми порошковыми элементами. Образуется высокотемпературная плазма, которая переносит частицы порошков вместе с газовыми атомами на поверхность некоторой детали. При проведении диффузной металлизации в вакууме, в атмосфере инертного газа или при пониженном давлении можно увеличить скорость движения частиц и получить боле плотный и высокоадгезивный тип покрытий.

Поскольку напыляемым материалом может служить практически любой сплав или металл, ионно-плазменное напыление широко используют в различных отраслях промышленности, а также для проведения ремонтно-восстановительных работ. Любой металл в виде порошков подается в плазменные установки, где под воздействием высокотемпературной плазмы расплавляется и проникает в обрабатываемую металлическую поверхность в виде тонкого слоя напыления. Сферы применения диффузной металлизации:

• детали для авиационной, космической и ракетной промышленности;
• машиностроительное оборудование и энергетическая отрасль;
• металлургическая и химическая отрасль промышленности;
• нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая и угольная отрасль;
• транспортная сфера и производство приборов;
• ремонт и реставрация машин, оборудования, изношенных деталей.

Когда струя плазмы и порошков проходит по электродуге и осаживается на обрабатываемой поверхности, образованный слой приобретает важные качественные и эксплуатационные характеристики:

• жаростойкость;
• жаропрочность;
• коррозийную устойчивость;
• электроизоляцию;
• теплоизоляцию;
• эрозийную прочность;
• кавитационную защиту;
• магнитные характеристики;
• полупроводниковые свойства.

Ввод напыляемых порошков в установки осуществляется с плазмообразующим или транспортируемым газом. Плазменное напыление позволяет получать различные типы покрытий без ограничения по температуре плавления: металлы, комбинированные сплавы, карбиды, оксиды, бориды, нитриды, композит. Материал, который обрабатывается в установках, не подвергается структурным изменениям, но поверхность изделия приобретает необходимые качественные характеристики. Напылять можно комбинированные слои (мягкие и твердые), тугоплавкие покрытия, различные по плотности составы.

Для нанесения на металлическую поверхность некоторого слоя напыления в условиях высокотемпературной плазменной среды в качестве формирующих покрытий используют не только порошковые составы. В зависимости от того, какими свойствами должна обладать обработанная поверхность, используют следующие особенности плазменной металлизации:

1. Наплавление высокоуглеродистой или легированной проволокой под флюсом. Для восстановления поверхностей используют наплавку в установках стержневым или пластинчатым электродом.
2. Наплавка по порошковому слою под флюсом используется для реставрации деталей с обширными деформациями по окружности с толщиной слоя более 2 мм.
3. Установки для напыления пропускают в качестве плазмообразующих газов аргон, азот, водород, гелий либо их смеси. Необходимо обеспечить отсутствие кислорода, чтобы исключить окисление наплавляемых покрытий.

Наиболее часто этот вид обработки используют для восстановления различных деталей при ремонте автомобильных двигателей. Так, при помощи диффузной металлизации удается восстановить отверстия коренных опор в блоках цилиндров (распространенная поломка), устранить износ головок цилиндров, реставрировать поршни из алюминиевого сплава, коленчатые валы из высокопрочного чугуна, ролики, катки.

При использовании ионно-плазменного напыления значительно возрастает износостойкость сложных узлов оборудования, механизмов и установок. Диффузная металлизация – это эффективный метод реставрации изношенного и усталого металла, а также оптимальный процесс для задания металлическим поверхностям необходимых прочностных и эксплуатационных характеристик.

kraska.guru

Плазменное напыление, плазмотроны

Плазменное напыление, с помощью которого раньше решали абсолютно любые задачи нанесения покрытий, сейчас признано наиболее подходящим для нанесения керамических покрытий для придания термобарьерных, электроизоляционных, уплотнительных свойств поверхностям. Мы эксплуатируем установки плазменного напыления, оснащенные различными плазмотронами.

В нашем ассортименте:

• Система начального уровня, передвижной комплекс оборудования плазменного
• напыления Компакт-плазма Плакарт РС
• Универсальная установка Плакарт P-1000
• Установка повышенной мощности с треханодным плазмотроном Плакарт Delta
• Различные плазмотроны – универсальные, для наружного и внутреннего напыления

Плакарт P–1000

Установка плазменного напыления (APS, Air Plasma Spray) Плакарт P–1000 для нанесения керамических покрытий

Комплекс широко используется в авиационном и энергетическом машиностроении для создания металлических и керамических износостойких термобарьерных (теплозащитных) электроизоляционных, уплотнительных (истираемых) покрытий с применением различных плазмотронов.

Характеристики установки плазменного напыления Плакарт P-1000

Комплекс P-1000 работает на смеси газов: основной - аргон, дополнительный - азот, водород или гелий.

Система управления установкой - на базе контроллера Simatic S7-300

Система управления смонтирована в пылезащищенном шкафу. Модульная структура контроллера позволяет использовать большой спектр дополнительных функциональных и коммуникационных модулей, расширяющих возможности ЦПУ. Установка управляется с панели оператора, которая позволяет отображать параметры протекающих процессов и управлять ими. С панели оператора могут контролироваться все технологические параметры процесса и запоминаться более 100 вариантов технологических программ.

Пульт управления установкой плазменного напыления

Блок газоподготовки для подачи газа в плазмотрон

Блок газоподготовки включает:

• Металлические газовые линии
• Датчик давления для каждого газа
• Отдельные микрофильтры и электромагнитные клапаны для каждого газа
• Детекторы утечки газа
• Электронные расходомеры Bronkhorst El-Flow
• Блок управления сжатым воздухом для охлаждения детали
• Управление сжатым воздухом для охлаждения детали
• Контроль расхода охлаждающей жидкости

Все данные с блока газоподготовки выводятся на панель оператора. Плазмообразующие газы: аргон, водород, азот, гелий. Система позволяет работать с одним или двумя плазмообразующими газами.

Транспортирующий газ: аргон

Источник питания плазмотрона PPC 2002

Источник постоянного тока PPC 2002 выполнен по принципу высококачественного инвертирования постоянного тока, что обеспечивает плавное нарастание тока дуги.

Техническая характеристика

Система охлаждения VWK-270/1-S

Порошковый дозатор PF 2/2

Порошковый дозатор состоит из двух бункеров, двух миксеров, двух дисковых приводов регулирования подачи порошка. Газовая система питателя состоит из двух ротаметров, предохранительных клапанов, электромагнитных вентилей, дросселей и шлангов.

Управление работой питателя выполнено на базе контроллера Simatic S7-300. Питатель порошка может работать как в автономном режиме, либо управляться с центральной панели оператора.

Бункеры (колбы) могут иметь ёмкость 1,5 или 5 литров — количество и объем колб оговаривается при подписании договора.

Производительность одной колбы до 6 кг/час в зависимости от типа порошка.

Система охлаждения PC 250

Плазмотроны

Плазмотрон F4

Плазмотрон F4 – один из наиболее распространенных в мире плазмотронов, аттестованный для наибольшего количества применений в авиации и энергетике. Доступен с различными разъемами для подключения водяного охлаждения (прямой, под 90°), может поставляться с ручкой для ручного напыления. Для этого плазмотрона, а так же для более продвинутых плазмотронов F6 и P2 разработана довольно широкая база данных стандартных параметров напыления, доступная для приобретения. Плазмотрон является вероятно, наиболее универсальным из устройств с одним анодом и одним катодом с точки зрения широты задаваемых параметров покрытий — материала, пористости, твердости и шероховатости.

• Обычно эксплуатируются с плазменными установками мощностью до 55 Квт
• Обычно эксплуатируются с плазмообразующими газами Ar/h3, для некоторых материалов могут применяться смеси Ar/He, Ar/N2 или N2/h3;
• Для увеличения качества напыления используются различные сопла: сопла Лаваля позволяют напыление с более высокими эффективностью и коэффициентом использования при пониженном уровне шума.

Плазмотрон F6

Широко известный, аттестованный в газотурбостроении плазмотрон, основанный на классическом плазмотроне F4. При сохранении базовой геометрии, расположении анода/катода и основных параметров напыления, улучшенная система охлаждения позволяет существенно продлить ресурс анода/катода и производительность плазмотрона. Кроме того, все части плазмотрона выполнены из бронзы, без применения пайки. Быстросъемные соединения позволяют замену электродов за секунды. Фиттинги шлангов водяного охлаждения объединены с базовой пластиной плазмотрона и не повреждаются при замене электродов. Технические характеристики:

• Обычно эксплуатируются с плазменными установками мощностью до 55 Квт
• с плазмообразующими газами Ar/h3, для некоторых материалов могут применяться смеси Ar/He, Ar/N2 или N2/h3;
• Для увеличения качества напыления используются различные сопла: сопла Лаваля позволяют напыление с более высокими эффективностью и коэффициентом использования материала при пониженном уровне шума.

Плазмотрон Delta

Использование одного катода и трех анодов в одном плазмотроне позволяет объединить преимущества известных одно-анодной и трехкатодной технологии плазменного напыления.

Единственная стабильная дуга обеспечивает плазменное напыление с производительностью по порошку до 300 г/мин. Обычно производительность можно увеличить более чем на 50% (по сравнению со стандартным плазмотроном)

Плазмотрон Дельта состоит из каскада, сопла, треханодного сегмента и малоизнашиваемого контактного электрода, монтируемого на задней части устройства. Основной компонент может заменяться быстро и просто. Это уменьшает потери времени и позволяет легко оптимизировать плазмотрон под различные операции, просто меняя сопла (на сегодня — 7, 8 и 9 мм)

Сравнение плазмотронов Delta со стандартными:

F4 / F6 / P2:

• Единственная дуга
• различные диаметры сопел
• колебание напряжения +/-20V.

Delta:

• Одна каскадируемая дуга, стабилизированная как аксиально, так и радиально
• колебание напряжения +/-3V.
• Постоянная передача плазменной энергии радиально впрыскиваемым частицам порошка. Дуга равномерно распределяется на три анода.
• Не требуется корректировка положения порошковых инжекторов в зависимости от параметров напыления, т.к. положение трех оснований анодов сбалансировано радиально.

Технические характеристики:

• Обычно эксплуатируются с плазменными установками мощностью до 70 Квт
• Обычно эксплуатируются с плазмообразующими газами Ar/h3, для некоторых материалов может применяться смесь Ar/He;
• Благодаря высокой производительности и эффективности рекомендуется для напыления покрытий на большие поверхности. Не лучший выбор для маленьких деталей — довольно большое пятно распыления.

Плазмотрон P2

Плазмотрон Р2 основан на известном плазмотроне F4. Базовая геометрия, размещение анода и катода полностью совпадают, что позволяет использовать базовые параметры напыления плазмотрона F4. Главное преимущество плазмотрона — его компактность, обеспечиваемая более коротким электродом, охлаждаемым не водой, а задней частью плазмотрона. Парадоксально, но расчеты доказывают, что увеличение температуры электрода продляет его ресурс. Аноды и катоды стоят значительно дешевле, чем для F4. Технические характеристики:

• Обычно эксплуатируются с плазменными установками мощностью до 55 Квт
• Обычно эксплуатируются с плазмообразующими газами Ar/h3, для некоторых материалов могут применяться смеси Ar/He, Ar/N2 или N2/h3;
• Для увеличения качества напыления используются различные сопла: сопла Лаваля позволяют напыление с улучшенными эффективностью и коэффициентом использования материала при пониженном уровне шума.

Технические характеристики плазмотронов для внутреннего напыления

Плазмотрон F1

Широко известный, общепринятый в двигателестроении плазмотрон для напыления в отверстиях размером от 80 мм

• Обычно эксплуатируются с плазменными установками мощностью до 500 А
• Обычно эксплуатируются с плазмообразующими газами Ar/h3,
• Минимальный диаметр отверстия— 80 90 мм

Предназначен для напыления внутренних поверхностей диаметром от 90 мм.

Плазмотрон F7

Плазмотрон F7 разработан для напыления внутренних поверхностей, при этом его быстросъемное соединение совпадает с соединением основания плазмотрона F6, что позволяет обеспечить замену с внешнего на внутренний плазмотрон. Преимущества:

• Улучшенное по сравнению с F1 энергопотребление, обычно используется при силе тока до 600 A
• Возможность охлаждения напыляемой детали воздушными соплами, встроенными в плазмотрон;
• Минимальный диаметр напыляемого отверстия - 90 мм

Плазмотрон F2

Плазмотрон F2 разработан для напыления внутренних отверстий размером от 50 мм стандартной глубиной до 640 мм (возможно увеличение длины плазмотрона по запросу). При мощности не более 16 Квт плазмотрон уступает более мощным моделям по производительности и качеству напыления, однако выигрывает по работе в малых диаметрах. Быстросъемная горелка обеспечивает легкие установку и снятие плазмотрона.

Технические характеристики

Универсальные плазматроны

Плазматрон SG-100

Максимальная мощность: до 80 кВт (в зависимости от используемых комплектов анод-катод). Возможна комплектация поворотным соплом на 90°, удлинителем для напыления внутренних поверхностей диаметром от 70 мм глубиной до 900 мм.

Технические характеристики плазматрона SG-100

www.plackart.com

Способы напыления металлов

Традиции производства металлических изделий накапливались столетиями. Наука многократно модернизировала общепринятые технологические схемы, но всегда оставались существенными сырьевые и энергетические потери на всех этапах техпроцесса. Идея его кардинального изменения зародилась в начале ХХ века, когда известный русский инженер-металлург Соболевский П.Г. порекомендовал применить напыление металла в производстве машиностроительных изделий. Усовершенствование этой технологии способствовало образованию инновационной специализации – порошковой металлургии, обуславливающей замену традиционной обработки металла автоматизированными операциями прессовки и спекания материалов.

Технология напыления металлов является современным способом нанесения однородного металлического слоя на деталь при использовании раскаленной скоростной струи, имеющей в своем составе порошковые элементы, осаждающиеся на базисном металле при ударном столкновении с ним. Для выбора оптимального метода напыления металла следует принимать во внимание форму и размерные габариты деталей; точность и характер погрешности покрытия, его технико-эксплуатационные особенности; расход на базовое и дополнительное оснащение, порошковые материалы, на черновое и заключительное обрабатывание покрытий и прочее.

Способы и оборудование для напыления металлов

Однако порошковое напыление металла вовсе не ограничивается одним лишь производством деталей из порошков. Не менее важным является такое ее направление, как нанесение на металлическую поверхность слоя мелкодисперсной среды из огнеупорных, коррозионно- и износостойких материалов для улучшения функциональных, реставрационных и декоративных характеристик. При использовании в этих целях многокомпонентных порошковых материалов возрастает риск возникновения неоднородности покрытия, связанной с сегрегацией (расслаиванием) порошков. Такая проблема разрешается применением пластичных шнуровых материалов, имеющих в своем составе порошок, который фиксируется пластичной связкой. При обработке поверхности вещество связки целиком испаряется и на подложку изделия оседает лишь непосредственно порошок.

Сущность вакуумного напыления металлов состоит в том, что требуемый материал в результате сильного нагревания в вакуумном пространстве переходит в пар, который конденсируется в виде плоской пленки на наружной стороне тех или иных изделий.

Процесс термонапыления относительно прост и включает такие операции: расплавка металлического сырья в специальном пистолете (горелке) и напыление металла в жидком состоянии на заблаговременно обработанную поверхность при помощи сжатого воздуха. В ходе газопламенного напыления металла непрерывно перемещающийся напыляемый материал в форме проволоки или стержня продвигается через пистолет и плавится в конусовидном потоке горючего газа (диметилметана или топлива с содержанием ацетилена и кислорода). Кончик расплавленной проволоки встраивается в конусовидный поток и наносится на поверхность подложки. При контакте с поверхностью микрочастицы наносимого вещества моментально остывают и трансформируются, прочно сцепляясь с ней. В связи с этим, газотермическое напыление отличается мельчайшей ленточной или планарно-зернистой структурой.

Данный способ обработки идеально подходит для напыления труднодоступных участков. При его использовании следует контролировать дистанцию между пистолетом и обрабатываемым изделием, поддерживать оптимальную температуру напыления, соблюдать чистоту. Соблюдение точно выбранного промежутка и скорости передвижения пистолета обеспечивает оптимальную дозу материала и толщину наносимого слоя. Поскольку в ходе напыления металла создается пыль, следует регулярно прочищать фронтальную часть аппарата, чтобы гарантировать нанесение свежего слоя на очищенную поверхность. Использование газопламенного способа нанесения позволяет создавать покрытия с достаточной пористостью (до 12 %) и небольшой адгезией к основе, что связано с невысокой скоростью воздушно-газовой струи (менее 50 м/с). Температурный режим горения пламени лимитирует спектр металлов, которые можно наносить таким способом.

При осуществлении плазменного или газоплазменного напыления металла в качестве источника тепла выступает электродуга, возникающая между парой электродов. В зону ее горения нагнетается инертный газ, способный ионизироваться и образовывать плазму (температурой до 15000 °С). В плазменную струю поступает порошок наносимого металла, который плавится и переходит на обрабатываемую подложку. Вопреки высоким температурам в месте горения электродуги, изделие не подвергается перегреву, поскольку при переходе из участка дуги температурные показатели резко снижаются. Оборудование для такого типа нанесения металла сложнее, в сравнении с газопламенным из-за дополнительной потребности в электроаппаратуре.

В наиболее ответственных задачах для получения максимальной адгезии и прочности покрытий плазменную обработку осуществляют в вакуумном оборудовании для напыления металлов при низком давлении. Снижение давления обеспечивает возрастание скорости микрочастиц, что способствует получению более прочных химически стойких покрытий с повышенной твердостью.

Газодинамическое напыление металла заключается в образовании покрытий при взаимном ударении холодных микрочастиц металла, убыстренных ультразвуковой газовой струей, с подложкой детали. При контакте не расплавленных микрочастиц с поверхностью получается их пластическая трансформация и кинематическая энергия переходит в тепловую и адгезионную, способствуя образованию однородного слоя из прочно уложенных частиц металла. Отличительная особенность такого напыления – отсутствие повышенных температур при нанесении металлических покрытий, а значит, и отсутствие оксидации металлических частиц и подложки, явления неоднородной кристаллизации, повышенных внутренних напряжений в готовых изделиях.

Лазерное напыление металла представляет собой технологию восстановления изделий путем обработки их лазерным лучом света, генерируемым при работе оптико-квантового генератора. Из-за узкой сосредоточенности лазерного потока и повышенной энергетической плотности в месте его контакта с поверхностью можно производить наплавку любого металла. Самой востребованной является порошковая форма. Локальное фокусирование излучения дает возможность производить наплавление в труднодоступных зонах. При этом первичная структура практически не деформируется, но достигается повышенная износостойкость деталей.

Разработаны многочисленные установки для напыления металла. Как правило, они производятся в двух исполнениях: стационарном и мобильном, кроме этого могут функционировать как в закрытых цехах, так и на открытой местности для обработки крупногабаритной продукции. Покрытия, образованные перечисленными способами напыления, имеют высокие параметры прочности и пониженную степень остаточных напряжений.

promplace.ru

Плазменное напыление. Технология плазменного напыления. Установка плазменного напыления.

Сущность плазменного напыления заключается в том, что в высокотемпературную плазменную струю подаётся распыляемый материал, который нагревается, плавится и в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе и деформации происходит взаимодействие частиц с поверхностью основы или напыляемым материалом и формирование покрытия.

Технология плазменного напыления

Между катодом и медным водоохлаждаемым соплом, служащим анодом, возникает дуга, нагревающая поступающий в сопло горелки рабочий газ, который истекает из сопла в виде плазменной струи. В качестве рабочего газа используют аргон или азот, к которым иногда добавляют водород.

Порошковый наплавочный материал подается в сопло струей транспортирующего инертного газа, нагревается плазмой и с ускорением переносится на поверхность основного материала для образования покрытия. Средняя температура плазмы на выходе из сопла плазмотрона находится в пределах от нескольких тысяч градусов до десятков тысяч градусов Кельвина.

Рисунок 1 — Плазменное напыление металлов

П – покрытие; С – струя напыляемого материала и продуктов сгорания газов

КПД плазменной горелки составляет 50—70%. Высокая температура плазмы позволяет проводить напыление тугоплавких материалов. Возможность регулирования температуры и скорости плазменной струи путем выбора формы и диаметра сопла и режима напыления расширяет диапазон напыляемых материалов (металлы, керамика и органические материалы).

Рисунок 2 — Установка плазменного напыления

1 — источник питания; 2 — баллоны с газом; 3 — пульт управления; 4 — камера напыления; 5 — порошковый дозатор; 6 — вытяжной вентилятор; 7 — плазмотрон; 8 — плазменная струя; 9 — напыляемое покрытие; 10 — изделие; 11 — устройство для  перемещения изделия;  12 — водяной насос; 13 — холодильник

Покрытия, полученные методом плазменного напыления, обладают высокой плотностью и хорошим сцеплением с основой. Процесс плазменного напыления хорошо поддаётся автоматизации.

Краткие характеристики покрытия:

• Пористость покрытия 4—8%.
• Прочность сцепления покрытия с основой (адгезия) 5,0-8,0 кг/ мм².
• Толщина напыленного слоя: — при напылении металлов и сплавов 0,05 – 5,0 мм; — при напылении керамики 0,05 – 0,5 мм.

www.mtomd.info

Технология плазменного нанесения покрытий

Данные технологии интенсивно развивались в России в 60 80 годы прошлого века как в научном, так и в прикладном плане, в основном в оборонных отраслях промышленности, что позволило достичь высоких показателей в ракетно­космической отрасли, военном авиастроении, создании турбин различного назначения. Научный потенциал, достигнутый в тот период, до настоящего времени во многом не реализован.

В 90е годы это перспективное направление военнопромышленного комплекса серьезно пострадало. Так, понесли значительный урон ведомственные лаборатории и научные школы, занимавшиеся прикладными задачами по внедрению покрытий в производство; практически остановилось развитие материальной базы данных технологий и, прежде всего, создание современного оборудования и материалов; был значительно утерян кадровый потенциал работавших по данной проблематике специалистов.

Вынужденная ориентация на применение зарубежных разработок (оборудования, материалов и технологий) в этом вопросе противоречит национальным интересам, так как данные технологии имеют двойное применение и используются в оборонных отраслях промышленности, а значит, поступают на внешний рынок только после серьезного устаревания в научном и прикладном плане.

Наиболее перспективной в гамме газотермических технологий является технология плазменного напыления.

Основы технологии плазменного напыления

Сущность технологии заключается в получении низкотемпературной плазмы на основе электродугового разряда в среде различных газов или их комбинаций. Плазма (поток ионизированного газа с температурой 20000oС…30000oС) образуется в специальном генераторе плазмы – плазматроне (рис. 1). Для сравнения: газотермические методы, основанные на создании струи за счет сгорания газов дают возможность получения температуры струи до 3000oС, что ограничивает технологические возможности метода.

В полученный в плазмотроне поток плазмы вводится в определенном месте порошок металла, металлокерамики или керамики, который практически мгновенно оплавляется, разгоняется до скорости 100…500 м/сек и выше и наносится на деталь (рис. 2). При этом деталь не нагревается более чем до 100 –150°C.

В результате на поверхности детали формируется сравнительно тонкое покрытие (как правило в пределах 0,2 – 1 мм) с высокими эксплуатационными показателями.

На установке, созданной в ООО «Техплазма», получена сверхзвуковая компактная плазменная струя, которая дает возможность формирования покрытий с более высокими эксплуатационными показателями (рис. 3).

За счет изменения параметров процесса и состава наносимого материала появляется возможность создавать поверхностный слой на детали с различными свойствами, создавая тем самым:

• Износостойкие и антифрикционные покрытия – толщина покрытия 0.2…1.5 мм.

• Электроконтактные и электроизоляционные покрытия толщина покрытия 0.01…0.3 мм.

• Теплозащитные и жаростойкие покрытия толщина 0.2…10 мм.

• Коррозионностойкие и декоративные покрытия из любых термопластичных полимеров – толщина покрытия 0,1…5 мм.

Примеры износостойких покрытий

Наиболее весомым узлом, обеспечивающим надежность двигателя, является цилиндропоршневая группа, а важнейшую роль в этом играет правильный выбор материалов сопряжения трущейся пары «втулкакольцо».

Мировой опыт показывает, что процесс плазменного напыления является эффективным методом решения указанных проблем. Так, фирма Sulzer Metco ввела в эксплуатацию линию по производству дизельного двигателя VW’s V10 TDI для моделей Touareg и Phaeton с плазменно напыленным покрытием на внутренней стенке цилиндра. Польза от реализации высокой технологии плазменного напыления заключается в повышении времени жизни и экономичности двигателя за счет снижения износа, коэффициента трения и защиты от коррозии.

В России двигатели с подобным решением отсутствуют.

ООО «Техплазма» разработало технологию создания износостойкого покрытия применительно к двигателям повышенной мощности, начиная с диаметра поршня 130 мм до 360 мм, предусматривающую нанесение на внутреннюю поверхность чугунных втулок (гильз) смеси металлических порошков, создающих покрытие с повышенными эксплуатационными показателями.

Отработка и испытания технологии производилась применительно к задаче восстановления цилиндровых втулок дизельных двигателей для тепловозов, судовых дизелей и дизельгенераторов.

Технология нанесения покрытия на внутреннюю поверхность втулок заключается в следующем:

• в качестве заготовки используется изношенная по внутреннему диаметру втулка, которая растачивается по внутреннему диаметру в единый размер.
• на подготовленную поверхность методом плазменного напыления наносится состав на основе металлических порошков, подобранный с учетом обеспечения оптимальной работы пары: поршень – втулка.

Нанесенный на внутреннюю поверхность втулки новый слой имеет более высокие, чем основной металл втулки, показатели по твердости и износостойкости. Существенному повышению износостойкости может способствовать и переход на металлокерамические порошки.

Кроме эффекта повышение износостойкости, нанесенный слой имеет пористую структуру, что обеспечивает высокие показатели по маслоудерживающей способности стенок втулки и создает лучшие условия для работы цилиндропоршневой группы.

Оценка прочности сцепления, проведенная по методике определения прочности хромовых покрытий, принятой на заводеизготовителе (по состоянию границы излома кольцевых образцов), показала отсутствие сколов по границе покрытиеоснова, что свидетельствует о достаточной прочности сцепления покрытия с чугуном цилиндровой втулки (рис. 4).

На основании полученных результатов была спроектирована технологическая линия, и с 2003 года начат выпуск восстановленных втулок для различных заказчиков в системе ППЖТ, речного транспорта и дизель электростанций. Линия позволяет восстанавливать чугунные втулки цилиндров дизельных двигателей диаметром от 130 до 360 мм и длиной до 1100 мм. На созданной линии выпущено по состоянию на 01.01.2010 года более 6500 втулок для различных двигателей. За период применения восстановленных втулок с 2002 года случаев отслоения нанесенных покрытий не было.

С учетом накопленного опыта совместно с ВНИИЖТ была откорректирована и согласована с ОАО «РЖД» технология восстановления цилиндровых втулок для дизелей Д49. Для втулок отдельных дизелей Д49, кроме восстановления внутреннего размера втулки и посадочных мест, актуальной задачей является нанесение противокавитационных покрытий в зоне водяного охлаждаемого контура, которая успешно решается нанесением противокавитационного покрытия на внешнюю сторону втулки (рис. 5).

Созданная технология восстановления втулок цилиндров дизельных двигателей при определенной доработке может стать основой для создания универсальной цилиндро – поршневой группы повышенного ресурса, а также отечественных дизелей с повышенным ресурсом на уровне мировых показателей. Данное решение используется и для повышения износостойкости цилиндров компрессоров (рис. 6).

Применение износостойких покрытий на основе молибдена решает задачу повышения ресурса колец синхронизаторов для коробок передач (рис. 7, 8).

Существенный рост ресурса работы узла происходит при переходе на применение в качестве покрытий керамики и металлокерамики. Как и при переходе на керамическое покрытие для нитетранспортирующих валов в легкой промышленности, стойкость последних повышается в 8 – 10 раз по сравнению с покрытием из гальванического хрома.

Эффективно применение керамики и для упрочнения валов насосов в зоне сальникового уплотнения, которое является более дешевым, чем применяемое в настоящее время торцевое уплотнение (рис. 9).

Нанесение покрытий на основе как металлокерамики, так и металлических покрытий, особенно в сочетании с высокоскоростным напылением, дает реальное повышение ресурса работы бурового оборудования (рис. 10) либо задвижек (рис. 11).

Электроизоляционные и электроконтактные покрытия

Надежность работы соединений электротехнических групп, особенно с применением разнородных металлов алюминий – медь, зависит от надежности зоны контакта в долговременном плане. Возникновение в течение времени в зоне контакта окисных пленок может приводить к термическому разрушению контактного соединения.

Создание покрытий на поверхности деталей на основе металлов может достаточно эффективно осуществляться с помощью технологии плазменного напыления. В качестве примера, на рис. 12, 13 показано покрытие на основе Ni, которое обеспечивает долговременную защиту от коррозии соединения меди и алюминия.

Покрытие является коррозионно­ и химически стойким, обладает более высокой стойкостью при долговременном контакте как с алюминием, так и с медью, способно сохранять свои свойства в более широком температурном диапазоне – до 600°, устойчиво к механическим воздействиям и является более надежным и долговечным.

В ряде случаев в электродвигателях возникают условия, при которых через подшипники проходит электрический ток. Особенно часто это явление встречается в тяговых электродвигателях рельсового транспорта, в промышленных энергоэффективных двигателях переменного тока повышенной мощности при применении частотных преобразователей, в генераторах. В результате прохождения тока на телах качения и беговых дорожках подшипников возникают явления микросварки, которые перерастают в видимые повреждения, имеющие характерный вид рифленых канавок различной глубины. Это приводит к снижению срока службы подшипника и необходимости переборки двигателя с заменой подшипников.

Реальным методом борьбы с данным явлением является выполнение надежной электроизоляции между корпусом электродвигателя и подшипником или подшипником и валом двигателя.

Мировыми лидерами в подшипниковой отрасли принято решение, связанное с нанесением электроизолирующего керамического слоя на наружное или внутреннее кольца подшипников. В России до настоящего времени подобных подшипников не выпускалось.

На основе проведенных работ ООО «Техплазма» разработало технологию нанесения электроизоляционного слоя на закаленное кольцо подшипника (рис. 14). Кольца с покрытием после механической обработки могут быть использованы на подшипниковых заводах для сборки электроизолированных подшипников. По данной технологии выпущены опытные партии подшипников (рис. 15).

Коррозионностойкие и декоративные покрытия

Согласно ГОСТ 2830289 слой цинка толщиной до 300 мкм может обеспечить защиту металлоконструкций от атмосферной коррозии на срок более 50 лет.

Применение горячего или термодиффузионного цинкования ограничено размерами ванны или камеры. В тоже время нанесение цинкового или алюминиевого покрытия методом плазменного напыления можно осуществлять на конструкции любого размера – в том числе в построечных условиях (рис. 16, 17).

Вместе с тем проведенные работы показывают, что с применением плазменного напыления возможно нанесение на металлоконструкции порошковых полимерных материалов, включая порошковые краски (рис. 18), что способствует формированию комплексных покрытий для защиты металлоконструкций и технологического оборудования от коррозии. Применение смеси порошков на основе цинка и керамики может повысить стойкость нанесенного слоя в условиях атмосферного абразивного воздействия (пыль).

Таким образом, развитие технологии плазменного нанесения покрытий призвано решить широкий круг актуальных проблем отечественной промышленности.

к.т.н. Демидов Владимир ДмитриевичДиректор СКТБ «Техплазма»Тел +7(985) 210 26 76E mail: [email protected]

mirprom.ru

Плазмотрон. Технология плазменной плавки, плавления, напыления. Плазменное получение порошков.

Газоразрядная плазма создается в специальных устройствах- плазмотронах. Представим основные разновидности этих устройств. Существует две разновидности плазмотронов: 1 - Дуговые плазмотроны постоянного тока. 2 - Высокочастотные плазмотроны.

Рис. 1.17. Дуговой плазмотрон прямого действия: 1 - электрод, 2 - обрабатываемая деталь, 3 - водоохлаждаемый              корпус, 4 - источник постоянного напряжения, 5 - дуговой разряд, 6 – плазменная струя             

Рис. 1.18 Дуговой плазмотрон  косвенного действия: 1 - электрод, 2 - обрабатываемая деталь, 3 - водоохлаждаемый корпус, 4 - источник постоянного напряжения, 5 - дуговой разряд, 6 - плазменная струя

Дуговой плазмотрон постоянного тока состоит из следующих узлов: внутреннего электрода, разрядной камеры и устройства подачи плазмообразующего вещества. Различают два типа дуговых плазмотронов - для формирования плазменной дуги и для создания плазменной струи. В устройствах первой группы (плазмотроны прямого действия) дуговой разряд горит между внутренним электродом (1) и обрабатываемым материалом, служащим анодом (2) (см. рис. 1.17).

В устройствах второй группы (плазмотроны косвенного действия, см. рис.1.18) плазма, создаваемая в разряде между электродом (1) и корпусом (3), истекает из разрядной камеры в виде струи. Стабилизация разряда в дуговых плазмотронах в большинстве случаев осуществляется с помощью магнитного поля.

Плазмотроны косвенного действия (плазмоструйные) используются при термической обработке как металлов, так и диэлектриков, а также для нанесения покрытий. Плазмотроны прямого действия (плазмодуговые) служат для сварки, резки, плавки электропроводных материалов. Мощности дуговых плазмотронов 102-10 7Вт. Температура струи на срезе сопла 3000-12000 К.

Комбинированные плазмотроны представляют собой симбиоз плазмодуговых и плазмоструйных плазмотронов. В них дуга зажигается одновременно между электродом (1), корпусом (3) и заготовкой (2).

Высокочастотный плазмотрон (см. рис. 1.19) включает: электромагнитную катушку, индуктор (1) или электроды, подключенные к источнику ВЧ-энергии, корпус плазмотрона (2), разрядную камеру (4),

узел ввода плазмообразующего вещества. Мощность ВЧ-плазмотронов достигает 106 Вт, температура в центре разрядной камеры достигает 10000 К. Частота электромагнитного поля 10-50 МГц.

Рис. 1.19. Схема индукционного высокочастотного плазмотрона: 1 - индуктор, 2 - водоохлаждаемый корпус, 3 - плазменная струя, 4 - разрядная камера, 5 - обрабатываемая деталь

Плазменные технологии

Газоразрядная плазма широко используется в современной технике для реализации следующих электротехнологий:

-              синтез веществ,

-              получение ультрадисперсных порошков,

-              плавка, резка, сварка металлических изделий,

-              травление и очистка поверхности,

-              нанесение покрытий на изделия,

-              плазмохимическое легирование поверхности.

Рассмотрим некоторые из этих технологий более подробно.

Плазменная наплавка. Это процесс нанесения на поверхность заготовки упрочняющих слоев большой толщины. В результате деталь из дешевых материалов приобретает уникальные механические свойства. Для упрочнения металлических деталей используется плазмотроны косвенного действия (см. рис. 1.19), на рисунке по стрелке подается, наряду с газом, наплавляемый металл (как правило, порошок твердого сплава), Обычно толщина наплавленного за один проход слоя металла составляет 1-10 мм.

Примером плазменной наплавки является нанесение инструментальной стали на обычную углеродистую сталь. В результате деталь из дешевого металла приобретает высокие свойства, характерные для дорогих изделий. Кроме того, осуществляют эффективное восстановления коленчатых валов двигателем внутреннего сгорания, а также ремонт дорогостоящих штампов.

Плавление и кристаллизация. Плазменное плавление и кристаллизация материалов, как металлов, так и диэлектриков и полупроводников получило широкое распространение ввиду высокой технологичности процесса. Схема соответствующих устройств приведена на рис. 1.20. Сверху в камеру (2) вмонтирован плазмотрон (1), в плазменную струю (3) которого помещается заготовка, подлежащая расплавлению. Расплавленный материал попадает в кристаллизатор (4), где кристаллизуется, и слиток вынимается из камеры. Для предотвращения окисления плавку ведут в инертной атмосфере. В результате цикла «плавление-кристаллизация», происходит очистка материала от примесей. Данный способ позволяет плавить как металлы, так и оксиды, карбиды, нитриды, при этом температура плавления может достигать 4000 0С.

Рис. 1.20. Схема напыления в плазмотроне: 1 - плазмотрон, 2 - подложки, 3 - тигель с напыляемым материалом, 4 - потоки атомов

Рис. 1.21. Схема технологического процесса плазменного плавления и кристаллизации металлов: 1 - плазмотрон, 2 - корпус установки, 3 - плазменная струя, 4 - кристаллизатор, 5 - заготовка расплавляемого материала

Плазменное напыление. Плазменное напыление является процессом нанесения покрытий с помощью высокотемпературной плазменной струи, которая обеспечивает испарение материала и перенос его атомов на подложку. Напыляемым материалом могут быть металлы, керамика, различные полупроводниковые и диэлектрические соединения. Напыление применяется для нанесения на изделие тонкого слоя другого материала с целью улучшения прочностных, коррозионных, жаропрочных, декоративных и других эксплуатационных свойств материалов и изделий. На рис. 1.21 представлена схема процесса напыления атомов на подложку с использованием плазмотрона. Распыляемый материал (3)

под действием плазменной струи переходит в атомарное состояние, атомы вещества осаждаются на подложке (2), образуя прочную пленку, толщина которой определяется временем экспозиции.

Кроме плазмотронов, для напыления применяются плазменные ускорители. Это устройства для получения потоков плазмы со скоростями (10-1000) км/c, что соответствует кинетической энергии ионов от 10 эВ до 106 эВ. Наибольшее распространение получили плазменные ускорители, в которых для создания и ускорения используется энергия электрического разряда. В отличии от ускорителей заряженных частиц в канале плазменного ускорителя находятся одновременно положительные ионы и электроны, то есть не нарушается квазинейтральность плазмы. Основной механизм ускорения плазмы состоит в следующем. Плазма рассматривается как сплошная среда. Ускорение обусловлено перепадом электронного и ионного давления и действием силы Ампера (пондероматорные силы), возникающей при взаимодействии токов, текущих в плазме с магнитным полем. Для плазменного напыления используются как плазмотроны, так и плазменные ускорители. Последние имеют несомненное преимущество, поскольку ускоренные ионы проникают в материал подложки на большую глубину, тем самым обеспечивая хорошее сцепление напыленной пленки с подложкой.

Получение порошков средней дисперсности

Рис. 1.22. Схема процесса плазменного получения порошков: 1 - плазмотрон, 2 - камера, 3 - вращающийся кристаллизатор, 4 - частицы порошка, 5 - заготовка

Частицы порошков средней дисперсности имеют размеры в пределах (10-1000) мкм. Именно такие порошки наиболее интенсивно применяются в порошковой металлургии для изготовления изделий из металла, ферритов, керамики. Рис. 1.22 иллюстрирует процесс плазменного получения порошков средней дисперсности. Заготовка (5), расплавляясь в струе плазмотрона (1). Капли заготовки достигают вращающегося кристаллизатора, разбрызгиваются и застывают в виде монокристальных частиц размером (10-1000) мкм. Регулируя скорость вращения кристаллизатора, можно получать частицы порошка разной дисперсности. 

Получение ультрадисперсных порошков. Ультрадисперсные порошки имеют размеры частиц меньше 1 мкм, то есть относятся к категории наноразмерных порошков. Дисперсность УДП составляет (10-1000) нм. Одним из самых распространенных химических методов получения высокодисперсных порошков нитридов, карбидов, боридов, оксидов является плазмохимический синтез. Основными условиями получения высокодисперсных порошков этим методом являются: протекание реакции вдали от равновесия и высокая скорость образования зародышей новой фазы при малой скорости их роста. В реальных условиях плазмохимического синтеза получение наночастиц целесообразно осуществлять за счет увеличения скорости охлаждения потока плазмы, в котором происходит конденсация из газовой фазы; благодаря этому уменьшается размер образующихся частиц, а также подавляется рост частиц путем их слияния при столкновениях. При плазмохимическом синтезе используется низкотемпературная (4000-8000) К азотная, аммиачная, углеводородная, аргоновая плазма дугового, тлеющего, высоко- или сверхвысокочастотного разрядов. Главный недостаток плазмохимического синтеза - широкое распределение частиц по размерам, и вследствие этого наличие довольно крупных (до 3 мкм) частиц.

На рис. 1.23 представлена схема получения нанопорошков оксида циркония в плазме ВЧ-разряда. Через дозирующее устройство (1) распыляется водный раствор нитрата циркония, под действием высокой температуры (4000 К) протекает реакция Zr(NO3)4 -> ZrO2+4NO2+O2. Твердый продукт реакции в виде ZrO2 собирается на дне реактора. Нанопорошки используются при приготовлении нанокерамики и других материалов, необходимых для создания материальной базы новой технической отрасли - наноэлектроники.

Рис. 1.23. Схема получения нанопорошков оксида циркония в плазме ВЧ-разряда

Использование газоразрядной плазмы в микроэлектронных технологиях.

Микроэлектроника - это отрасль электронной техники, цель которой состоит в создании устройств в микроминиатюрном исполнении.

Планарная технология является наиболее перспективным методом получения подобных устройств. Основные операции планарной технологии: нанесение тонких диэлектрических и металлических пленок на поверхность полупроводниковой пластины; создание методами литографии и травления необходимой топологии будущей микросхемы; образование электронно-дырочных переходов при легировании кристалла донорами и акцепторами. В результате этих операций отдельным участкам полупроводниковой пластины придаются свойства различных элементов: транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов и т.д., что в итоге и формирует интегральную микросхему.

Высокочастотная плазма широко используется в планарной технологии для проведения операций получения и травления диэлектрических и, особенно, резистивных пленок.

Топология будущей микросхемы формируется методами литографии, обеспечивающими перенос рисунка шаблона на поверхность полупроводниковой пластины. Главным элементом литографического процесса является резист, представляющий собой полимерную пленку, растворимость которой в проявителе зависит от вида и длительности облучения. В зависимости от вида радиации различают фото-, электрон- или рентгенорезисты. В литографии наибольшее распространение получили фоторезисты. В зависимости от природы полимера, в нем под действием облучения развиваются либо деструкция (разрыв химических связей), либо сшивание макромолекул (образуется объемная полимерная сетка). Это приводит к тому, что деструктирующие при облучении резисты увеличивают растворимость в проявителе, а сшивающиеся резисты, наоборот, становятся нерастворимыми. Указанные свойства полимерных резистов изменять свою растворимость после экспонирования и используются в литографии для формирования рисунка микросхемы.

Литографический процесс включает следующие этапы:

-              нанесение пленки на полупроводниковую пластину,

-              облучение пластины через шаблон (экспонирование),

-              после облучения пластину помещают в раствор - проявитель.

В зависимости от типа используемого полимера при проявлении удаляются экспонированные или неэкспонированные области пленки. В соответствии с этим резисты делятся на позитивные и негативные. К позитивным (деструктирующим) резистам относятся полиметилметакрилат (ПММА), полибутен-1, сульфин (ПБС). Представителем сшивающихся при облучении полимеров-резистов является полиглицилметакрилатэтилакрилат.

-              термическое задубливание резиста для увеличения его адгезионных свойств.

-              удаление резиста хим. или плазмохимическим способами. 

Наиболее эффективно травление диэлектрических пленок и удаление резиста с полупроводниковых пластин осуществляется в плазме высокочастотного разряда. Рассмотрим устройство установки «Плазма- 600», широко используемой в микроэлектронике.

Рис. 1.24. Установка «Плазма - 600»: 1 - вакуумная камера для плазменной обработки материалов, 2 - образец, 3 - нижний электрод, 4 - верхний электрод, 5 - генератор высокочастотного поля, 6 - форвакуумный насос  

Установка "Плазма-600" предназначена для получения и травления диэлектрических пленок, а также для обработки поверхности материалов в плазме высокочастотного газового разряда.

Основные параметры установки: частота ВЧ-генератора - 13.56 МГц, рабочее давление в газоразрядной камере - (103 -105 ) Па, в качестве рабочего газа может использоваться воздух, кислород, аргон, пары летучих жидкостей.

Основные особенности высокочастотного разряда. Под действием ВЧ - поля электроны приобретают энергии порядка (10-100) эВ и оказываются способными эффективно ионизовать атомы и молекулы газа при соударениях. Распределение электронов по энергиям имеет сложный характер, отличный от распределения Максвелла. При давлениях газа близких к атмосферному между электродами возникает высокочастотная корона, которая при соответствующей мощности генератора переходит в высокочастотную дугу. При низких давления газа режим ВЧ-разряда близок к режиму тлеющего разряда. Высокочастотный разряд используется для образования плазмы в ионных источниках, в молекулярных лазерах для создания однородной активной среды, для осуществления плазмохимических процессов.

www.eti.su

• 
  Кран мостовой это
• 
  Стрела кран
• 
  Типовые конструкции дорожных одежд
• 
  Двигатель тяговый
• 
  Схема движения автотранспорта по территории предприятия
• 
  Пример теплопередачи
• 
  Мкг 25бр технические характеристики
• 
  Масло консервационное
• 
  Установка для прокола грунта
• 
  Кто где и когда проводит первичный инструктаж
• 
  Ситроен берлинго характеристики